- 1 - 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG HOÀNG ĐỨC HÙNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI HẰNG SỐ THỜI GIAN ROTOR CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA ROTOR LỒNG SÓC Chuyên ngành: Tự ñộng hóa Mã số: 60.52.60 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2011 - 2 - 2 Công trình ñược hoàn thành tại TRƯỜNG ĐHBK, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Đoàn Quang Vinh Phản biện 1: GS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang Phản biện 2: TS. Nguyễn Hoàng Mai Luận văn ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 07 tháng 05 năm 2011. Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng. - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng. - 3 - 3 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của ñề tài Với sự tiện dụng, kết cấu vững chắc của ĐCKĐB rotor lồng sóc và sự hấp dẫn về giá thành sản phẩm này, ĐCKĐB rotor lồng sóc ñược sử dụng ngày càng rộng rãi. Một mặt, nhu cầu về việc ñiều khiển chính xác ñể ñưa ñến hệ truyền ñộng có chất lượng cao ñã ñòi hỏi việc xây dựng hệ ñiều khiển truyền ñộng ñáp ứng ñược yêu cầu thực tiễn. Với bản chất là phi tuyến của ĐCKĐB rotor lồng sóc, bài toán kinh tế kỹ thuật ñược ñặt ra giữa một bên là nỗ lực nghiên cứu vật liệu chế tạo rotor và một bên là ñầu tư hệ thống ñiều khiển, cần xem xét ñến giá thành tổng thể của hệ thống ñã ñược các nhà chế tạo ñầu tư nhiều công sức nghiên cứu. Vấn ñề ñặt ra là làm sao ñể sử dụng ĐCKĐB với chất lượng hiện có mà vẫn ñáp ứng ñược yêu cầu về chất lượng hệ thống. Các thông số ñộng cơ mà ñiển hình là các tham số của rotor - làm việc trong chế ñộ ngắn mạch bị biến ñổi theo nhiệt ñộ làm việc. Việc xây dựng hệ thống ñiều khiển cần thiết phải tính ñến việc bù ñắp các thay ñổi này ñể ñảm bảo chất lượng ñiều khiển. 2. Mục ñích nghiên cứu Xây dựng bộ ñiều khiển ĐCKĐB rotor lồng sóc có khả năng tự thích nghi theo sự thay ñổi hằng số thời gian rotor của ñộng cơ. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là ĐCKĐB 3 pha rotor lồng sóc. Phạm vi nghiên cứu chính của ñề tài này là xây dựng ñược hệ thống ñiều khiển thích nghi theo hằng số thời gian rotor của ĐCKĐB rotor lồng sóc. Trong ñề tài này, tác giả chỉ ñi vào xét ảnh hưởng của - 4 - 4 ñiện trở rotor mà chưa xét ñến ảnh hưởng của cả ñiện trở và ñiện cảm rotor trong một mối liên hệ tổng thể. 4. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu, xây dựng các phương án và thiết kế trên lý thuyết. Xây dựng mô hình mô phỏng ñể kiểm chứng trên phần mềm Matlab-Simulink. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài Kết quả nghiên cứu sẽ ñược áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau vì hiện nay rất nhều hệ truyền ñộng, dây chuyền sản xuất sử dụng ĐCKĐB rotor lồng sóc vì sự hấp dẫn về kết cấu và giá thành của ñộng cơ nhưng lại ñòi hỏi ñộ chính xác cao. 6. Cấu trúc luận văn Cấu trúc luận văn gồm phần Mở ñầu và 4 chương: Chương 1: Tổng quan về ñộng cơ không ñồng bộ. Chương 2: Phương pháp ñiều khiển vector tựa theo từ thông rotor ĐCKĐB. Chương 3: Điều khiển thích nghi hằng số thời gian rotor. Chương 4: Tổng hợp hệ thống ñiều khiển thích nghi hằng số thời gian rotor ĐCKĐB. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1. Khái quát chung Ngày nay kỹ thuật ñiều khiển ñộng cơ ñiện xoay chiều ba pha ñã phát triển ñến mức gần như hoàn thiện. Cấu trúc ñiều khiển theo nguyên lý ñiều khiển T 4 R thường ñược sử dụng là ñiều khiển dòng ñiện riêng rẽ cũng như áp ñặt nhanh mômen quay. Hai mạch vòng ñiều khiển tốc ñộ và từ trường quay ñược tổng hợp riêng biệt. - 5 - 5 1.2. Mô hình của ĐCKĐB 1.2.1. Mô hình 3 pha của ĐCKĐB Giả thiết ĐCKĐB rotor lồng sóc có 3 pha ñối xứng, khe hở không khí là ñều và phân bố từ thông theo khe hở không khí là Sin. Theo [1], hệ phương trình của ĐCKĐB rotor lồng sóc viết trong hệ toạ ñộ 3 pha dạng thu gọn như sau: [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] r r s m m m r rr r m s s m m s ss r r r r r s s s s iLiLiLiL iLiLiLiL epiRU piRU +=+= +=+= ++= += σ σ ψ ψ ψ ψ (1.4) 1.2.2. Mô hình của ĐCKĐB trên hệ tọa ñộ αβ Hệ phương trình của ñộng cơ trên hệ trục toạ ñộ trực giao αβ: [ ]       +       =       β α β α β α ψ ψ s s s s s s s p i i R u u [ ]       − +       +       =       β α β α β α ψ ψ r r r r r r r e e p i i R 0 0 [ ] [ ] [ ] [ ]       +       =       +       =       β α β α σ β α β α β α ψ ψ m m M s s s r r M s s s s s i i L i i L i i L i i L (1.6) [ ] [ ] [ ] [ ]       +       =       +       =       β α β α σ β α β α β α ψ ψ m m M r r r s s M r r r r r i i L i i L i i L i i L ( ) αββα ψψ srsr r M pM ii L L zm −= 2 3 1.2.3. Mô hình của ĐCKĐB trên hệ tọa ñộ dq Hệ phương trình của ñộng cơ trong hệ trục toạ ñộ dq: - 6 - 6 ( ) sdrqsqrd r M pM mqrqrsqMrqrrq mdrdrsdMrdrrd mqsqsmqMsqsrqMsqssq mdsdsmdMsdsrdMsdssd rdrrqrqr rqrrdrdr sdssqsqssq sqssdsdssd ii L L zm iLiLiL iLiLiL iLiLiLiLiL iLiLiLiLiL piR piR piRu piRu ψψ ψψ ψψ ψψ ψψ ψωψ ψωψ ψωψ ψωψ σ σ σσ σσ += +=+= +=+= +=+=+= +=+=+= ++= −+= ++= −+= 2 3 0 0 (1.7) a. Mô hình trạng thái liên tục Theo [2], nếu ñặt các vector trạng thái và ñầu vào: [ ] [ ] sqsd fT rqrdsqsd fT uuuiix ,;,,, || == ψψ Mô hình trạng thái liên tục của ĐCKĐB ñược viết dưới dạng: s ff s fff f NxuBxA dt dx ω ++= (1.20) ; 11 0 1 0 1 1111 0 11 0 11 2221 1211       =                         − −− −− −         − +− − − −         − +− = ff ff rr rr rrs rrs f AA AA TT TT TTT TTT A ω ω σ σ ω σ σ σ σ σ ω σ σ σ σ σ σ σ ; 00 00 1 0 0 1 2 1       =                   = f f s s f B B L L B σ σ             − − = 0100 1000 0001 0010 N (1.21) b. Mô hình trạng thái gián ñoạn Theo [2], mô hình trạng thái gián ñoạn của ĐCKĐB: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )    = +Φ=+ kxkCky kukHkxkkx 1 (1.23) - 7 - 7 ( ) ( ) ; 10 10 1111 1 1111 1 2221 1211       ΦΦ ΦΦ =                         −−− −− −− −         − +−− −−         − +− =Φ ff ff r s r s rr rrs s r s rs f T T T T T T T T T T T T T TT T T T T T T TT T ωω ωω σ σ ω σ σσ σ ω ω σ σ σ σ ω σ σ       =                   = f f s s f H H L T L T H 2 1 00 00 0 0 σ σ (1.26) 1.3. Hệ thống ñiều khiển vector ĐCKĐB 1.3.1. Phương pháp ñiều khiển vector trực tiếp 1.3.2. Phương pháp ñiều khiển vector gián tiếp CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VECTOR TỰA THEO TỪ THÔNG ROTOR ĐCKĐB 2.1. Điều khiển T 4 R của ĐCKĐB nghịch lưu nguồn áp (FOC) Nguyên lý ñiều khiển vector tựa từ thông rotor: Để diển giải phương pháp này, quan sát trên Hình 2.1, trong ñó hệ trục tọa ñộ dq ñược tựa vào vector từ thông roto. Ở chế ñộ tựa xác lập, các vector không gian ñều quay với tốc ñộ Hình 2.1 - Đồ thị vector trường hợp tựa hệ dq từ thông rotor. i ds ϑ s ϑ r γ i jq d α=as u s ω s ω s ω s i s i qs u qs ϑ ψ r ω - 8 - 8 ñồng bộ nên góc γ i biến thiên rất chậm, các thành phần chiếu của vector dòng ñiện lên các trục sẽ giống như các ñại lượng một chiều, cho phép có thể tổng hợp các bộ ñiều khiển vô hướng cho từng thành phần. Trong phương pháp này cần phải xác ñịnh ñược vị trí góc của vector từ thông rotor ñể có thể tựa hệ trục dq vào ñó. 2.2. Các phương pháp thiết kế bộ ñiều khiển dòng ñiện trong hệ thống ñiều khiển T 4 R. 2.2.1. Mô hình gần ñúng của ĐCKĐB trên hệ tọa ñộ dq tựa từ thông rotor: Hình 2.2 - Sơ ñồ khối hệ thống ñiều khiển vector tựa từ thông rotor. - 9 - 9 mM 3 i_sq 2 i_sd 1 LM Tr zp J.s LM Tr.s+1 1 Ti .s+1 1 Ti .s+1 1/Rs Ts.s+1 1/Rnm Tnm .s+1 3*zp*Lm/(2*Lr) Ls Lnm C mC 4 e_rq3 u_sq 2 u_sd 1 esq esd i_sq i_sd w ws wr 2.2.2. Điều khiển dòng ñiện riêng rẽ Coi nghịch lưu ñiện áp là bộ khếch ñại công suất có hệ số khếch ñại K nl , thời gian thực hiện của nó là T nl và xem ω s và ω biến thiên khá chậm hơn các ñại lượng ñiện từ. Ta thực hiện ñược mô hình sau: Các bộ ñiều khiển dòng ñiện trên Hình 2.6 ñược xác ñịnh: Hình 2.6 - Cấu trúc bộ ñiều khiển dòng ñiện riêng rẽ. Hình 2.5 - Mô hình gần ñúng của ĐCKĐB trong hệ tọa ñộ dq tựa từ thông rotor. - 10 - 10                       +         + =       nm nmnms ss s s inli pT LL L pT L KKT RR RR 1 1 1 1 2 1 2221 1211 ω ω (2.9) Nếu xem tất cả các sức ñiện ñộng ñều là nhiễu biến thiên chậm thì có thể thực hiện việc tổng hợp hai bộ ñiều khiển dòng riêng rẽ và sau ñó thực hiện việc tách kênh bằng các mạch bù sức ñiện ñộng như trên Hình 2.7 với các bộ ñiều khiển xác ñịnh ñược như sau: ( ) ( ) ; 11 ' 11 pRpR = ( ) ; ' 12 nli ss KK L pR ω = ( ) ; ' 21 nli nms KK L pR ω = ( ) ( ) ; 22 ' 22 pRpR = ( ) nl r bu K pR ω = Một phương pháp khác cũng hay ñược sử dụng là dòng ñiện riêng rẽ có bù sức ñiện ñộng như trên Hình 2.8. Các bộ ñiều khiển R 11 , R 12 ñược lấy theo biểu thức (2.9) và từ thông Ψ sα và Ψ sβ xác ñịnh theo (2.10) ( theo tài liệu [1]). dt i i Rs u u t s s s s s s ∫               −       =       0 β α β α β α ψ ψ (2.10) Từ ưu ñiểm của cấu trúc ñiều khiển dòng ñiện riêng rẽ có bù sức ñiện ñộng là hạn chế sai số, tác giả ñã sử dụng cấu trúc này kết hợp Hình 2.7 - Cấu trúc bộ ñiều khiển dòng ñiện riêng rẽ có bù tách kênh bằng dòng ñiện. Hình 2.8 - Cấu trúc bộ ñiều khiển dòng ñiện riêng rẽ có bù sức ñiện ñộng. - 11 - 11 với các bộ ñiều khiển tốc ñộ và từ thông bằng PI kinh ñiển. Từ ñó nghiên cứu và giải quyết bài toán thích nghi trên nền của phương pháp ñiều khiển này. 2.3. Tổng hợp bộ ñiều khiển dòng ñiện riêng rẽ có bù sức ñiện ñộng cho ĐCKĐB 2.3.1. Tổng hợp các bộ ñiều khiển dòng ñiện Trong cấu trúc ñiều khiển dòng ñiện riêng rẽ có bù sức ñiện ñộng, bộ ñiều khiển dòng ñiện ñược sử dụng theo kết quả ñã phân tích ở trên. Theo ñó, bộ ñiều khiển dòng: ; 1 1 2 1 11         += s s inli pT L KKT R         += nm nm inli pT L KKT R 1 1 2 1 22 2.3.2. Tổng hợp bộ ñiều khiển từ thông Bộ ñiều khiển là khâu PI, xác ñịnh theo chuẩn tối ưu mô ñun: ( ) p K KpR i p ψ ψψ += (2.12) ; 4 iM r p TL T K = ψ iM i TL K 2 1 = ψ 2.3.3. Tổng hợp bộ ñiều khiển tốc ñộ ( ) p K KpR i p ω ωω += (2.13) ; 2 21 KKT J K a p = ω a p i T K K 4 ω ω = 2.4. Khảo sát ảnh hưởng của T r ñến chất lượng ñiều khiển 2.4.1. Phân tích ảnh hưởng của T r ñến chất lượng truyền ñộng Hằng số thời gian rotor thiếu chính xác sẽ gây sai số góc pha của vector từ thông và lệch pha giữa dòng mô hình và dòng ñộng cơ: s j ss eii ϑ ~ ˆ = , sss ϑϑϑ −= ˆ ~ (2.15) Hậu quả này sẽ dẫn ñến sai lệch tĩnh của mômen và module từ thông. Tùy theo thực trạng kỹ thuật và ñòi hỏi về chất lượng truyền ñộng, các sai số trên trong nhiều trường hợp là không chấp nhận ñược. Ngoài ra, sai số xác lập của mômen và từ thông sẽ có ảnh - 12 - 12 hưởng xấu ñối với các hệ truyền ñộng chất lượng cao. 2.4.2. Quan sát ảnh hưởng của T r ñến các trạng thái và ñáp ứng Từ kết quả thiết kế các bộ ñiều khiển ở trên và sử dụng ñộng cơ mẫu 10HP trong thư viện SimPowerSystems của phần mềm Matlab Simulink ñể thực hiện mô phỏng. Kết quả mô phỏng và quan sát các ñáp ứng ñối với các trường hợp chưa có sự biến ñộng ñiện trở rotor và khi có sự thay ñổi ñiện trở rotor như sau: 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Time (s) Psird (Wb) Psird-150 Psird-100 Psird-Ref Kết quả quan sát cho thấy, ở giai ñoạn khởi ñộng ban ñầu và chưa mang tải thì từ thông ít bị ảnh hưởng bởi sự biến ñộng của ñiện trở rotor R r . Khi ñộng cơ mang tải ñịnh mức và ñiện trở rotor bị biến ñộng ñã làm xấu ñặc tính của ñáp ứng từ thông rotor. Trong trường hợp cực hạn, ñiện trở rotor tăng thêm 50% (thể hiện ở ñường Psird- 1.5Rr) thì từ thông rotor, khi ñã ñến vùng ổn ñịnh vẫn dao ñộng và lệch biên ñộ với biên ñộ sai khác khoảng ± 0.6% so với giá trị ổn ñịnh như thể hiện trong Hình 2.17. Hình 2.16 - Đáp ứng từ thông rotor khi biến ñộng tăng ñiện trở rotor. - 13 - 13 2.91 2.92 2.93 2.94 2.95 2.96 2.97 2.98 2.99 3 0.805 0.81 0.815 0.82 0.825 Time (s) Psird (Wb) Psird-150 Psird-100 Psird-Ref 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 500 1000 1500 2000 2500 Time (s) n (V/p) n-Ref n-100 n-150 Quan sát ñáp ứng tốc ñộ thấy rằng, trường hợp ñiện trở rotor tăng lên 1.5 lần ngoài việc ảnh hưởng ñến ñộ quá ñiều chỉnh khi khởi ñộng còn ảnh hưởng ñến biên ñộ tuyệt ñối của tốc ñộ trong vùng ổn ñịnh khi mang tải ñịnh mức. Khi ñộng cơ mang tải ñịnh mức ñồng thời với sự biến ñổi tăng lên 150% của ñiện trở rotor, tốc ñộ ñộng cơ nằm trong vùng ổn ñịnh mới với biên ñộ trung bình sai khác so với giá trị mong muốn là 15v/p (1.04%). 2.905 2.91 2.915 2.92 2.925 2.93 2.935 2.94 2.945 1430 1440 1450 1460 Time (s) n (V/p) n-Ref n-100 n-150 Hình 2.17 - Hiện tượng sai lệch từ thông rotor khi tăng ñiện trở rotor. Hình 2.18 - Đáp ứng tốc ñộ ñộng cơ khi biến ñộng tăng ñiện trở rotor. Hình 2.19 - Hiện tượng lệch biên ñộ tốc ñộ ñộng cơ trong vùng ổn ñịnh khi tăng ñiện trở rotor. Psird - 150 Psird - 1 0 0 n - 150 n - 1 0 0 - 14 - 14 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 300 350 Time (s) mM (N.m) mM-150 mM-100 mC 2.82 2.84 2.86 2.88 2.9 2.92 2.94 2.96 2.98 3 35 40 45 50 55 60 65 Time (s) mM (N.m) mM-150 mM-100 mC Kết quả cho thấy, khi ñiện trở rotor bị thay ñổi tăng lên 150% so với giá trị nguội thì ñáp ứng mômen của ñộng cơ bị ngược (âm) khi khởi ñộng và dao ñộng mạnh khi mang tải ñịnh mức với biên ñộ dao ñộng ±27.6%. 2.4.3. Kết luận Từ kết quả quan sát cho thấy khi ñiện ñiện trở rotor thay ñổi tăng lên trong quá trình làm việc ảnh hưởng ñến việc ổn ñịnh ñặc tính từ thông và mômen, ñặc biệt là biên ñộ của tốc ñộ ñộng cơ không còn bám theo chính xác giá trị tốc ñộ mong muốn. Vấn ñề này sẽ ñược Hình 2.20 - Đáp ứng mômen ñộ ñộng cơ khi biến ñộng tăng ñiện trở rotor. Hình 2.21 - Hiện tượng dao ñộng mômen ñộ ñộng cơ khi tăng ñiện trở rotor. mM - 150 mM - 1 0 0 - 15 - 15 giải quyết theo hướng thích nghi với sự thay ñổi của ñiện trở rotor. CHƯƠNG 3. ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI HẰNG SỐ THỜI GIAN ROTOR 3.1. Tổng quan về ñiều khiển thích nghi Một hệ thống mà bộ ñiều khiển có khả năng tự thay ñổi thông số hay cấu trúc của bộ ñiều khiển, hoặc cả về thông số lẫn cấu trúc của bộ ñiều khiển dựa trên chu trình làm việc ñịnh trước hoặc các thông số, cấu trúc của ñối tượng ñược quan sát thực tế trong quá trình làm việc ñược gọi là hệ thống ñiều khiển thích nghi. Ứng dụng trong ñề tài nghiên cứu của mình, tác giả chỉ trình bày phương pháp thích nghi sử dụng bộ ñiều khiển có cấu trúc cố ñịnh và thông số ñược cập nhật trực tiếp. 3.2. Hệ thích nghi sử dụng mô hình tham chiếu (MRAS) 3.2.1. Tổng quan về hệ thích nghi sử dụng mô hình tham chiếu Hệ thích nghi sử dụng mô hình tham chiếu (Model reference adaptive system) ñược viết tắt là MRAS có sử dụng bộ ñiều khiển thích nghi có mô hình theo dõi (Model reference adaptive control) ñược viết tắt là MRAC, nguyên lý cơ bản của hệ ñược thể hiện bằng sơ ñồ tổng quát như sau: Theo [3], nguyên tắc làm việc của bộ ĐKTN MRAC ñược tóm Hình 3.2 - Cấu trúc chung của bộ ñiều khiển thích nghi có mô hình theo dõi. - 16 - 16 tắt như sau: Để hệ kín, bao gồm ñối tượng ñiều khiển và bộ ñiều khiển, luôn có ñược chất lượng mong muốn ứng với hàm truyền ñạt mẫu mong muốn thì bộ ñiều khiển cần phải ñược thiết kế và hiệu chỉnh thường xuyên sao cho tín hiệu ñầu ra y(t) của hệ kín luôn như ñầu ra y m (t) của mô hình tham chiếu. Mục tiêu là: 0)()()()()( ≈−=⇔≈ tytytetyty mm (3.1) Như vậy vấn ñề còn lại của bài toán là thiết kế cơ cấu thay ñổi tham số bộ ñiều khiển ñể luôn có ñược sai số e(t) ≈ 0 và ñiều này phải không ñược phụ thuộc vào sự thay ñổi bên trong ñối tượng. Để thực hiện việc hiệu chỉnh tham số p cho bộ ñiều khiển với cấu trúc xác ñịnh, cho trước, ñiển hình là mô hình ñiều chỉnh theo luật MIT và phương pháp hiệu chỉnh theo hàm mục tiêu xác ñịnh dương ñặt trước. 3.2.2. Luật hiệu chỉnh tham số bộ ñiều khiển MIT (Massachusetts Institude Technology) Theo [3], nội dung phương pháp hiệu chỉnh này là thay ñổi vector thông số p sao cho ñảm bảo mục tiêu (3.1). Tức là cần có: ( ) 0< dt tde e (3.2) Và ñể ñạt ñược (3.2) ta chỉ cần thay ñổi p sao cho: T p e e dt pd         ∂ ∂ −= γ hoặc có thể viết ( ) T p e e dt pd         ∂ ∂ −= sgn γ (3.3) Trong ñó γ là hằng số dương tùy ý và ñược gọi là hệ số khuếch ñại thích nghi, tốc ñộ ñể ( ) 0lim 0 = >− te t phụ thuộc theo ñộ lớn của γ. 3.2.3. Hiệu chỉnh tham số bộ ñiều khiển nhờ cực tiểu hóa hàm mục tiêu hợp thức (xác ñịnh dương) Cũng theo [3], phương pháp hiệu chỉnh này nhờ cực tiểu hóa hàm - 17 - 17 mục tiêu xác ñịnh dương V(e) của các vector sai lệch e. ( ) 0,0 ≠∀> eeV và ( ) 00 =V Và chỉ cần xác ñịnh bộ ñiều khiển sao cho ( ) dt edV xác ñịnh âm theo e. Theo lý thuyết Lyapunov, ñiều kiện này cũng ñảm bảo ñể ( ) 0→te . 3.3. Hệ thích nghi sử dụng bộ ñiều khiển tự chỉnh ñịnh (STR) Một bộ ñiều khiển tổng hợp, nếu trong quá trình làm việc có khả năng tự xác ñịnh lại mô hình toán học mô tả ñối tượng ñể từ ñó tự chỉnh ñịnh lại bản thân nó cho phù hợp vói sự thay ñổi của ñối tượng là bộ ĐKTN tự chỉnh (Self tuning regulator), viết tắt là STR. Bộ ĐKTN tự chỉnh ñơn giản nhất là bộ ĐKTN tự chỉnh tham số, tức là nó không tự thay ñổi cấu trúc bộ ñiều khiển mà chỉ xác ñịnh lại các tham số ñối tượng ñể từ ñó tự chỉnh ñịnh lại các tham số ñiều khiển của chính mình cho phù hợp. Một hướng giải quyết bài toán khác khi sử dụng phương pháp thiết kế bộ ñiều khiển thích nghi tự chỉnh trực tiếp như ñược ñề cập ñến trong [9]. Mô hình này sử dụng cơ cấu nhận dạng tham số ñối tượng kết hợp thuật toán xác ñịnh tham số ñiều khiển thành bộ quan sát trực tiếp tham số ñối tượng ñể cập nhật cho bộ ñiều khiển. Sơ ñồ trên Hình 3.3 có thể viết lại như sau: Hình 3.3 - Cấu trúc chung của bộ ñiều khiển thích nghi tự chỉnh. - 18 - 18 3.4. Điều chỉnh tự ñộng và lịch trình ñộ lợi Trong nhiều trường hợp, có thể biết ñược sự thay ñổi ñộng học của quá trình theo các ñiều kiện vận hành. Nguồn gốc của sự thay ñổi ñộng học có thể là tính phi tuyến. Có thể thay ñổi tham số của bộ ñiều khiển bằng cách giám sát các ñiều kiện vận hành của quá trình. Phương pháp này ñược gọi là lịch trình ñộ lợi. 3.5. Điều khiển mờ thích nghi Kỹ thuật ñiều khiển mờ ñã ñược phát triển thêm tính thích nghi ñể tạo nên một hệ thống ñiều khiển trong ñó thông số và cấu trúc của bộ ñiều khiển thay ñổi trong quá trình vận hành, nhằm giữ vững chất lượng ñiều khiển của hệ thống khi có sự hiện diện của các yếu tố bất ñịnh cũng như sự thay ñổi thông số trong hệ thống. 3.6. Ứng dụng ñiều khiển thích nghi ñể ñiều khiển ĐCKĐB Như ñã phân tích trong Chương 2, sự thay ñổi hằng số thời gian rotor T r làm ảnh hưởng ñến tốc ñộ ñồng bộ của ñộng cơ. Các bộ ñiều khiển và mô hình từ thông ñược xây dựng trên cơ sở hằng số thời gian T r xác ñịnh dẫn ñến thông số bộ ñiều khiển không còn là tối ưu và kéo dài thời gian quá ñộ, tựa sai hướng từ thông rotor khi mà T r bị biến ñổi. Xem xét các phương pháp thích nghi ñược trình bày trong 3.2 và xét về giới hạn phạm vi cần thích nghi theo yêu cầu nghiên cứu (thích nghi theo T r ), ñối với hệ thống này chúng ta chỉ cần sử dụng một bộ Hình 3.4 - Cấu trúc ñiều khiển thích nghi tự chỉnh trực tiếp. - 19 - 19 ñiều khiển thích nghi có khả năng tự chỉnh ñịnh thông số theo T r . Để giải quyết vấn ñề này, một bộ ñiều khiển PI ñược thiết kế theo phương pháp truyền thống có các thông số phụ thuộc vào hằng số thời gian rotor T r kết hợp với việc quan sát trạng thái có thể ñáp ứng ñược. Trên cơ sở ñó ñưa ñến cấu trúc cho hệ ĐKTN theo hằng số thời gian rotor như sau: 3.7. Nhận xét Để thực hiện cấu trúc này tác giả thực hiện việc thiết kế các bộ ñiều khiển từ thông và tốc ñộ có thông số hiệu chỉnh ñược theo tham số T r . Quan sát từ thông rotor và hằng số thời gian rotor ñể tính toán lại tốc ñộ ñồng bộ ω s phục vụ cho các khâu chuyển ñổi hệ trục tọa ñộ. CHƯƠNG 4. TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI HẰNG SỐ THỜI GIAN ROTOR 4.1. Nghiên cứu ứng dụng bộ lọc Kalman mở rộng 4.1.1. Thuật toán lọc Kalman Hình 3.5 - Cấu trúc tổng thể bộ ñiều khiển thích nghi hằng số th ờ i gia n rotor. - 20 - 20 4.1.2. Ứng dụng lọc Kalman quan sát trạng thái của ĐCKĐB Theo [5], thuật toán lọc Kalman ñược xây dựng ñể ứng dụng quan sát trạng thái ĐCKĐB rotor lồng sóc như sau: Mô hình gián ñoạn của ĐCKĐB trên hệ dq (1.23) ñược viết lại:    = += + kk kkk Cxy BuAxx 1 (4.5) Các ma trận trọng số trong (4.5): ( ) ( ) ; 10 10 1111 1 1111 1                         −−− −− −− −         − +−− −−         − +− = r s r s rr rrs s r s rs T T T T T T T T T T T T T TT T T T T T T TT T A ωω ωω σ σ ω σ σσ σ ω ω σ σ σ σ ω σ σ ; 00 00 10 01             = s L T B σ T C             = 00 00 10 01 (4.6) Đặt τ = 1/T r , và xem như một hằng số ngẫu nhiên có dạng: kkk ξ τ τ + = +1 (4.7) Trong ñó { } k ξ là nhiễu ồn trắng phân bố chuẩn Gaussian không tương quan với nhiễu ño lường { } k η và có phương sai là một ma trận dương cho trước ( ) kk SVar = ξ . Mô hình ñộng cơ (4.5) với giả thiết (4.7) có thể ñược viết lại thành hệ phi tuyến như sau: ( ) [ ]        +       =       +       +       =       + + k k k kk k kkkk k kkk k k x Cy G uB xA x η τ ξ ξ τ τ τ 0 0 1 1 (4.8) Trong ñó: [...]... ) /p 1460 0.5 0.4 0 .3 0.2 1440 Psird Psird-Nm Psird-Adc 0.1 1420 n-Nm n-Ref n-Nm n-Adc n-Adc 1400 2.91 2.92 2. 93 2.94 2.95 2.96 Time (s) 2.97 2.98 2.99 0 0 0.5 1 1.5 Time (s) 2 2.5 3 3 Hình 4. 13 - T thông rotor v i h ng s th i gian rotor Trx = Tr/1.5 Hình 4.10 - T c ñ ñ ng cơ vùng t i ñ nh m c v i h ng s th i gian rotor Trx = Tr/1.5 0. 83 400 mC mM-Nm mM-Adc 0.825 P ir ( b s d W) 30 0 m ( m MN ) 200 0.82... 0.17 0.12 40 0.11 35 mM-Nm 2.82 2.84 2.86 2.88 2.9 2.92 Time (s) 2.94 2.96 2.98 0.1 3 0 0.5 1 1.5 Time (s) 2 2.5 3 Hình 4.15 - Quan sát h ng s th i gian rotor Tr^ v i Trx = Tr/1.5 Hình 4.12 - Kh c ph c dao ñ ng mômen khi s d ng b ĐNTN v i h ng s th i gian rotor Trx = Tr/1.5 4.4 Nh n xét Quan sát các ñ c tính mM-Adc và Psird-Adc trên Hình 4.11 và Hình 4. 13, mômen và t thông rotor c a ñ ng cơ trong trư ng... văn ñã gi i quy t thành công v n ñ ĐKTN h ng s th i gian rotor c a ĐCKĐB rotor l ng sóc, trong ñó s d ng b l c Kalman m r ng ñ nh n d ng h ng s th i gian rotor Các k t qu mô ph ng ñã cho th y b ĐKTN h ng s th i gian rotor c a ĐCKĐB rotor l ng sóc ñã gi i quy t ñư c v n ñ ñ t ra c a ñ tài: lo i b ñư c nh hư ng c a h ng s th i gian rotor ñ n ch t lư ng c a h th ng K t qu mô ph ng ñã kh ng ñ nh tính ñúng... 26 - 27 rotor thay ñ i, d n ñ n thay ñ i h ng s th i gian rotor So v i trư ng h p bình thư ng (Normal) ch s d ng các b ñi u khi n PI không thích nghi k t h p v i mô hình t thông rotor như các ñ c tính mMNm và Psird-Nm, thì vi c s d ng ĐKTN k t h p v i vi c quan sát tr ng thái ñã ñáp ng ñư c theo ch t lư ng thi t k ban ñ u K T LU N Lu n văn ñã gi i quy t thành công v n ñ ĐKTN h ng s th i gian rotor c... 0.81 0 2.91 2.92 2. 93 2.94 -100 -200 0 0.5 1 1.5 Time (s) 2 2.5 3 Hình 4.11 - Đáp ng mômen v i h ng s th i gian rotor Trx = Tr/1.5 Psird Psird-Nm Psird-Adc Psird-Adc 2.95 2.96 Time (s) 2.97 2.98 2.99 3 Hình 4.14 - Kh c ph c hi n tư ng sai l ch t thông rotor khi s d ng ĐKTN v i h ng s th i gian rotor Trx = Tr/1.5 0.18 mC mM-Nm mM-Adc 65 0.15 T( ) rs 0.16 55 m ( m MN ) 60 50 0.14 0. 13 45 mM-Adc Trx Tr^... u khi n thích nghi ws^ Udc Dieu khien 1 e_Psi Adaptive PID Tr Psir* 1 isd* EKF Tr^ ws^ Psird^ R_Psi_A 2 Psir^ w^ us_dq^ us_dq is_dq^ is_dq ws^ 3 Tr is_abc Hình 4.7 - Sơ ñ b ñi u khi n t thông thích nghi theo Tr is_alp us_abc us_alp Bo quan sat va chuyen doi e_w 1 w* Adaptive PID Km 1 isq* Tr 2 w^ Hình 4.2 - Mô hình t ng th h th ng ñi u khi n G R_w_A 3 Tr Hình 4.8 - Sơ ñ b ñi u khi n t c ñ nghi theo... Sơ ñ b ñi u khi n t c ñ nghi theo Tr 2 us_dq ^ 2500 is_d w^ zp Ex_Kalman Lm S-Function 3 is_dq ^ n-Ref n-Nm n-Adc is_q 2000 3 Psird^ 1500 Psirq^ 1/u n( /p V ) 1 1 Tr ^ 1000 500 2 ws^ 0 Hình 4.5 - Sơ ñ kh i l c Kalman m r ng 0 0.5 1 1.5 Time (s) 2 2.5 3 Hình 4.9 - Đáp ng t c ñ v i h ng s th i gian rotor Trx = Tr/1.5 23 24 - 25 - - 26 0.9 K t qu cho th y, s d ng ĐKTN ñã làm gi m ñáng k ñ quá 0.8 0.7 ñi... 4 .3 Mô ph ng và ki m ch ng 4 .3. 1 Các thông s c a ñ ng cơ • D báo (Predict): ˆ ˆ  x k ,k −1   Ak −1 (τˆk −1 )x k −1   Bk −1u k −1   = τˆk ,k −1   K 7 K8 K K K ; K iw = 9 + 10 + 11 + Tr Tr2 Tr Tr2 Tr3 (4.10)   ∂ ∂   ˆ ˆ [A (τˆ )x ] [A (τˆ )x ] A (τˆ ) A (τˆ ) =  k −1 k −1 ∂τ k −1 k −1 k −1  Pk −1,k −1  k −1 k −1 ∂τ k −1 k −1 k −1  +     Ι Ι 0 0     Các thông s c a ĐCKĐB rotor. .. l ng sóc s mô ph ng như ñã trình bày trong Chương 2 c a lu n văn T Pk ,k −1 0   S k −1   1−σ   T σ (x3k − x1k )   1−σ ∂ ˆ [Ak −1 (τˆk −1 )x k −1 ] = T σ (x 4k − x2 k ) ∂τ    T (x1k − x3k )   T (x − x )  2k 4k   (4.11) G Q G T +  k −1 k −1 k −1 0  • Hi u ch nh (Correction): −1 T T 0] [[C k 0]Pk ,k −1 [C k 0] + Rk ] (4.12) K k = Pk ,k −1 [C k (4.14) Pk ,k = [Ι − K k [C k 4 .3. 2 Các... và k t qu mô ph ng (4. 13) ˆ ˆ  x k   x k ,k −1  ˆ τˆ  = τˆ ,  + K k ( y k − C k x k ,k −1 )  k   k k −1  (4.15) 0]]Pk ,k −1 Sơ ñ c u trúc h th ng v i b l c Kalman ñ nh n d ng các bi n 21 d ng cho vi c 22 - 24 - - 23 R_psi us_abc mC mC 1 Psir* is_abc w(rad/s) mW Psird_fix Psird* 8 Tr ^ w^ Gia tri dat isd* usd* Discrete , Ts = 2e-006 s powergui us_alp Xung_dk usq* isd 3 w^ isq* w^ usd isq* . BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG HOÀNG ĐỨC HÙNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI HẰNG SỐ THỜI GIAN ROTOR CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA ROTOR LỒNG SÓC Chuyên ngành: Tự ñộng hóa Mã số: . pháp ñiều khiển vector tựa theo từ thông rotor ĐCKĐB. Chương 3: Điều khiển thích nghi hằng số thời gian rotor. Chương 4: Tổng hợp hệ thống ñiều khiển thích nghi hằng số thời gian rotor ĐCKĐB HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI HẰNG SỐ THỜI GIAN ROTOR 4.1. Nghi n cứu ứng dụng bộ lọc Kalman mở rộng 4.1.1. Thuật toán lọc Kalman Hình 3. 5 - Cấu trúc tổng thể bộ ñiều khiển thích nghi hằng số