CHUYÊN ĐỀ KHOA HỌC ĐIỀU KHIỂN BỀN VỮNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ DÙNG DSP

1. Mô hình thí nghiệm sử dụng DSP TMS320LF2407A. 2. Hệ thống là một phương tiện nghiên cứu và thử nghiệm các thuật toán về điều khiển động cơ. 3. Thông qua mô hình này phát triển các phương pháp khác về điều khiển động cơ. 4. Mô hình thí nghiệm trong lĩnh vực điều khiển chất lượng cao. 5. Ứng dụng trong việc thiết kế và chế tạo bộ biến tần công nghiệp.

Chuyên đề điều khiển động cơ dùng DSP TMS320LF2407A

ĐIỀU KHIỂN BỀN VỮNG ĐỘNG CƠ

KHÔNG ĐỒNG BỘ DÙNG DSP

Giới thiệu về điều khiển tốc độ động cơ KĐB

stator

Cuộn dây pha

C

Cuộn dây pha

stator

Cuộn dây pha

C

Cuộn dây pha

' r r

s r s

L

1

1T

1i

T

1T

1dt

' r r

s r s

s

uL

1

1T

1i

T

1T

1dt

di

' r

' r r

s r

'

r

T

1i

T

1dt

' r r

s r m

'

r

T

1i

T

Ldt

' r r

2 m

L

Lp2

3M

 Me MT 

J

p dt

2 mLL

L1





Chuyển sang hệ tọa độ từ thông rotor (hệ tọa độ

dq) Điều khiển động cơ 3 pha

j

is

Cuộn dây pha A

Cuộn dây pha B

Cuộn dây pha C

AC Vdc

M 3~

Hồi tiếp điều chỉnh

Bộ điều khiển IMC

+

– +

BBĐ

Bộ ước lượng từ thông 

– +

u u

s u

r



ˆ

Điều khiển động cơ KĐB dùng mô hình nội (IMC)

Thuật toán điều khiển:

Thầy Trịnh Hoàng Hơn đã

mô phỏng trên Matlab (LVCH)

Thầy Dương Hoài Nghĩa hướng

g Đặt

Thuật toán điều khiển động cơ KĐB dùng mô hình nội

IMC

Mô phỏng trên Malab:

Khối lượng xử lý của thuật toán điều khiển giảm đi đáng kể

Chất lượng đáp ứng danh định của hệ thống rất tốt

Thuật toán không phụ thuộc nhiều vào thông số của động cơ

Xử lý trong

Khối lượng xử lý của thuật toán điều khiển giảm đi đáng kể

Chất lượng đáp ứng danh định của hệ thống rất tốt

Thuật toán không phụ thuộc nhiều vào thông số của động cơ

 Phương pháp xử lý trong hệ tọa hệ độ từ thông rotor

 Thay đổi thời gian đáp ứng qua thông số của bộ lọc IMC

 Không phụ thuộc nhiều vào Momen tải

ƯU ĐIỂM CỦA THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN IMC:

 Hệ thống bền vững với sai số của thông số mô hình

 Không ảnh hưởng do thay đổi trạng thái làm việc

 Không cần nhận dạng thông số mô hình trực tuyến

 Đáp ứng ổn định và bền vững với sai lệch của mô hình

 Thời gian đáp ứng của các đại lượng điều khiển nhanh

 Triệt nhiễu hồi tiếp nhờ bộ lọc IMC – lọc thông thấp

Mô phỏng gián đoạn hệ thống điều khiển trên Malab:

 Nhưng cần phải mô phỏng mô hình gián đoạn - tín hiệu số - DSP

Kết quả mô phỏng mô hình gián đoạn trên Malab:

Thuật toán điều khiển động cơ KĐB dùng mô hình nội IMC

0 2 4

tu thong dat

tu thong dap ung

momen tai momen dien

Kết quả mô phỏng mô hình gián đoạn trên Malab:

Đáp ứng tốc độ động cơ với thuật toán điều khiển IMC

0 20 40 60 80 100

3T

Hệ thống ổn định nội khi chu kỳ lấy mẫu nhỏ hơn 1ms, vậy cần dùng bộ điều khiển có tốc độ xử lý nhanh (>1Khz)

Thời gian khởi động eBook for You

Kết quả mô phỏng mô hình gián đoạn trên Malab:

Thuật toán điều khiển động cơ KĐB dùng mô hình nội IMC

-200

0 200

-10

-5

0 5 10

 DSP TMS320LF2407A được thiết kế chuyên dụng cho điều khiển động cơ KĐB 3 pha (tốc độ xử lý 40MIPS – single cycle)

Phương pháp điều rộng xung nguồn áp cho biến tần

(>2Khz) Tần số điện áp là 50Hz

Hệ điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha dùng DSP

DSP TMS320LF2407A Digital Signal Processor

Inverter

Bridge Rectifier

Power Factor Correction

Optical Encoder

Halleffect Sensor

SCI Transceive

r Input Control

Hồi tiếp tốc độ Hồi tiếp dòng điện

Bộ điều khiển

DSP Điều khiển từ I/O

Điều khiển từ PC

Chỉnh lưu

DSP Motor Controller

ADC Modul PWM Genrator Capture/ QEP

PDPINT

SCI/ SPI Digital IO

Speed Sensor

Driver Circuits Sensors Current

Comm Serial

Other Logic

Control Logic

Fault Protection

Motor

Three phase Inverter

Power Stage

DSP TMS320LF2407A hỗ trợ điều khiển động cơ KĐB

 Tốc độ xử lý 40 MIPS

 Pipeline 4-level-deep

 Bus dữ liệu 16 bit point)

(fix- Bộ nhân 16 x 16 bit

 ALU 32 bit (cộng - dịch)

 16 kênh ADC 10 bit

 Cổng giao tiếp SCI, SPI

 I/O giao tiếp ngoại vi

Đặc điểm DSP TMS320LF2407A

DSP Motor Controller

ADC Modul PWM Genrator Capture/ QEP

PDPINT

SCI/ SPI Digital IO

Speed Sensor

Driver Circuits Sensors Current

Comm

Serial

Other Logic

Control Logic

Fault

Protection

Motor

Three phase Inverter

Power Stage

KIT eZdsp TMS320LF2407

3.3V

DSP TMS320LF2407A hỗ trợ điều khiển động cơ KĐB

DSP Motor Controller

ADC Modul PWM Genrator Capture/ QEP

PDPINT

SCI/ SPI Digital IO

Speed Sensor

Driver Circuits Sensors Current

Comm Serial

Other Logic

Control Logic

Fault Protection

Motor

Three phase Inverter

Power Stage

Bộ VSI

Bộ biến đổi điện áp VSI – Voltage Source Inverter

Bộ nghịch lưu điện áp - Cầu MosFET

R

Mạch snubber

Lập trình DSP điều khiển và truyền thông

Lập trình DSP tính toán thuật toán điều khiển

 PWM tần số 5Khz

 ADC 10 bit cho hai dòng điện Ia và Ib, VR chỉnh tốc độ

 QEP đọc tốc độ động cơ từ Encoder

 SCI giao tiếp máy tính (điều khiển và thu thập dữ liệu)

 I/O giao tiếp ngoại vi

 Timer và INT hỗ trợ

 Chu kỳ lấy mẫu tính toán: 200us (5Khz)

 Lập trình bằng C hay Assembly trên Code Composer

LẬP TRÌNH TÍNH TOÁN VÀ ĐIỀU KHIỂN DÙNG DSP

 Chuẩn hóa các biến và phương trình cho DSP fix-point

 Lập trình DSP tính toán

max

' rd samp m 2 max

sq max s

s max s samp max

sd samp m 1 max

sd

I

) k ( T

a I

) k ( i ) k ( T

I

) k ( i T

a

1 I

) 1 k (

1 k (

rd samp m 2 sq

s max s samp sd

samp m 1

sd        

Giao diện lập trình bằng Code Composer Studio

Lập trình bằng Visual Basic 6.0

Điều khiển thay đổi tốc độ động cơ từ máy tính

LẬP TRÌNH THU THẬP DỮ LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN TỪ PC

Thu thập dữ liệu (tốc độ, từ thông, …) lưu thành file Excel xls

Vẽ đồ thị đáp ứng để khảo sát

Cài đặt thông số điều khiển và thông số mô hình từ máy tính

Giao diện thu thập dữ liệu và điều khiển viết bằng VB6

Đáp ứng của hệ thống điều khiển:

Đáp ứng từ thông rotor của động cơ

Thời gian đáp

Đáp ứng của hệ thống điều khiển:

Đáp ứng tốc độ động cơ

Thời gian khởi động nhanh

Sai xác lập số

nhỏ Đáp ứng ổn

định

Đánh giá chất lượng điều khiển của hệ thống

Đáp ứng của hệ thống: sai số tốc độ 1%

Tính bền vững của hệ thống: ít ảnh hưởng do thông số động

cơ thay đổi & do nhiễu tác động

Thời gian đáp ứng: nhanh (< 1s)

Độ ổn định của hệ thống: không thay đổi nhiều khi tải thay đổi

ƯU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG

Điều khiển thay đổi tốc độ động cơ dễ dàng

Điều khiển ổn định tốc độ – nâng cao chất lượng sản phẩm

Tiết kiệm năng lượng điện

Giảm cơ cấu cơ khí - giảm tiếng ồn

Hướng phát triển và ứng dụng

Hệ thống là một phương tiện nghiên cứu và thử nghiệm các

thuật toán về điều khiển động cơ

Thông qua mô hình này phát triển các phương pháp khác về

điều khiển động cơ

Mô hình thí nghiệm trong lĩnh vực điều khiển chất lượng cao

Ứng dụng trong việc thiết kế và chế tạo bộ biến tần công nghiệp Mô hình thí nghiệm sử dụng DSP TMS320LF2407A

Xin chân thành cảm ơn sự quan tâm của Thầy Cô!

Trân trọng đón nhận những góp ý và động viên chân

thành của Thầy Cô về nội dụng đề tài, hướng phát triển

và sự phối hợp thực hiện trong thời gian sắp tới

ĐH Bách Khoa TpHCM, 10/2004