Điều khiển thông minh động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu bằng phương pháp rfoc

II LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, do sự phát triển nhanh chóng và mạnh mẽ của điện tử công suất, vi xử lý và các bộ xử lý tín hiệu số, các bộ truyền động AC điều khiển vecto đã đư

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU BẰNG

PHƯƠNG PHÁP RFOC

SVTH: NGUYỄN THANH TÙNG CBHD: TS PHẠM ĐÌNH TRỰC

TP.HỒ CHÍ MINH, 07/2007

Trang 2

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Phạm Đình Trực

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại : HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC

SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày … tháng … năm 2007

Trang 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

Tp HCM, ngày 05 tháng 07 năm 2007

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN THANH TÙNG Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 04/06/1982 Nơi sinh: Hải Dương Chuyên ngành: Thiết bị, Mạng và Nhà máy điện MSHV: 01805472

I- TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ NAM

CHÂM VĨNH CỬU BẰNG PHƯƠNG PHÁP RFOC

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- RFOC của máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu với phương pháp điều khiển dòng bằng phương pháp vòng trễ;

- RFOC của máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu với phương pháp điều khiển dòng bằng phương pháp so sánh kết hợp khối PI;

- RFOC của máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu với bộ điều khiển vận tốc dùng PI – Fuzzy

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS PHẠM ĐÌNH TRỰC

Trang 4

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Tp Hồ Chí Minh, Ngày … tháng … năm 2007

Trang 5

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 1

Trang 6

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 2

Trang 7

Tp Hồ Chí Minh, ngày 05/07/2007

Nguyễn Thanh Tùng

Trang 8

II

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, do sự phát triển nhanh chóng và mạnh mẽ của điện tử công suất, vi xử lý và các bộ xử lý tín hiệu số, các bộ truyền động AC điều khiển vecto

đã được ứng dụng mạnh mẽ trong các bộ điều khiển thông minh, trong các ứng dụng đòi hỏi sự điều khiển một cách chính xác tốc độ, vị trí, momen điện từ…

Với đặc những đặc điểm như tỷ lệ momen/quán tính lớn, tỷ lệ công suất/ khối lượng máy điện cao, hiệu suất cao cùng với nhiều ưu điểm khác, máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu đã được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp Phương pháp điều khiển định hướng tự theo trường là phương pháp thường được sử dụng cho truyền động máy điện động bộ nam châm vĩnh cửu Với phương pháp này máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu có những đặc tính tương tự như máy điện DC do momen điện từ

sẽ tỷ lệ với dòng điện stator

Trong luận văn này phần mềm mô phỏng Matlab/Simulink sẽ được sử dụng để xây dựng mô hình mô phỏng cho việc điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, thu thập dữ liệu và quan sát các đáp ứng với những điều kiện thay đổi thực tế được bỏ qua

Cấu trúc luận văn

- Chương 1: GIỚI THIỆU MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU

- Chương 2: ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TỪ THÔNG ROTOR ĐỘNG CƠ ĐỒNG

BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU

- Chương 3 : MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN VÒNG TRỄ

- Chương 4 : MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH

CỬU VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN SO SÁNH

- Chương 5 : MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN SO SÁNH VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID – FUZZY

- Chương 6: KẾT LUẬN

Trang 9

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN I LỜI NÓI ĐẦU II BẢNG BIỂU VI HÌNH VẼ VII CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU IX Chương 1: GIỚI THIỆU MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU

1.1 Giới thiệu chung 1

1.2 Ứng dụng 1

1.3 Cấu trúc của máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu 2

1.3.1 Máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu gắn trên bề mặt rotor (surface mounted magnets ) 3

1.3.2 Máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu đặt bên trong rotor (interior magnets ) 4

1.4 Vật liệu nam châm vĩnh cửu 4

1.5 Mô hình toán học của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu 5

1.6 Kết luận 9

Chương 2: ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TỪ THÔNG ROTOR ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU 2.1 Điều khiển định hướng từ thông rotor động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu 10 2.2 Các phương pháp điều khiển dòng 12

2.2.1 Điều khiển vòng trễ 13

2.2.2 Điều khiển so sánh 14

2.3 Bộ điều khiển PID 16

2.3.1 Bộ điều khiển PID truyền thống 16

2.3.2 Bộ điều khiển PID – Fuzzy 18

Trang 10

IV

2.4 Kết luận 18

Chương 3 : MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN VÒNG TRỄ 3.1 Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu với bộ điều khiển vòng trễ 19

3.1.1 Mô hình mô phỏng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu 20

3.1.2 Mô hình mô phỏng bộ điều khiển vòng trễ và bộ nghịch lưu 23

3.1.3 Mô hình mô phỏng bộ biến đổi từ hệ trục d-q sang hệ trục 3 pha 24

3.1.4 Mô hình bô PID với hai khâu setpoint weighting và anti – windup 25

3.2 Kết quả mô phỏng 27

3.2.1 Động cơ không tải với vận tốc định mức 28

3.2.2 Động cơ tải định mức 30

3.2.3 Động cơ không tải với vận tốc bằng ½ vận tốc định mức có đổi chiều 32

3.3 Kết luận 33

Chương 4 : MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN SO SÁNH 4.1 Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu với bộ điều khiển so sánh 34

4.2 So sánh điều khiển so sánh và điều khiển vòng trễ 35

4.3 Kết luận 43

Chương 5 : MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN SO SÁNH VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID – FUZZY 5.1 Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu với bộ điều khiển PID – Fuzzy 45

Trang 11

5.1.1 Mô hình mô phỏng 45

5.1.2 Hàm thành viên 47

5.1.3 Luật mờ 49

5.2 So sánh điều khiển so sánh – PID anti windup và điều khiển so sánh – PID – Fuzzy 52

5.3 So sánh điều khiển so sánh – PID – Fuzzy và điều khiển vòng trễ 61

5.4 Kết luận .70

Chương 6: KẾT LUẬN 6.1 Phân tích kết quả 6.1.1 Phân tích kết quả mô phỏng điểu khiển vòng trễ và điều khiển so sánh 71

6.1.2 Phân tích kết quả mô phỏng điều khiển so sánh với bộ điều khiển PID – Fuzzy 72

6.2 Nhận xét chung 72

6.2.1 Nhận xét 72

6.2.2 Kết luận 73

6.3 Kiến nghị, đề xuất mở rộng 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

Trang 12

VI

Bảng biểu

Bảng 3.1 Thông số động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu 21

Bảng 3.2 Trạng thái đóng ngắt 23

Bảng 5.1 Luật mờ của KP 50

Bảng 5.2 Luật mờ của TI 50

Trang 13

Hình vẽ

Hình 1.1 Ứng dụng của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu trong xe hơi chạy điện 2

Hình 1.2 Máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu gắn trên bề mặt 3

Hình 1.3 Máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu đặt bên trong rotor 4

Hình 1.4 Đặc tính mật độ từ thông và từ trường của một số loại vật liệu 5

Hình 1.5 Các cuộn dây và hệ tọa độ 7

Hình 1.6 Mạch tương đương của máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu có nam châm gắn trên bề mặt rotor 8

Hình 2.1 Vecto từ thông và dòng điện ở chế độ động cơ ở vùng tốc độ cơ bản 11

Hình 2.2 Điều khiển vòng trễ trong truyền động máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu 13

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý điều khiển vòng trễ 14

Hình 2.4 Điều khiển so sánh trong truyền động PMSM 15

Hình 3.1 Mô hình mô phỏng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu với bộ điều khiển vòng trễ 19

Hình 3.2 Mô phỏng tổng quan hệ thống động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu với bộ điều khiển vòng trễ 20

Hình 3.3 Mô phỏng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu 22

Hình 3.4 Giao diện nhập thông số động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu 22

Hình 3.5 Mô hình mô phỏng khối điều khiển dòng 23

Hình 3.6 Mô phỏng mô phỏng bộ biến đổi dòng điện từ hệ trục d-q sang hệ trục 3 pha 24

Hình 3.7 Mô hình mô phỏng bộ PID với anti-windup và setpoint weighting 26

Hình 3.8 Giao diện nhập thông số của bộ PID 26

Hình 3.9 Giao diện chỉnh định và nhập thời gian mô phỏng 27

Hình 4.1 Mô hình mô phỏng khối điều khiển dòng 34

Trang 14

VIII

Hình 5.1 Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu với bộ

điều khiển PID-Fuzzy 44

Hình 5.2 Mô hình mô phỏng khối PID-Fuzzy 45

Hình 5.3 Mô hình Fuzzy Logic 45

Hình 5.4 Giao diện soạn thảo Fuzzy Logic trên Matlap 46

Hình 5.5 Hàm thành viên của sai số tốc độ e(t) 46

Hình 5.6 Hàm thành viên của độ dốc sai số tốc độ de/dt 47

Hình 5.7 Hàm thành viên của KP 47

Hình 5.8 Hàm thành viên của TI 47

Hình 5.9 Giao diện soạn thảo luật mờ 48

Hình 5.10 Luật mờ 49

Hình 5.11 Đáp ứng của ngõ ra theo ngõ vào trong không gian 49

Trang 15

Chữ viết tắt và ký hiệu

v ds , v qs Điện áp stator trong hệ trục d-q

i ds , i qs Điện áp stator trong hệ trục d-q

ψds , ψ qs Từ thông stator trong hệ trục d-q

Trang 16

Chương 1: GIỚI THIỆU MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU

1

Chương 1

GIỚI THIỆU MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ NAM CHÂM

VĨNH CỬU

1.1 Giới thiệu chung:

Máy điện đồng bộ với cuộn rotor được kích từ bao gồm cuộn dây 3 pha stator (

gọi là phần ứng ) và cuộn dây rotor mang dòng điện kích từ DC [2] Ngoài ra trên rotor

còn có thêm cuộn cản Cuộn dây phần ứng tương tự cuộn stator của máy điện không

đồng bộ Máy điện đồng bộ quay với một tốc độ đồng bộ tùy thuộc vào tần số của

nguồn cung cấp và số đôi cực Cuộn kích từ có thể được thay thế bằng nam châm vĩnh

cửu Sự thay thế này có nhiều lợi ích như không cần đến chổi than, vòng trượt, và tổn

hao đồng trên cuộn kích do đó dẫn đến hiệu suất cao hơn Do tổn hao đồng và tổn hao

sắt chủ yếu tập trung trên stator cho nên việc làm mát máy thông qua stator sẽ đạt

được dễ dàng hơn Hiệu suất cao của máy cho phép giảm được kích thước của máy

Ngoài ra,với cùng một kích thước như nhau, việc sử dụng nam châm vĩnh cửu còn cho

phép thay đổi đặc tính của máy tùy thuộc vào loại nam châm vĩnh cửu được sử dụng

và cách thức sắp đặt của chúng trên rotor Có thể chia máy điện đồng bộ nam châm

vĩnh cửu (PMSM) thành hai nhóm chủ yếu sau:

- Máy điện DC không dùng chổi than ( Brushless DC machine ) được cấp nguồn

thông qua biến tần dòng và từ thông có dạng xung

- Máy điện đồng bộ có từ thông khe hở không khí có dạng sin, dòng điện stator

có dạng sin

1.2 Ứng dụng:

Máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu được sử dụng rộng rãi trong các máy công

cụ có công suất nhỏ và sử dụng cho robot, tuy nhiên những máy có công suất lớn đến 1

MW cũng đã được sử dụng , như trong làm động cơ đẩy cho tàu thủy Ngoài ra, cũng

có thể được ứng dụng trong lĩnh vực phát điện, các ứng dụng sử dụng năng lượng mặt

trời, năng lượng gió

Máy điện đồng bộ nam châm vĩnh ứng dụng điều khiển vecto của có thể đáp ứng

được những yêu cầu trong những ứng dụng như truyền động cho cánh tay máy hay các

robot trong công nghiệp mà các máy điện đồng bộ truyền thống không thể đáp ứng

được Các yêu cầu đó là:

- Mật độ từ thông trong khe hở không khí lớn

- Tỷ lệ công suất/ khối lượng máy điện cao ( công suất lớn nhất có thể của

động cơ/ khối lượng động cơ

- Tỷ lệ momen/ quán tính lớn ( có thể tăng tốc nhanh)

- Vận hành nhẹ nhàng ( dao động của momen nhỏ ) thậm chí ở tốc độ thấp (để

đạt được sự điều khiển vị trí một cách chính xác)

Trang 17

- Momen điều khiển được ở tốc độ bằng không

- Vận hành ở tốc độ cao

- Có thể tăng tốc và giảm tốc trong thời gian ngắn

- Hiệu suất cao và cos φ lớn ( để giảm chi phí cho nguồn cung cấp )

- Kết cấu gọn

Hình 1.1: Ứng dụng của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu trong xe hơi chạy

điện

1.3 Cấu trúc của máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu:

Có nhiều loại nam châm có thể được sử dụng để gắn vào rotor Có thể sử dụng nam châm được cấu tạo từ SmCO5, Sm2CO17 hay NdFeB, những loại này có thể tránh được hiện tượng khử từ Nam châm được gắn vào rotor bằng chất có độ kết dính cao

Để đạt được lực cơ lớn, đặc biệt khi vận hành với tốc độ cao, khe hở không khí được phủ bằng vật liệu không có từ tính, còn rotor có thể được phủ bằng vật liệu có độ bền cao chẳng hạn như sợi thủy tinh Tuy nhiên hiện tại việc sử dụng nam châm trên có giá thành khá cao, tuy nhiên điều này có thể thay đổi trong tương lai với những sự phát triển mới Ngoài ra, cũng cần phải cải thiện đặc tính của nam châm NdFeB ( hiện tại nam châm loại này khi nhiệt độ tăng thì cường độ từ trường sẽ bị giảm ) Tùy theo cấu trúc của thanh nam châm vĩnh cửu được gắn trên rotor có thể chia máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu thành hai dạng : máy điện có nam châm vĩnh cửu gắn trên bề mặt của rotor và máy điện có nam châm vĩnh cửu đặt bên trong rotor

Trang 18

Hình 1.2 : Máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu gắn trên bề mặt [1]

Trong trường hợp các thanh nam châm được gắn trên bề mặt của rotor, sự gia tăng của độ thẩm từ do từ trường bên ngoài là 1,02 – 1,2 Chúng có cường độ từ trường lớn, cho nên có thể xem máy điện có khe hở không khí lớn, do đó có thể bỏ qua hiện tượng cực lồi ( điều này dẫn đến điện cảm từ hóa trên trục d bằng với điện cảm

từ hóa trên trục q, Lmd = Lmq = Lm ) Hơn nữa, do khe hở không khí lớn, điện cảm đồng bộ ( Ls = Lsl + Lm ) nhỏ và vì vậy có thể bỏ qua hiện tượng phản ứng phần ứng Một hệ quả của khe hở không khí lớn là hằng số điện của cuộn stator nhỏ Nam châm

có thể có nhiều dạng Nam châm có dạng thanh và dạng cung với góc lên đến 90o và

độ dày khoảng vài milimét Nam châm dạng cung tạo ra một từ thông trong khe hở không khí bằng phẳng và momen ít dao động Sự dao động của momen có thể được giảm bằng cách thiết kế cuộn stator thích hợp

1.3.2 Máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu đặt bên trong rotor ( interior magnets )

Một dạng cấu trúc khác của máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu khác với cấu trúc được miêu tả ở phần trên do vị trí của các thanh nam châm Trong cấu trúc này, như trong hình 1.3, các thanh nam châm được đặt ở phía trong của rotor Máy điện có các thanh nam châm đặt phía trong rotor cũng giống như các máy điện đồng bộ cực lồi (Lq ≠ Ld ) Tuy nhiên không giống với các máy điện đồng bộ cực lồi truyền thống, tỷ lệ của điện cảm theo trục d và q thông thường là Lq > Ld Do các thanh nam châm được đặt bên trong rotor, ảnh hưởng của khe hở không khí nhỏ hơn nhiều so với máy điện

Trang 19

có các thanh nam châm đặt bên ngoài rotor Đặc tính này cho phép có thể dễ dàng vận hành trong vùng từ trường yếu mà rất khó trong trường hợp máy điện có các thanh nam châm gắn bên ngoài rotor Máy điện có thanh nam châm gắn bên trong rotor có thể cso dạng như trong hình 1.3a hay cũng có thể có dạng hình vuông như trong hình 1.3b Do khe hở không khí là không đồng dạng cho nên hệ thống điều khiển phức tạp hơn nhiều so với máy điện có nam châm gắn bên ngoài rotor, do momen tạo ra bao gồm cả hai thành phần cơ bản và thanh phần cưỡng bức

Hình 1.3 : Máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu đặt bên trong rotor [1]

1.4 Vật liệu nam châm vĩnh cửu

Đặc tính của vật liệu nam châm vĩnh cửu sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sự hoạt động của động cơ và cần phải có kiến thức đúng để lựa chọn vật liệu và hiểu rõ về động cơ nam châm vĩnh cửu

Vật liệu được sử dụng sớm nhất để làm nam châm vĩnh cửu là thép Nam châm được làm từ thép có thể từ hóa một cách dễ dàng Tuy nhiên, chúng không tích trữ được nhiều năng lượng và dễ bị khử từ Trong những năm gần đây, các vật liệu từ khác như hợp kim nhôm, Niken, Coban (ALNICO), Strongti Ferit hay Bari Ferit, Samarium Coban (SmCo) và Neodymium Iron-Boron (NdFeB) đã được phát triển và

sử dụng cho nam châm vĩnh cửu

Vật liệu từ hiếm được chia thành hai loại: Samarium Coban (SmCo) và Neodymium Iron Boron (NdFeB) SmCo có mật độ từ thông cao nhưng chúng rất đắt NdFeB thì được sử dụng nhiều hơn trong các động cơ ngày nay Đồ thị mật độ từ thông và từ trường cho các vật liệu này được cho trong hình 1.4

Trang 20

5

Hình 1.4: Đặc tính mật độ từ thông và từ trường của một số loại vật liệu

1.5 Mô hình toán học của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Do từ thông và sức từ động ở một động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu là có dạng sin nên các lý thuyết chung về máy điện có thể được ứng dụng để xây dựng mô hình một động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu Có thể bắt đầu bằng việc sử dụng mô hình của một động cơ đồng bộ ba pha với cuộn kích từ trên rotor ( không có cuộn hãm trên rotor), hệ quy chiếu được gắn với rotor Mô hình này có thể đạt được bằng cách biến đổi các phương trình của động cơ đồng bộ ba pha sang hệ tọa độ gắn với rotor Giả sử khe hở không khí là đồng dạng, vì vậy điện cảm d-q là bằng nhau Điều này có giá trị với động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được đề cập ở trong phần này Do hệ tọa độ được gắn với rotor cho nên ωa=ω Tuy nhiên, do rotor mang nam châm vĩnh cửu cho nên tốc độ tức thời của rotor bằng với tốc độ quay của từ thông rotor Vì vậy

ωa=ω=ωr Ta có các phương trình sau:

qs r

ds ds

s

d i R

ds r

qs qs

s

diR

v = + ψ +ωψ

Trang 21

dt

diR

f f f

ψ+

dt

dP

JT

L

e

ω+

f m ds s

ds =Li +L i

qs s

qs =Li

ψ

ds m f f

Từ (1.1) – (1.6) chỉ số s là cuộn dây stator và f là cuộn kích từ rotor Do hệ tọa

độ được gắn với rotor cho nên sức điện động chỉ được biến đổi ở sang các phương trình stator Điều này đưa đến kết luận là trục d của hệ tọa độ chung và trục của rotor mang nam châm vĩnh cửu (trục của cuộn kích từ) là trùng nhau Các phương trình thể hiện mối liên hệ giữa các biến trong hệ tọa độ ba pha và các biến trong hệ tọa độ d-q như sau:

θ

=

3

4 cos

v 3

2 cos

v cos v 3

v 3

2 sin

v sin v 3

2

θ

− θ

=

3

2 sin

i 3

2 cos

=

3

4 sin

i 3

4 cos

t

0

r τ τ+θω

=

Hình minh họa các cuộn dây của động cơ và hệ tọa độ được cho trong hình 1.5

Trang 22

7

Hình 1.5: Các cuộn dây và hệ tọa độ[1]

Trong trường hợp động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu thì mô hình này tương đối đơn giản Vai trò của cuộn kích từ được thay bằng các nam châm vĩnh cửu Sức điện động cảm ứng lên các cuộn stator do từ thông của nam châm vĩnh cửu là dạng sin

Vì vậy phương trình (1.2) và (1.5) có thể bỏ qua trong mô hình toán học và nam châm vĩnh cửu được xem như là nguồn tạo ra từ thông rò cố định Mạch tương đương của rotor của một động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu trong hình 1.5 cho phép mô hình hóa rotor tương ứng với các lý thuyết chung về máy điện Vecto không gian của dòng điện rotor với hệ tọa độ gắn với rotor cho bởi:

2 br ar

ea

Hình 1.6 : Mạch tương đương của máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu có nam

châm gắn trên bề mặt rotor[1]

Trang 23

Trong phương trình (1.11) If tương đương với dòng điện kích từ Do đó từ thông móc vòng tạo bởi nam châm vĩnh cửu có thể được biểu diễn dưới dòng điện kích từ như sau:

f m

m =L I

Và giá trị của nó là một hằng số và nằm thẳng hàng với trục d trong không gian

Từ các xem xét trên các phương trình (1.1) – (1.6) được

qs r

ds ds

s

diR

ds r

qs qs

s qs

dt

diR

v = + ψ +ωψ

m ds s

ds =Li +ψ

qs s

JT

m r ds s r qs s s

dt

dP

JT

L

e

ω+

qs m

2

3

Một đặc tính rất quan trọng của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu là nó chỉ

có thể hoạt động khi vị trí của rotor có thể đo được hay ước lượng được Nói cách khác động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu không thể sử dụng cho các vận hành chính ( điều này trái ngược với động cơ đồng bộ truyền thống ) do nó không có cuộn hãm và không thể tự khởi động Điều này nhấn mạnh rằng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được

Trang 24

9

ứng dụng chủ yếu cho các truyền động thay đổi tốc độ và luôn được cấp nguồn bởi một bộ biến tần trong một hệ điều khiển thích hợp Việc cần thiết phải xác định vị trí của rotor không là một trở ngại trong các trường hợp mà động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được sử dụng cho các ứng dụng điều khiển vị trí, do các ứng dụng này luôn đòi hỏi phải có các cảm biến vị trí Một hệ truyền động sử dụng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu đòi hỏi phải có các cảm biến vị trí có độ chính xác cao, điều này làm tăng đáng kể chi phí của toàn bộ bộ truyền động

1.6 Kết luận:

Chương 1 đã giới thiệu về máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu, sự phân loại

và các ứng dụng Ngoài ra mô hình toán học của một động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có nam châm đặt trên bề mặt rotor cũng được đưa ra ở đây Ở chương tiếp theo ta

sẽ trình bày về phương pháp điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu định hướng theo từ thông rotor

Trang 25

Chương 2 : ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TỪ THÔNG ROTOR CỦA PMSM

Chương 2

ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TỪ THÔNG ROTOR ĐỘNG CƠ

ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU

2.1 Điều khiển định hướng từ thông rotor động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Phương trình động của một động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được cho bởi

qs s r ds s s

m r ds s r qs s s

v = + +ω ψ +ωψ

qs m

có Lý do thứ hai là do trên rotor không có cuộn dây cho nên không có các phương trình cho mạch của rotor

Phương trình momen ở (2.1) chỉ ra rằng, nếu có thể điều khiển tức thời dòng điện stator theo trục q thì có thể điều khiển momen một cách tức thời

Do từ thông của nam châm vĩnh cửu được cố định với rotor và trục tọa độ cũng gắn với rotor cho nên hệ trục của từ thông rotor và trục d là giống nhau Nói cách khác phương trình (2.1) đã mô tả động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cử định hướng từ thông rotor do trục tọa độ được chọn gắn với rotor và hướng của từ thông nam châm vĩnh cửu trùng với trục d Vì vậy góc tức thời của vị trí rotor bằng với vị trí tức thời của vecto từ thông rotor Φr

Do từ thông rotor nằm dọc theo trục d và được xác định bởi nam châm vĩnh cửu, điều khiển định hướng từ thông rotor có thể đạt được với từ thông cố định bằng cách giữ cho thanh phần stator ở trục d bằng 0 Nói cách khác, là không cần phải từ hóa động cơ bằng cách sử dụng một thành phần dòng điện stator như trong trường hợp của một máy điện cảm ứng Thành phần tức thời theo trục q của stator, mà vuông góc với trục d phải được giữ ở một góc 90º so với từ thông rotor dọc trục d Sự vận hành như vậy sẽ tạo ra một từ thông cố định khi vận hành ở dải tốc độ cơ bản Vì thế vecto không gian dòng điện statord được cho bởi

δ

−s =ids +jiqs = jiqs =Isej

Trang 26

11

Trong hệ tạo độ gắn với vecto từ thông rotor Ở chế độ động cơ, trong quá trình hãm ( khi momen âm) thì góc δ trở thành bằng với δ = -π/2 Cần phải lưu ý rằng góc δ phải được giữa cho bất kỳ giá trị nào của góc vị trí rotor θ = Φr , vì thế bất kỳ trạng thái vận hành động hay tĩnh vecto không gian của dòng điện stator chỉ bao gồm thành phần theo trục q Minh họa về vector từ thông và dòng điện ở chế độ động cơ ở vùng tốc độ cơ bản được cho trong hình 2.1

Hình 2.1 Vecto từ thông và dòng điện ở chế độ động cơ ở vùng tốc độ cơ bản[1]

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu không thể vận hành trực tiếp được ở vùng

từ trường yếu do từ thông rotor là hằng số do nam châm vĩnh cửu Tuy nhiên, ảnh hưởng tương tự có thể đạt được nếu góc δ tăng hơn 90º, hay nếu thành phần dòng điện theo trục d của stator là âm Từ thông stator theo trục d ở phương trình (1.14) trở thành

m m ds s

ψ trong vùng tốc độ cơ bản do ids = 0 (2.4)

m m ds s

ds =Li +ψ <ψ

ψ trong vùng từ trường yếu do ids < 0

Kết quả là , dòng điện theo trục q cần phải giảm cho kiểu vận hành như trên do tổng dòng điện stator là có giới hạn và không vượt quá một giá trị cực đại cho trước

max s

2 qs

Trang 27

pháp hay sử dụng là thiết kế bộ truyền động theo cách giá trị gấp đôi của vận tốc định mức sẽ là giới hạn trên trong vùng từ trường yếu

2.2 Các phương pháp điều khiển dòng

Điều khiển PWM dòng điện thường được sử dụng trong truyền động AC chất lượng cao do việc điều khiển từ thông và momen bằng cách điều khiển vecto dòng điện tức thời stator có thể đạt được một cách tương đối dễ dàng Tất cả các kỹ thuật điều khiển dòng điện được chia làm hai nhóm chính Nhóm đầu tiên bao gồm các phương pháp điều khiển dòng điện trong hệ quy chiếu cố định trong khi nhóm thứ hai bao gồm các phương pháp điều khiển dòng điện trong hệ quy chiếu quay

Điều khiển dòng điện trong hệ quy chiếu cố định thường được sử dụng trong các

mô hình điều khiển analoge Hai dạng thông thường nhất là điều khiển vòng trễ

(hysteresis current control) và điều khiển so sánh (ramp-comparison current control)

Nhược điểm lớn nhất của điều khiển vòng trễ là tần số đóng cắt của bộ nghịch lưu luôn biến đổi Nhược điểm này được khắc phục trong điều khiển so sánh Ở đây sai số dòng điện được so sánh với sóng mang Do có độ lệch về độ lớn và pha của dòng điện thực

so với giá trị lệnh nên sử dụng bộ PI Ưu điểm của bộ điều khiển so sánh so với điều khiển vòng trễ là có tần số đóng cắt của bộ nghịch lưu là cố định và không đổi

Điều khiển dòng điện trong hệ quy chiếu cố định yêu cầu bộ điều khiển dòng điện xử lý các tín hiệu mà có thể thay đổi trong một dải tần số lớn Hơn nữa, các đặc tính điều khiển ở trạng thái ổn định còn tùy thuộc vào tần số hoạt động và điện cảm của máy điện Các yêu cầu trên có thể giải quyết bằng cách thêm vào bộ điều khiển dòng điện cơ bản các khâu hiệu chỉnh

Ở tốc độ thấp do lực điện động trong máy điện nhỏ bộ điều khiển có thể thực hiện rất tốt sự hiệu chỉnh giữa dòng điện lệnh và dòng điện thực về cả độ lớn và góc pha Tuy nhiên, ở tốc độ cao do giới hạn về điện áp của bộ biến tần và tần số đóng cắt

có giới hạn nên sự hiệu chỉnh sẽ xấu hơn và sẽ có sai số về cả độ lớn và góc pha của dòng điện thực và dòng điện lệnh Điều này sẽ trở nên rõ ràng trong vùng từ trường yếu khi mà bộ biến tần hoạt động gần ở điện áp giới hạn Vấn đề này có thể được giải quyết khi thay bộ điều khiển dòng từ hệ quy chiếu cố định sang hệ quy chiếu quay Trong truyền động động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, bộ điều khiển dòng điện được thực hiện cả trong hệ quy chiếu đứng yên hay trong hệ quy chiếu định hướng trường Truyền động động cơ nam châm dùng hoàn toàn kỹ thuật số sử dụng bộ điều khiển dòng điện trong định hướng trường Các bộ điều khiển dòng điện trong hệ quy chiếu quay thường được sử dụng theo dạng analog hay analoge kết hợp kỹ thuật

số mặc dù dạng hoàn toàn kỹ thuật số vẫn có thể thực hiện được Cần phải chú ý rằng,

do cấu trúc điều khiển của truyền động động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu thì đơn giản hơn so với bộ truyền động động cơ cảm ứng nên có thể dễ dàng ứng dụng hoàn toàn kỹ thuật số cho truyền động động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Điều khiển dòng điện của truyền động động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu sử dụng điều khiển vòng trễ hay điều khiển so sánh Phần sau đây sẽ trình bày về hai kỹ thuật điều khiển dòng điện trên

Trang 28

13

2.2.1 Điều khiển vòng trễ

Cấu trúc của truyền động động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu với bộ điều khiển vòng trễ được cho trong hình 2.2 Có thể sử dụng các bộ điều khiển độc lập trong hệ quy chiếu 3 pha a,b,c hay các bộ điều khiển trong hệ quy chiếu α,β So sánh sự hoạt động của hai phương thức trên cho thấy không có sự khác biệt về đáp ứng động của hệ truyền động Sai số giữa giá trị dòng điện thực và dòng điện lệnh sẽ biến đổi theo thời gian và có thể âm hay dương và cho phép nằm trong một khoảng sai số cho phép Khoảng sai số cho phép là tương tự với sai số âm hay sai số dương Trạng thái của các nhánh của bộ biến tần sẽ thay đổi tương ứng khi sự khác biệt giữa giá trị lệnh và giá trị thực vượt quá khoảng sai số cho phép Do giá trị dòng điện thực thay đổi theo trạng thái hoạt động của bộ truyền động nên tần số đóng ngắt tức thời của bộ biến tần không thể dự đoán và sẽ biến đổi Sơ đồ nguyên lý của bộ điều khiển vòng trễ được minh họa trong hình 2.3

Hình 2.2: Điều khiển vòng trễ trong truyền động máy điện đồng bộ nam châm

vĩnh cửu[1]

Trang 29

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý điều khiển vòng trễ[1]

Ưu điểm của mạch điều chỉnh dòng điện dùng mạch điều khiển vòng trễ là đáp ứng quá độ nhanh và có thể thực hiện một cách dễ dàng Tuy nhiên nhược điểm của nó

là sai số trong quá trình quá độ có thể đạt giá trị lớn và tần số đóng ngắt thay đổi nhiều Sai số dòng điện cực đại có thể đạt hai lần giá trị sai số cho bởi mạch trễ Các nhược điểm vừa nêu trên làm cho khả năng ứng dụng của phương pháp điều khiển vòng trễ bị hạn chế đối với tải công suất lớn

2.2.2 Điều khiển so sánh

Cấu trúc của truyền động động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu sự dụng kỹ thuật điều khiển so sánh được minh họa trong hình 2.4 Sai số dòng được cho qua một bộ điều khiển PI dòng điện Ngõ ra là điện áp pha và được so sánh với sóng mang có tần

số cố định Do tần số của sóng mang là cố định trong khi tần số của sai số dòng điện là biến đổi nên tỷ số giữa hai tần số này không phải là một số nguyên do đó gọi là PWM không đồng bộ PWM không đồng bộ nói chung sẽ tạo ra các họa tần không mong muốn ở điện áp ra Tuy nhiên nếu tần số của sóng mang đủ lớn thì ảnh hưởng này có thể được bỏ qua do nó sẽ không ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của bộ truyền động

Trang 30

15

Hình 2.4: Điều khiển so sánh trong truyền động PMSM[1]

Mạch điều chỉnh dòng điện dùng mạch điều khiển so sánh loại bỏ được một số khuyết điểm của phương pháp điều khiển vòng trễ Ở trạng thái xác lập luôn tồn tại sai biệt dòng điện và sự chậm pha của đáp ứng so với tín hiệu đặt vì khâu hiệu chỉnh PI không thể theo kịp một cách chính xác các đại lượng xoay chiều biến thiên theo hình sin

Nhược điểm của hai phương pháp điều khiển vòng trễ và điều khiển so sánh là không có sự phối hợp giữa các quá trình điều khiển dòng điện của các pha Không có khả năng điều khiển vecto không V→0 và tổn hao do đóng ngắt lớn khi tỷ số điều chế lớn [5]

Trang 31

2.3 Bộ điều khiển PID

Bộ điều khiển PID là dạng thông dụng nhất của bộ hồi tiếp Nó là một phần tử chủ yếu trong các bộ điều tốc đầu tiên và trở thành một công cụ chuẩn khi điều khiển quá trình nổi lên trong những năm 1940 Trong điều khiển quá trình ngày nay, hơn 95% các điều khiển hồi tiếp là dạng PID, hầu hết các vòng hồi tiếp là điều khiển PI Các bộ điều khiển PID ngày nay được tìm thấy trong hầu hết các lĩnh vực mà ứng dụng sự điều khiển Các bộ điều khiển có nhiều dạng khác nhau Bộ điều khiển PID là một thành phần quan trọng của một hệ thống điều khiển phân bố Các bộ điều khiển còn được gắn trong nhiều hệ thống điều khiển đặc biệt Bộ điều khiển PID thường được kết hợp với các bộ logic, các hàm liên tục, các khối hàm khác để tạo thành các hệ thống điều khiển tự động phức tạp được sử dụng trong quá trình tạo ra năng lượng, trong việc vận chuyển và sản xuất

Các bộ điều khiển PID đã trải qua nhiều sự thay đổi về kỹ thuật, từ cơ khí đến vi

xử lý bằng các ống điện tử, các transistor, các mạch tích hợp Hầu hết các bộ điều khiển PID ngày nay đều dựa trên các vi xử lý Điều này dẫn đến việc có thể thêm các đặc tính khác như tự động điều chỉnh, tự thu thập và tự thích nghi một cách liên tục

2.3.1 Bộ điều khiển PID truyền thống

Bộ điều khiển PID kinh điển được thiết kế dựa trên các phương pháp đã biết như phương pháp tổng hợp hệ thống của Ziegler và Nichols, phương pháp của Offerein, phương pháp của Reinisch… [7] Một bộ điều khiển PID với đầu vào là sai lệch e(t), đầu ra u(t) có mô hình toán học như sau:

= ∫t

0

D I

tdeTdeT

1teKt

Mô hình của đối tượng được điều khiển ở đây rất phức tạp, do đó phương pháp thực nghiệm của Zeigler_Nichols dựa vào đáp ứng quá độ của hệ thống kín được áp dụng để tính toán các tham số cho bộ điều khiển PID chỉ cho kết quả tốt trong một số trường hợp nhất định

Trang 32

17

Set Point Weighting

Khi sử dụng bộ điều khiển PID với luật điều khiển như trong phương trình (2.6), nếu có một sự thay đổi ở tín hiệu tham chiếu sẽ dẫn đến một xung ở tín hiệu điều khiển[8] Điều này thường là không mong muốn cho nên thành phần vi phân thường không được sử dụng cho tín hiệu tham chiếu Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách lọc giá trị tham chiếu trước khi đưa vào bộ điều khiển Một cách khác là cho thành phần tỷ lệ tác động như là một phần của tín hiệu tham chiếu Cách này được gọi

là Set Point Weighting Một bộ PID có phương trình cho bởi (2.6) trở thành

ττ+

)t(dydt

)t(drcTdeT

1te)t(y)t(brKt

Trong đó

b và c : là hệ số thêm vào

r: biến tham chiếu

e = ysp – y : sai số giữa giá trị tham chiếu và giá trị thực

đã mở hoàn toàn hay không thể đóng vào nữa khi đã đóng hoàn toàn… Với một hệ điều khiển có một dải vận hành rộng thì có thể xảy ra trường hợp biến điều khiển đạt đến giới hạn của phần tác động Khi điều này xảy ra thì vòng hồi tiếp bị phá vỡ và hệ

Trang 33

thống hoạt động như một vòng hở do phần tác động sẽ giữ ở giới hạn của nó một cách độc lập với tín hiệu điều khiển Nếu một bộ điều khiển sử dụng thành phần tích phân thì sai số sẽ tiếp đục được tích phân Điều này có nghĩa là thành phần tích phân sẽ rất lớn hay còn gọi là “wind up” Điều này đòi hỏi sai số phải có tín hiệu đối nghịch trong một khoảng thời gian dài trước khi trở lại như bình thường

2.3.2 Bộ điều khiển PID-Fuzzy

N hững năm gần đây, ngoài các phương pháp điều khiển cổ điện và hiện đại, ngày càng thấy áp dụng các phương pháp điều khiển thông minh dựa trên suy luận của con người Ý niệm về logic mờ có từ năm 1965 trong bài báo Fuzzy sét đăng trên tạp chí Information and Contr)ol của Tiến sĩ Lotfi Zadeh Kể từ đó, nó đã là đề tài nghiên cứu của các nhà khoa học, toán học, kỹ sư và thành công đáng kể nhất là các nhà nghiên cứu Nhật trong việc áp dụng vào các thiết bị dân dụng và công nghiệp

Khác với các kỹ thuật điều khiển kinh điển là dựa hoàn toàn vào sự chính xác tuyệt đối của thông tin mà trong nhiều ứng dụng không cần thiết hoặc không thể có được, điều khiển mờ chỉ cần xử lý những thông tin không chính xác hoặc không đầy

đủ, những thông tin mà sự chính xác của nó chỉ nhận thấy được giữa các quan hệ của chúng với nhau và cũng chỉ có thể mô tả bằng ngôn ngữ, đã có thể cho ra những quyết định chính xác Với khả năng mô tả bằng ngôn ngữ quan hệ vào-ra của các đối tượng bất kỳ để cho ra những quyết định chính xác, điều khiển mờ sao chụp được phương thức sử lý thông tin và điều khiển của con người để giải quyết thành công các bài toán phức tạp mà trước đây không thể giải quyết được

Trang 34

Chương 3:MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN PMSM VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN VÒNG TRỄ

19

Chương 3

MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM

VĨNH CỬU VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN VÒNG TRỄ

3.1 Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu với bộ điều khiển vòng trễ :

Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu với bộ điều khiển vòng trễ được cho trong hình 3.1

Hình 3.1 : Mô hình mô phỏng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu với bộ điều

khiển vòng trễ[1]

Trang 35

Hình 3.2 là mô hình mô phỏng hệ thống tổng quan động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu với bộ điều khiển vòng trễ bằng Matlab Simulink

Hình 3.2 : Mô phỏng tổng quan hệ thống động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

với bộ điều khiển vòng trễ

3.1.1 Mô hình mô phỏng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Trong phần mô phỏng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu ta chấp nhận những giả thiết sau đây :

- Động cơ được mô phỏng là động cơ đồng bộ có nam châm vĩnh cửu được gắn trên bề mặt của rotor

- Từ thông trong khe hở không khí có dạng sin

- Bỏ qua ảnh hưởng của sự bão hòa từ

Các phương trình mô phỏng

qs s

ds s ds s

dt

diLiR

v = + −ω

m ds

s

qs s qs s

dt

di L i R

di

ω +

−

=

Trang 36

di

ωψ

− ω

θ

=

3

4 cos

v 3

2 cos

v cos v 3

2

c

* b

* a ds

v 3

2 sin

v sin v 3

2

c

* b

* a qs

θ

− θ

=

3

2 sin

i 3

2 cos

=

3

4 sin

i 3

4 cos

i

qs m

Thông số của động cơ

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được khảo sát có những thông số được cho trong bảng 3.1 :

Trang 37

Hình 3.3 : Mô phỏng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Hình 3.4 : Giao diện nhập thông số động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Trang 38

23

3.1.2 Mô hình mô phỏng bộ điều khiển vòng trễ và bộ nghịch lưu

Nhiệm vụ của bộ nghịch lưu là tính toán tín hiệu pha cung cấp cho động cơ từ tín hiệu đầu vào là sai lệch giữa dòng lệnh và dòng thực

Hình 3.5 : Mô hình mô phỏng khối điều khiển dòng

Trong mô hình của bộ nghịch lưu cung cấp nguồn áp, các công tắc đóng ngắt bằng được thay thế bằng các công tắc lý tưởng Chức năng đóng ngắt của ba nhánh của bộ nghịch lưu được ký hiệu tương ứng bằng Sa, Sb, Sc Mỗi công tắc có giá trị 1 nếu phần trên đóng và giá trị -1 nếu phần dưới đóng Các điện áp vA, vB và vC vì vậy tương ứng với điểm giữa tưởng tượng của nguồn DC Bảng trạng thái đóng ngắt được cho trong bảng 3.2

Trang 39

Trong đó Vdc là điện áp của nguồn DC cung cấp cho bộ nghịch lưu Trong hệ thống ba pha cân bằng, điện áp pha được tính toán từ điện áp dây như sau:

=

3

2sin

i3

2cos

=

3

4sin

i3

4cos

Trang 40

25

3.1.4 Mô hình bộ PID với hai khâu setpoint weighting và anti-windup

Bộ PID với hai khâu setpoint weighting và anti-windup là một bộ PID có ứng dụng tổng quát, trong đó tín hiệu điều khiển có thể được tổng hợp bởi sai số của 2 tín hiệu cung cấp bởi 2 đối tượng khác nhau ( đối tượng được điều khiển và đối tượng cung cấp tín hiệu đặt) Bộ PID cải thiện đáp ứng quá độ ( giảm vọt lố, giảm thời gian quá độ và giảm sai số xác lập)

Nếu giá trị ngõ ra của bộ PID lớn hơn so với giá trị bão hòa ( giá trị định mức ta định cho hệ thống ), nó sẽ được giảm xuống một cách nhanh chóng nhờ khâu anti-windup Khâu anti-windup là khâu tỷ lệ có giá trị độ lợi bằng 1/Tt, trong đó giá trị

Tt ≥ 1

Nếu tín hiệu đạt là tín hiệu từ một đối tượng khác cung cấp, có giá trị rất bé hay rất lớn nó sẽ tăng lên hay giảm xuống nhờ khâu setpoint weighting mà thực chất là một khâu tỷ lệ với độ lợi b Điều này nhằm tăng tốc độ phản ứng trong quá trình tỷ lệ

Tín hiệu ngõ ra của bộ PID là tổ hợp của ba đại lượng P, I, D dựa trên phương trình

P = K×(b×ysp-y)

(Td/N).s 1

s.TdK

1K

b : độ lợi của khâu setpoint weighting

K : hằng số của thành phần khuyếch đại tỷ lệ

1/ Ti : hằng số của thành phần tích phân

Td : hằng số của thành phần vi phân

u : tín hiệu đầu ra của bộ PID

Định dạng
Số trang	91
Dung lượng	2,78 MB