Ứng dụng điều khiển chế độ trượt SMC cho hệ truyền động vị trí

Thiết kế điều khiển dòng điện trong hệ thống điều khiển vector tựa từ thông rotor của động cơ không khồng bộ.. Rotor máy điện không đồng bộ gồm 2 loại: Rotor dây quấn với dây quấn nhiều

LỜI CAM ĐOAN

Sau thời gian nghiên cứu và học tập tại Viện Đào tạo sau đại học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, với sự hướng dẫn và sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Tự động hóa XNCN Và đặc biệt là sự chỉ đạo tận tình của thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Liễn đã giúp tôi hoàn thành luận văn đúng thời hạn và đạt được các mục tiêu đề ra

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung của luận văn mà tôi thực hiện trong thời gian vừa qua là trung thực và không sao chép của ai

Hà Nội, Ngày 20 tháng 3 năm 2016

Tác giả Luận văn

Lê Thị Thu Phương

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài “Ứng dụng điều khiển chế độ trượt SMC cho

hệ truyền động vị trí”, tôi xin được cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Liễn – Thầy giáo

đã hướng dẫn, chỉ bảo, góp ý rất nhiệt tình trong suốt quá trình tôi hoàn thiện luận văn này

Xin cảm ơn anh/em, bạn bè đã giúp đỡ tôi tìm tài liệu để có nhưng luận cứ sâu sắc hoàn thiện luận văn

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian, kinh nghiệm còn hạn chế nên nội dung luận văn còn có nhiều thiếu sót Kính mong được sự đóng góp ý kiến để tôi hoàn thành tốt hơn đề tài này

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 3

1.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 3

1.1.1 Giới thiệu 3

1.1.2 Mạch điện tương đương của động cơ không đồng bộ 4

1.1.3 Các quan hệ công suất trong động cơ không đồng bộ 4

1.2 VECTOR KHÔNG GIAN VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG BA PHA 5

1.2.1 Biểu diễn vector không gian cho các đại lượng ba pha 5

1.2.2 Hệ tọa độ cố định stator (α-β) 7

1.2.3 Hệ tọa độ từ thông rotor (d-q) 9

1.3 MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 11

1.3.1 Thông số của động cơ không đồng bộ 11

1.3.2 Chuyển vị tuyến tính – vector không gian trong hệ trục toạ độ quay d,q 16

CHƯƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN VECTOR TỰA TỪ THÔNG ROTO 21

2.1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP VECTOR TỰA TỪ THÔNG ROTO 21 2.2 ĐIỀU KHIỂN VECTOR TỰA TỪ THÔNG RÔTO 22

2.2.1 Điều khiển vectơ trực tiếp theo từ thông rôto 22

2.2.2 Mô hình tính toán ước lượng các đại lượng phản hồi 24

2.2.3 Thiết kế điều khiển dòng điện trong hệ thống điều khiển vector tựa từ thông rotor của động cơ không khồng bộ 25

2.3 Mô phỏng MATLAB-SIMULINK 28

2.3.1 Thông số động cơ 28

2.3.2 Mô hình động cơ sử dụng điều khiển vector tựa từ thông rotor FOC 29

2.3.3 Kết quả mô phỏng 29

CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN CHẾ ĐỘ TRƯỢT 33

3.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT 33

3.1.1 Nguyên lý điều khiển 33

3.1.2 Thiết kế điều khiển trượt cho động cơ điện ba pha roto lồng sóc 40

3.2 Mô phỏng MATLAB-SIMULINK 46

3.2.1 Mô hình động cơ trên mô phỏng bằng matlab: 47

3.2.2 Kết quả mô phỏng 48

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 52

4.1 Tổng kết 52

4.2 Phát triển của đề tài 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ mạch điện thay thế của động cơ không đồng bộ 3 pha 4

Hình 1.2: Vị trí không gian của pha 6

Hình 1.3: Xây dựng vector trong không gian A, B,C 7

Hình 1.4: Hệ tọa độ stator (α-β) 8

Hình 1.5: Mối liên hệ giữa tọa độ (α-β) và tọa độ (d-q) 9

Hình 1.6: Biểu diễn vector không gian trên hệ tọa độ (d-q) 10

Hình 1.7: Sơ đồ mạch tương đương động cơ không đồng bộ 12

Hình 1.8: Biểu diễn vector trên hệ trục α, β 14

Hình 1.9 Sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ trong hệ trục α,β 14

Hình 1.10: Sơ đồ cấu trúc của động cơ KĐB trong hệ tọa độ α,β 16

Hình 1.11: Hệ trục tọa độ quay 16

Hình 1.12: Mối liên hệ giữa tọa độ (α,β) và tọa độ (d,q) 17

Hình 1.13: Vecto không gian trong hệ tọa độ (d,q) 18

Hình 1.14: Mô hình động cơ trên hệ toạ độ quay dq 19

Hình 2.1: Đồ thị vector cho phương pháp điều khiển vector tựa từ thông roto 21

Hình 2.2: Tư tưởng điều khiển ĐCKĐB 22

Hình 2.3: Mô hình điều khiển vectơ kiểu trực tiếp lấy s từ bộ quan sát 23

Hình 2.4: Mô hình gần đúng của động cơ không đồng bộ 26

trong hệ trục dq tựa từ thông rotor 26

Hình 2.5: Mô hình bộ điều khiển dòng điện có bù tách kênh 27

Hình 2.6: Mô hình gần đúng mạch vòng điều khiển từ thông rotor 28

Hình 2.7: Mô hình động cơ điều khiển vector tựa từ thông rotor 29

Hình 2.8 :Dạng sóng mômen động cơ không tải 30

Hình 2.9: Dạng sóng từ thông roto động cơ 30

Hình 2.10: Dạng sóng tốc độ động cơ khi không tải 31

Hình 2.11: Dạng sóng từ thông rotor của động cơ 31

Hình 2.12 : Dạng sóng moment của động cơ 32

Hình 2.13: Dạng sóng tốc độ của động cơ 32

Hình 3.1:Hệ thống cấu trúc điều khiển biến đổi hai trạng thái 33

Hình 3.2: Dạng quỹ đạo của X1 và X2 ở trạng thái thuận 35

Hình 3.3: Dạng quỹ đạo của X1 và X2 ở trạng thái nghịch Asymptoles: Đường tiệm cận 36

Hình 3.4: Mô tả phương pháp SMC 38

Hình 3.5: Đáp ứng của X1 trong miền thời gian theo hai giá trị 39

Hình 3.6: Phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha bằng smc 40

Hình 3.7: Mô hình điều khiển SMC 42

Hình 3.8: Đường quỹ đạo bám thực theo quỹ đạo pha cho trước 43

Hình 3.9: Mô hình động cơ sử dụng điều khiển trượt SMC 47

Hình 3.10: Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc hệ tọa độ dq 47

Hình 3.11: Khối mô hình điều khiển dòng điện tách kênh 48

Hình 3.12: Tín hiệu đặt tốc độ (X2) và vị trí (X1)của bộ điều khiển SMC 48

Hình 3.13: Đáp ứng tốc độ (X2) và vị trí (X1)của hệ thống 49

Hình 3.14: Đáp ứng vị trí của hệ thống SMC 49

Hình 3.15: Đáp ứng tốc độ của hệ thống SMC 50

Hình 3.16: Đáp ứng dòng điện của hệ thống SMC 50

LỜI NÓI ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Như chúng ta đã biết, nước ta hiện nay đang trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá Vì thế, tự động hoá đóng vai trò quan trọng, tự động hoá giúp tăng năng suất, tăng độ chính xác và do đó tăng hiệu quả quá trình sản xuất Để

có thể thực hiện tự động hoá sản xuất, bên cạnh các thiết bị máy móc cơ khí hay điện, các dây chuyền sản xuất…v.v, cũng cần có các bộ điều khiển để điều khiển chúng Một trong số đó có hệ thống điều khiển vị trí, một hệ thống có yêu cầu cao về độ chính xác, bền vững với biến thiên tham số và nhiễu tải Điều này không thể thỏa mãn bằng hệ điều khiển tuyến tính Đồng thời hệ điều khiển trượt (SMC) giúp đảm bảo tính bền vững cho các hệ thống truyền động điện xoay chiều

Hệ thống truyền động điện điều khiển vị trí thuộc loại hệ thống được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp như trong cơ cấu truyền động cho tay máy, người máy,

cơ cấu ăn dao, máy cắt gọt kim loại, quay anten, kính viễn vọng… tùy thuộc vào các cơ cấu mà công suất truyền động nằm trong dải rộng từ vài chục W đến hàng trăm KW Động cơ KĐB là đối tượng phi tuyến khá phức tạp với nhiều đầu vào, nhiều đầu ra Trong các cách mô tả toán học động cơ KĐB, mô hình trạng thái có những ưu thế nổi bật như cung cấp cho ta hiểu biết chi tiết về bản chất bên trong của đối tượng cũng như là cơ sở thuận lợi để thiết kế các khâu điều chỉnh, quan sát

bộ điều khiển trượt được ứng dụng để điều khiển cho hệ thống phi tuyến là động cơ không đồng bộ ba pha Mục đích là để hệ thống đạt được sự ổn định nhanh và sai lệch bám nhỏ với sự biến đổi tham số động cơ, tham số tải cũng như nhiễu bên ngoài tác động

2 Mục đích nghiên cứu

Thiết kế được một hệ điều khiển SMC cho truyền động vị trí

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu:

- Tổng quan về động cơ không đồng bộ ba pha

- Điều khiển vị trí động cơ không đồng bộ ba pha

- Điều khiển trượt động cơ không đồng bộ ba pha

- Tìm hiểu về động cơ điện ba pha

- Xây dựng mô hình động cơ điện 3 pha

- Mô phỏng điều khiển trượt điều khiển động cơ điện 3 pha biến tần vecto

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu về bộ điều khiển trượt SMC, động cơ điện ba pha

- Đề tài thực hiện trong phạm vi mô phỏng mô hình trên công cụ Matlab –

Simulink, sẽ là cơ sở để tiếp tục nghiên cứu trong thực tế

5 Ý nghĩa của đề tài

Đề tài sẽ mang lại một hướng đi trong việc thiết kế bộ điều khiển trượt SMC cho hệ truyền động điện, cụ thể là động cơ không đồng bộ ba pha biến tần vecto Điều khiển cho động cơ điện chạy với các nhiễu tải và bất định tham số ổn

định nhanh

Đề tài thực hiện làm cơ sở để thực hiện các bộ điều khiển sử dụng hệ điều khiển trượt SMC cho hệ truyền động điện với chất lượng đạt yêu cầu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 1.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

1.1.1 Giới thiệu

Máy điện không đồng bộ ba pha có dây quấn stator được cung cấp điện từ lưới điện, và nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ có được sức điện động cảm ứng và dòng điện bên trong dây quấn rotor Dòng điện ba pha đối xứng trong dây quấn ba pha sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ đồng bộ ωs (rad/s) Rotor máy điện không đồng bộ gồm 2 loại:

Rotor dây quấn với dây quấn nhiều pha (thường là ba pha) quấn trong các rãnh rotor, có cùng số cực với dây quấn stator với các đầu dây ra nối với các vành trượt được cách điện với trục rotor Việc tiếp điện được thông qua các chổi than đặt trong các bộ giá đỡ chổi than

Rotor lồng sóc có dây quấn rotor là các thanh dẫn (nhôm, đồng) trong rãnh rotor, chúng được nối tắt ởhai đầu nhờhai vành ngắn mạch Do kết cấu rất đơn giản

và chắc chắn, động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc được sử dụng làm nguồn động lực rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực công nghiệp cũng như trong sinh hoạt

Trong hai loại động cơ trên, loại rotor lồng sóc đã chiếm ưu thế tuyệt đối trên thị trường vì dễ chế tạo, không cần bảo dưỡng, kích thước nhỏ hơn Sự phát triển như vũ bão của kỹ thuật vi điện tử và điện tử công suất với giá thành ngày càng hạ đã cho phép thực hiện thành công các kỹ thuật điều chỉnh phức tạp đối với loại rotor lồng sóc

1.1.2 Mạch điện tương đương của động cơ không đồng bộ

Hình 1.1: Sơ đồ mạch điện thay thế của động cơ không đồng bộ 3 pha

- Phương trình điện áp cung cấp cho động cơ:

Vs = E + I*(Rs+jωsLs) (1.1)

Với :

Vs : Điện áp pha của lưới điện cung cấp cho động cơ

E : Sức điện động cảm ứng trong dây quấn stator

I : Dòng điện pha stator

Rs : Điện trở pha dây quấn stator

Ls : Điện cảm tản từdây quấn stator

ωs: Tốc độ góc của lưới điện

1.1.3 Các quan hệ công suất trong động cơ không đồng bộ

Công suất động cơ lấy từ lưới điện:

Tổn hao trong dây quấn stator:

Công suất điện từ chuyển từ stator qua rotor qua từ thông khe hở không khí:

1.2 VECTOR KHÔNG GIAN VÀ CÁC ĐẠI LƢỢNG BA PHA

1.2.1 Biểu diễn vector không gian cho các đại lƣợng ba pha

Động cơ không đồng bộ ba pha có ba cuộn dây stator với điện áp ba pha đƣợc bố trí trong không gian nhƣ hình vẽ [1]

Hình 1.2: Vị trí không gian của pha

Phương trình điện áp stator :

(1.11)

Theo công thức (1.11), vector us(t) là vector có modul không đổi quay trên mặt phẳng phức với tốc độ góc ωs= 2πfs và tạo với trục thực một góc pha γ=ωst Việc xây dựng được mô tả như hình 1.3

Hình 1.3: Xây dựng vector trong không gian A, B,C

Điện áp của từng pha chính là hình chiếu của vector điện áp stator lên trục cuộn dây tương ứng Đối với các đại lượng khác của động cơ như dòng rotor, dòng stator, từ thông rotor và từ thông stator đều có thể xây dựng trên vector không gian tương tự như điện áp stator

1.2.2 Hệ tọa độ cố định stator (α-β)

Vector không gian điện áp stator có modul là và quay trong mặt phẳng phức với tốc độ góc ωs và tạo với trục cuộn dây A một góc ωst đặt tên trục cuộn dây

A là trục thực α và trục vông góc với nó là trục ảo β Khi đó ta có được hệ tọa độ là

hệ tọa độ cố định stator (α-β) và các vector không gian có thể mô tả thông qua 2 thành phần là trục thực và trục ảo

Hình 1.4: Hệ tọa độ stator (α-β)

Bằng cách chiếu vector không gian lên hai trục tọa độ (α-β) ta có thể tính

được thành phần theo hai trục tọa độ bằng phương pháp hình học Xét thành phần

vector điện áp trong hệ trục tọa độ (α-β):

Suy ra:

(1.13)

Theo phương trình trên ta xác định hai thành phần điện áp pha A, pha B thì

ta có thể xác định vector điện áp không gian Vì đây là điện áp ba pha cân bằng, điện áp pha C đã nằm sẵn trong phương trình:

(1.14)

1.2.3 Hệ tọa độ từ thông rotor (d-q)

Trong mặt phẳng của hệ tọa độ (α-β) ta xét thêm một hệ tọa độ thứ hai có trục hoành d và trục tung q, hệ tọa độ này quay với tốc độ đồng bộ và có chung điểm gốc và nằm lệch đi một góc s so với hệ tọa độ stator:

Khi đó sẽ tồn tại hai tọa độ và một vector không gian có thể biểu diễn trên hai tọa độ này

Hình 1.5: Mối liên hệ giữa tọa độ (α-β) và tọa độ (d-q)

Mối quan hệ giữa hai tọa độ này:

Hình 1.6: Biểu diễn vector không gian trên hệ tọa độ (d-q)

Trong hệ tọa độ từ thông rotor, các vector dòng stator và vector từ thông rotor quay cùng với hệ tọa độ (d-q) do dó các phần tử của vector dòng rotor là các đại lượng một chiều, trong chế độ xác lập các giá trị này gần như không đổi, còn trong quá trình quá độ các đại lượng này biến thiên theo một thuật toán đã được định trước

Một ưu điểm nữa là thành phần từ thông rotor trên trục q có giá trị là 0 do vuông góc với từ thông rotor trùng với trục d Do đó từ thông rotor chỉ còn thành phần theo trục d và là đại lượng một chiều

1.3 MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

1.3.1 Thông số của động cơ không đồng bộ

Động cơ KĐB có các dây quấn ba pha ở rotor và stator, các dây quấn ở ba pha đối xứng và được bố trí sao cho từ thông dọc theo chu vi khe hở không khí có dạng hình sin, gọi k là tên của dây quấn thì ta có các phương trình như sau:

Lδ - điện cảm tản

Ns - số vòng dây một pha stator

Nr - số vòng dây một pha rotor

θm - vị trí góc của dây quấn rotor Đặc tính động của động cơ không đồng bộ được mô tả với một hệ phương trình vi phân Để xây dựng phương trình cho động cơ ta giả thiết rằng:

+ Các cuộn dây stator được bố trí đối xứng trong khơng gian

+ Bỏ qua các tổn hao sắt từ và sự bão hịa của mạch từ

+ Dịng từ hĩa và từ trường phân bố hình sin trong khe hở khơng khí + Các giá trị điện trở và điện kháng xem như khơng thay đổi

Hình 1.7: Sơ đồ mạch tương đương động cơ khơng đồng bộ

Phương trình điện áp pha:

dt

t d t i R t u

s s s

s s

s s

)()

()

(

(1.20) Phương trình của dòng điện stator và từ thông stator :

0 0

240 120

)

()

()((3

2)

()

((3

2)

s

(1.22) Tương tự ta có phương trình điện áp của mạch stator khi quan sát trên hệ

dt

t d t i R t u

r s r

s s

r s

(1.23)Các vector từ thông stator và rotor :

r m s s

s L i L i

(1.24)

s m r r

nó trên các trục tọa độ

Hình 1.8: Biểu diễn vector trên hệ trục α, β

Ta có sơ đồ thay thế:

Hình 1.9 Sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ trong hệ trục α,β

Từ sơ đồ thay thế dạng hai pha vuông góc của máy điện, ta dễ dàng viết được các phương trình mô tả động cơ:

Hệ phương trình (1.32) có thể được thể hiện bởi sơ đồ cấu trúc hình (1.10)

sử dụng ánh xạ liên tục s=d/dt, kết hợp với phương trình chuyển động của hệ:

Hình 1.10: Sơ đồ cấu trúc của động cơ KĐB trong hệ tọa độ α,β

1.3.2 Chuyển vị tuyến tính – vector không gian trong hệ trục toạ độ quay d,q

Nếu ta cho trục cực quay với tốc độ đúng bằng tốc độ quay đồng bộ

ωs=2πf/pp

Hình 1.11: Hệ trục tọa độ quay

Luận văn Thạc sĩ Ứng dụng điều khiển chế độ trượt SMC cho hệ truyền động vị trí

Đặt vector trong hệ tọa độ trực giao (d,q) quay với tốc độ đồng bộ ωs=2πf/pp

Có thể dễ dàng đổi giữa các đại lượng mô tả trên hệ tọa độ trực giao quay và đứng yên:

(1.34)

Ma trận biến đổi chính là phép quay exp{jθs}, thường gọi là ma trận C2

Hình 1.12: Mối liên hệ giữa tọa độ (α,β) và tọa độ (d,q)

Lập luận như trên đúng với các đại lượng còn lại của mô hình động cơ:

(1.35)

Trong đó ωsl = ωs - ppω là tốc độ trượt của động cơ

0

ωs Trục dây quấn roto

Phương trình từ thông: (1.36)

Tương tự như trên toạ độ ta cũng có phương trình mômen cho toạ độ dq:

)(

2

s

f r r

m c

L

L p m

m c

L

L p

Chuyển sang các dạng thành phần của vector trên hai trục tọa độ [7]:

(1.39)

Hình 1.14: Mô hình động cơ trên hệ toạ độ quay dq

Sau này, khi đi sâu vào bài toán điều khiển ta sẽ sử dụng mô hình quay dq

Mô hình động cơ biểu diễn dưới dạng ma trận: hệ phương trình (1.39) sau khi tách

r = s - có thể viết lại dưới dạng mô hình trạng thái phi tuyến như sau:

s f f

s f f f f

x N u

B x A dt

x d

(1.40)

Trong đó: xf = [isd, isq, rd, rq] T

ufs= [usd, usq] T

r r

m

r r

m

r m m

m r

m

f

T T

L

T T

L

T L L

T

L T

L T

A

1 0

1 0

1 1

1 0

1 1

0 1

0 0

1 0

0 1

s

s f

L

L B

;

010

0

100

0

000

1

001

0

N

CHƯƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN VECTOR TỰA TỪ THÔNG ROTO

2.1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP VECTOR TỰA TỪ THÔNG ROTO

Moment sinh ra trong động cơ là kết quả tương tác giữa dòng điện và từ thông Từ thông phải được giữ ở mức tối ưu nhằm đảm bảo sinh ra moment tối đa

và giảm tối thiểu mức độ bão hòa của mạch từ Với từ thông có giá trị không đổi moment sẽ tỷ lệ với dòng điện

Động cơ điện tương tự như 1 nguồn moment điều khiển được Yêu cầu điều khiển chính xác giá trị moment tức thời của động cơ đặt ra trong các hệ truyền động

có đặc tính động học cao và sử dụng phương pháp điều khiển vị trí trục roto

Phương pháp FOC gồm có các loại sau: điều khiển định hướng theo từ thông stator và điều khiển định hướng theo từ thông rotor.Tuy nhiên phương pháp điều khiển định hướng theo từ thông rotor có nhiều ưu điểm vượt trội: ứng dụng phương pháp vector không gian ta có thể dễ dàng xây dựng mô hình động cơ và các phương trình trên hệ tọa độ (d – q), triệt tiêu thành phần từ thông rotor trên trục (q), còn thành phần từ thông rotor trên trục (d) có thể xem như một đại lượng một chiều, các đại lượng dòng điện, điện áp khi được chiếu lên hai trục tọa độ d và q cũng là các thành phần một chiều

Hình 2.1: Đồ thị vector cho phương pháp điều khiển vector tựa từ thông roto

Ở chế độ tựa xác lập tất cả các vector không gian đều quay với tốc độ đồng

bộ nên góc γi =θi-θs biến thiên rất chậm nên các thành phần chiếu của vector dòng điện lên các trục sẽ giống như các đại lượng một chiều, điều này cho phép có thể tổng hợp được các bộ điều khiển vô hướng cho từng thành phần

2.2 ĐIỀU KHIỂN VECTOR TỰA TỪ THÔNG RÔTO

2.2.1 Điều khiển vectơ trực tiếp theo từ thông rôto

Xây dựng một hệ điều khiển tương tự cho động cơ không đồng bộ nhưng trên toạ độ dq Như vậy động cơ cũng phải biểu diễn trên dq, lượng đặt là và isd :

Hình 2.2: Tư tưởng điều khiển ĐCKĐB

Nhưng trong hệ thống thực, nguồn cung cấp cho động cơ là ba pha abc và các đại lượng dòng phản hồi đo về được cũng là trên toạ độ abc, vậy giữa hai hệ toạ

độ đó phải có các bộ chuyển đổi toạ độ, cụ thể là từ bộ điều chỉnh lượng đặt để thành tín hiệu đưa vào biến tần nuôi động cơ phải có một bộ chuyển đổi dq/abc từ các đại lượng dòng đo được đem phản hồi có một bộ chuyển đổi ngược từ abc/dq

Có thể phân chia sơ đồ khối hình 2.3 ra làm ba phần Phần bên trái của sơ

đồ là phần các thuật điều khiển được xây dựng trên hệ tọa độ dq gắn với từ thông rô

tô, do các đại lượng điện-cơ là biến thiên chậm (một chiều) nên về hình… có thể xây dựng các mạch vòng điều khiển đơn biến (siso), phần góc trên bên phải chính là đối tượng điều khiển bao gồm nghịch lưu và động cơ không đồng bộ (NL-ĐK) Phần góc dưới bên trái là phần đo lường và tính toán các giá trị phản hồi, trong đó

SP là thiết bị đo vị trí góc dây quấn rôto

Hình 2.3: Mô hình điều khiển vectơ kiểu trực tiếp lấy s từ bộ quan sát

Mạch lực của sơ đồ bao gồm nghịch lưu nguồn áp có điều chế PWM hoặc SVM cung cấp cho động cơ ĐK nguồn điện áp bap ha được coi là hình Sin: Uas,

Ubs, và Ucs Mạch vòng điều khiển tốc độ cho đầu ra là giá trị mô men đặt M* và thông qua hệ số mô men Km ta được giá trị đặt của thành phần dòng điện ngang trục i*sq, quan hệ bởi phương trình (2.1)

|

|.'

Lr M

sq i Km

(2.1) Thành phần dòng điện dọc trục (sinh ra từ thông rô to) được xuất ra bởi bộ điều khiển từ thông Rψ, quan hệ giữa isd* và ψr*, tần số trượt ωsl* để thỏa mãn tính chính xác của đồ thị:

r Lr

Rr Lm sq

i

sl Ks

trường hợp chung, có thể bộ điều chỉnh từ thông là cần thiết bởi vì từ thông tỉ lệ với thành phần dọc trục của dòng điện qua một khâu quán tính, với hằng số thời gian quán tính là Tr = Lr/Rr

2.2.2 Mô hình tính toán ước lượng các đại lượng phản hồi

Các thành phần của véc tơ dòng điện trong hệ trục trực giao dễ dàng tính toán được nếu ta đo được giá trị tức thời của dòng điện 3 pha

hay

isc isb isa is

Rr dt

r d

)

Rr dt

r d

)