Luận văn thạc sĩ hoàn thiện cấu trúc Điều khiển Động cơ 3 pha không Đồng bộ rô to lồng sóc trên cơ sở nguyên lý thụ Động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Ho va tên: Bùi Huy Hoàng BE TAI: HOÀN THIỆN CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG Cơ 3 PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ RÔ TO LỒNG SÓC TRÊN CƠ SỞ NGUYÊN LÝ

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Ho va tên: Bùi Huy Hoàng

BE TAI:

HOÀN THIỆN CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG Cơ

3 PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ RÔ TO LỒNG SÓC TRÊN CƠ SỞ

NGUYÊN LÝ THỤ ĐỘNG

Chuyên ngành: Điều khiển tự động

LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS TSKH Nguyễn Phùng Quang

HÀ NỘI — 2008

Trang 2

Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 2/83

Phiếu giao để tài luận văn tốt nghiệp Cao học

Người huảng đẫn: PGS TSEH Nguyễn Phủng Quang Người thục hiện dễ tài: Bai Huy Hoang

e) Các nội đung phải hoàn thành:

«+ Nghiên cứu tổng quan vỀ phương pháp điển khiển tựa theo thụ động

+ Mô hành hóa động cơ động cơ không đồng bộ Rolor lổng sóc Lheo nguyên lý thụ động

+ _ "Thiết kế cấu trún điển khiển nhỉ tuyến trên sở sở nguyên lý rhụ động, + Dùng MATLAB & 6imulink và PLECE để mô phỏng kiểm chứng cẩu trúc

đã thiết kế

=_ Tập hợp kết quả thu được trong quyền luận văn

Chú ý: Các đều mục nội đung trên đồng thời cũng là các chương chính của

quyển luận văn

đ) Thi liệu tham kháa chính:

[I1 Ortoga, Theme, , Antmnin; Nicklnsamm, Par Johan; Sira Ramires, Heber: Pussivity-besed Control of Buler-Lagrouye Sysiems: Mechanical, Electrical and Electromechanical Applications Springer Verlag London Berlin Eeidelberg, 1968

[2] Frida Dic Long: Pha tich dito didn thu déng của động có không đông bệ Reler lông súc, biểm Inú triển vụng thiết kế diễu khiếu trên cơ về kếi quả phẩm tích thu được (Pasatoity-based Cantruller Design) Laign vin Cao hoc, DIIBK

Tà Nội, 2004

[3] Nguyễn Viết Trường, Lẻ Rảng Giang: Nesitin cứu tuÃt “ô hệ thẳng điểu khiển động cơ

œ đằng bộ Roftar lắng sóc frên cứ sử nguyên hi từụ động (Paathi-hsssđ Chntal)

Đã án tất nghiệp K47, ĐHBK Hà Nội MAI Nguyễn Phùng Quang: Madab dc Sônalink dành cho kỹ sự điều khiến tr động NXH

KH&RT, tái bản lần thứ 3, 2006

[5] Web side v»ww.plexam.com: PLECS User's Guide

Ha Néi, ngay 20 thang 6 nam 2007

Giáo viên lướng dẫu

DF hive &,

P08 THKH Nguyễn [hùng Quang

Trang 3

MỤC LỤC

Trang

CHUONGI TONG QUAN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN THEO ;

NGUYEN LY THY DONG

21 Biểu diễn dưới dạng vector các đại lượng 3 pha 24

22 Cấu trúc hệ thống điều khiển theo phương pháp Tựa 26

theo tif thong rotor (T'R)

243 Mô hình hóa động cơ KĐBRTLS 27

24 Đặc điểm thụ động của mô hình ĐCKĐB 3 pha 34 CHUONG TIT THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN TREN

Thiết kế cấu trúc điều khiển theo nguyên lý thu

động

32 Xây dựng cấu trúc điều khiển 42

3.2.1 Phát biểu bài toản 42

Trang 4

Lời nói đầu

Trong những năm gần đây, phương pháp điều khiển theo nguyên lý

thu déng (Passivity Based Control — PBC} dac biệt được quan tâm và nghiên cứu, nhất là khi phải điều khiển các đối tượng như Robot, các hệ Fuler-

Lagrange

Điều khiển theo nguyên lý thụ động là thuật toán điều khiển dựa trên

đặc tính thụ động của hệ thống với mục tiêu làm cho hệ kín cũng là một hệ

thụ động Hệ thụ động cũng là 1 hệ ẩn định theo tiêu chuẩn Lyapunov

Mục tiêu của đề tài này là nghiên cứu, hoàn thiện cấu trúc điều khiển

động cơ 3 pha không đồng bộ rô to lông sóc trên cơ sở nguyên lý thụ động Nội dung của bản luận văn bao gồm 5 chương:

Chương T mô tả tổng quan về phương pháp điều khiển then nguyên lý thụ

Chương V là kết luận vả đánh giá hệ thống

Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Phùng Quang đã hướng dẫn chỉ bảo để

em hoàn thành bản luận văn này Em xin cảm ơn các thây, cô trong bộ môn

Điều khiển tự động và Trung tâm đào tạo sau đại học của Trường Đại học Bách khoa Hà nội đã trang bị kiến thức và tạo điều kiện để em hoàn thành

Trang 5

b) Thụ động chặt - nếu tồn tại mật hàm trữ năng lượng S{), và một

hảm xác định dương z;{s) gọi là hàm tiêu tản năng lượng sao cho:

Sm <úÏy—(X)

1.3 Những tính chất cơ bản của Hệ thụ động

1.3.1.Hé phi tuyén MIMO

a) Nếu hệ là thụ động thì nó sẽ ổn định Lyapunov tại gốc 0

bỳ Nếu hệ là thụ động chặt thì nó sẽ ổn định tiệm can Lyapunov tại

gốc 0

c) Nếu hệ l thụ động chặt thi nó sẽ là pha cực tiểu, tức là ở chế

độ động học không, quỹ đạo trạng thái sẽ tiệm cận về gốc 0

dì) Nếu hệ là thụ động (không chặt) thì ở chế dộ động học không,

quỹ đạo trạng thái của nó sẽ bị chặn trong một lân cận của gốc

0, được gọi là hệ pha cực tiểu yếu

1.3.2 Hệ hồi tiếp

Giả sử hệ hồi tiếp H1 và H2 ở /z 7.7 là 2 hệ con thụ động có

phương trình trạng thái:

Trang 6

CHUONG I - TONG QUAN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN THEO

1.1 Hệ tuyến tính thụ động

Hệ thụ động là 1 hệ không bao giở sinh ra năng lượng Sự thay đổi

năng lượng bên trong nó không thể lớn hơn sự thay đổi năng lượng

từ bên ngoài đưa vào

Hệ thụ động tuyến tính là hệ có hàm truyền đạt G(s) thỏa mãn:

Re(G(s))>0 khi Re(s) >0

trong đó Re(Q) là ký hiệu phép tính lấy phần thực của một số phức

Những hàm truyền đạt thỏa mãn điều kiện trên được gọi là hàm

Thực-dương, và có những tính chất cơ bản sau:

-_ Không có điểm không và điểm cực nằm bên phải trục ảo Các điểm không vả điểm cực nằm trên trục ảo là những điểm đơn

-_ Có bậc tương đối không lớn hơn 1

Tên gọi hệ thụ động tuyến tỉnh được bắt ngưồn từ mạch RLC, là mạch điện chỉ gồm các phần tử tiêu thụ điện năng như điện trở R,

cuộn dây L, tụ điện C Tự bản thân mạch RLC không sinh ra năng lượng nên được gọi là mạch thụ động Đặc biệt, các mạch điện thụ

động đều có điện trở phức G(s) là hàm thực dương

Có thể mô tả hệ thụ động SISO bằng hệ phương trình trạng thái:

Trang 7

Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 1093

Hệ Euler-Lagrange là hệ mà động học của chúng đượcmô tả dưới

dạng phương trỉnh Euler-Lagrange Trong thực tế các hệ thống cơ

đều lä các hệ EL Ngoài ra, người ta cũng đã chứng minh được rằng các hệ EL cñng là các hệ phi tuyến thụ động, có nghĩa là bản thân hệ thống cũng không tự sinh ra nắng lượng

+ Dưới các giả thuyết hợp lý, ta có thể phân tích một hệ EL thành các

hệ El mắc theo kiểu phản hồi ầm

Nguyên lý điêu khiến theo nguyên lý thụ động

đặc tỉnh thụ động của hệ thống với mục tiêu làm cho hệ kín cũng là

một hệ thụ động với hàm lưu trữ năng lượng mong muốn Sự tiến cận phương pháp PBC ở đây coi là sự mở rộng của kỹ thuật chọn

Trang 8

Sm <úÏy—(X)

gốc 0

Trang 9

CHUONG I - TONG QUAN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN THEO

1.1 Hệ tuyến tính thụ động

Hệ thụ động là 1 hệ không bao giở sinh ra năng lượng Sự thay đổi

năng lượng bên trong nó không thể lớn hơn sự thay đổi năng lượng

từ bên ngoài đưa vào

Hệ thụ động tuyến tính là hệ có hàm truyền đạt G(s) thỏa mãn:

Re(G(s))>0 khi Re(s) >0

trong đó Re(Q) là ký hiệu phép tính lấy phần thực của một số phức

Những hàm truyền đạt thỏa mãn điều kiện trên được gọi là hàm

Thực-dương, và có những tính chất cơ bản sau:

-_ Không có điểm không và điểm cực nằm bên phải trục ảo Các điểm không vả điểm cực nằm trên trục ảo là những điểm đơn

-_ Có bậc tương đối không lớn hơn 1

Tên gọi hệ thụ động tuyến tỉnh được bắt ngưồn từ mạch RLC, là mạch điện chỉ gồm các phần tử tiêu thụ điện năng như điện trở R,

cuộn dây L, tụ điện C Tự bản thân mạch RLC không sinh ra năng lượng nên được gọi là mạch thụ động Đặc biệt, các mạch điện thụ

động đều có điện trở phức G(s) là hàm thực dương

Có thể mô tả hệ thụ động SISO bằng hệ phương trình trạng thái:

Trang 10

Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 4/83 3.2.2, Cấu trúc hệ thống điều khiển PBC 42

333, me hiện bộ điều khiển dòng theo phương pháp 4 3.2.4, Thiết kế bộ điều khiển tốc độ theo luật PT 53 3.2.5 Mô hình từ thông 54

CHUONG IV KIỂM CHỨNG CẤU TRÚC BA THIẾT KẾ BẰNG MÔ s PHONG DUNG MATLAB & SIMULINK VÀ PLECS an Sơ đồ mô phỏng hệ thống điều khiển trên Matlab- 56 Simulink - Plecs 42 Sơ đồ hộ điều khiển PRC 56

443 Sơ đồ bộ điều chỉnh từ thông 60

44 Sơ đồ bộ điều chỉnh tốc độ 61

4.5 Sơ đồ mô hình từ thông 61

46 Sơ đồ khâu biến tần - động cở 62

47 Khâu điều chế vector 62

48 Mạch nghịch lưu điện áp - động cơ 73

49 Tính tham số động cơ 74

4.10 Kết quả mô phỏng trường hợp không tải 76 441 Kết quả mô phỏng trường hợp có tải đột biến bằng 81 m6 men dinh mc dong vao sau 0,8 giay 4a Kết quả mô phỏng trường hợp đảo chiều quay 86 không tải bees CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 9

'Tài liệu tham khảo co 92

Trang 11

khóa đào tạo cao học, em xin cảm ơn Ban giám đốc Trung tâm công nghệ

cao và các bạn trong Phỏng thí nghiệm Tự động hóa Trường Đại học Bách

Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện và giúp đỡ để em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này

Hà Nội, ngày 26/03/2008.

Trang 12

Trang 13

Trang 14

1.2

Hé SISO thu déng, tuyến tính, điều khiển được và quan sắt được, với

phương trinh trạng thải

[x Axt+hu) ,

sả ,

[Sacre a)

xex" [a vector bién trang thái

luôn có hàm truyền đạt G(s) là hàm thực dương và ngược lại, một hàm thực dương luôn là hàm truyền đạt mô tả một hệ thụ động nào

đó

Hệ tuyến tính thụ động chặt nếu hàm truyền đạt G(s) có:

Re(G(s)>0 khi Re(s)>0

Phát biểu trên đúng cho cả hệ nhiều chiều MIMO thụ động chặt, tuyến tính với mỗ hình trạng thái

Hệ phi tuyến MIMO được gọi là

a) Thu động - nếu tồn tại một hàm xác định dương S(x), gợi là hàm

dự trữ năng lượng sao cho với mọi t>0 luôn có:

S00

ay

Trang 15

Hà Nội, ngày 26/03/2008.

Trang 16

Trang 17

Lời nói đầu

Lagrange

Trang 18

Hà Nội, ngày 26/03/2008.

Trang 19

Hà Nội, ngày 26/03/2008.

Trang 20

Trang 21

Sm <úÏy—(X)

gốc 0

Trang 22

Trang 23

1.2

[x Axt+hu) ,

sả ,

[Sacre a)

đó

S00

ay

Trang 24

Hà Nội, ngày 26/03/2008.

Trang 25

Lời nói đầu

Lagrange

Trang 26

Sm <úÏy—(X)

gốc 0

Trang 27

1.2

[x Axt+hu) ,

sả ,

[Sacre a)

đó

S00

ay

Trang 28

Lời nói đầu

Lagrange

Trang 29

Hà Nội, ngày 26/03/2008.

Trang 30

1.2

[x Axt+hu) ,

sả ,

[Sacre a)

đó

S00

ay

Trang 31

3.2.2, Cấu trúc hệ thống điều khiển PBC 42

333, me hiện bộ điều khiển dòng theo phương pháp 4

3.2.4, Thiết kế bộ điều khiển tốc độ theo luật PT 53

3.2.5 Mô hình từ thông 54

CHUONG IV KIỂM CHỨNG CẤU TRÚC BA THIẾT KẾ BẰNG MÔ s

PHONG DUNG MATLAB & SIMULINK VÀ PLECS

an Sơ đồ mô phỏng hệ thống điều khiển trên Matlab- 56

Simulink - Plecs

42 Sơ đồ hộ điều khiển PRC 56

49 Tính tham số động cơ 74 4.10 Kết quả mô phỏng trường hợp không tải 76

441 Kết quả mô phỏng trường hợp có tải đột biến bằng 81

m6 men dinh mc dong vao sau 0,8 giay

4a Kết quả mô phỏng trường hợp đảo chiều quay 86

không tải bees

CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 9

Trang 32

Trang 33

3.2.2, Cấu trúc hệ thống điều khiển PBC 42

333, me hiện bộ điều khiển dòng theo phương pháp 4

3.2.4, Thiết kế bộ điều khiển tốc độ theo luật PT 53

3.2.5 Mô hình từ thông 54

CHUONG IV KIỂM CHỨNG CẤU TRÚC BA THIẾT KẾ BẰNG MÔ s

PHONG DUNG MATLAB & SIMULINK VÀ PLECS

an Sơ đồ mô phỏng hệ thống điều khiển trên Matlab- 56

Simulink - Plecs

42 Sơ đồ hộ điều khiển PRC 56

49 Tính tham số động cơ 74 4.10 Kết quả mô phỏng trường hợp không tải 76

441 Kết quả mô phỏng trường hợp có tải đột biến bằng 81

m6 men dinh mc dong vao sau 0,8 giay

4a Kết quả mô phỏng trường hợp đảo chiều quay 86

không tải bees

CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 9

Trang 34

Sm <úÏy—(X)

gốc 0

Trang 35

Sm <úÏy—(X)

gốc 0

Trang 36

Hà Nội, ngày 26/03/2008.

Trang 37

1.2

[x Axt+hu) ,

sả ,

[Sacre a)

đó

S00

ay

Tiêu đề	Hoàn thiện cấu trúc điều khiển động cơ 3 pha không đồng bộ rô to lồng sóc trên cơ sở nguyên lý thụ động
Tác giả	Bùi Huy Hoàng
Người hướng dẫn	PGS. TSKH. Nguyễn Phụng Quang
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Điều khiển tự động
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2008
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	179,42 KB