MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngày hệ thống truyền động động không đồng với cấu trúc biến tần bán dẫn – động không đồng nghiên cứu sử dụng rộng rãi cơng nghiệp Bên cạnh với tiến vượt bậc điều khiển lý thuyết lẫn đảm bảo phần cứng, mở khả nghiên cứu hệ thống truyền động chất lượng cao, đáp ứng đầy đủ yêu cầu động học bền vững môi trường phụ tải biến động Hệ truyền động khơng đồng hệ scalar (vơ hướng) vector, hệ scalar làm việc dựa đặc tính q trình xác lập nên gặp khó khăn đảm bảo q trình động học Cịn hệ điều khiển vector, dựa trình tức thời theo thời gian nên kiểm sốt hiệu trình động học phức tạp Hệ điều khiển vector hệ điều khiển tựa theo từ thông rotor (FOC), hệ điều khiển trực tiếp mô-men (DTC), FOC có ưu điểm phân ly q trình điều khiển từ thơng q trình sinh mơ-men, FOC hệ thống điều khiển vector nhận quan tâm nhiều từ trước đến Như biết, hệ truyền động động KĐB ghép với tải qua khớp nối nối cứng hay khớp nối mềm có đặc điểm trình điện từ xảy biến đổi điện cơ, bao gồm biến đổi bán dẫn công suất động cơ, với số thời gian nhanh nhiều so với trình học Đồng thời phải kể loại phụ tải, mô-men quán tính, kết cấu khí trục nối động với phụ tải hộp số trục chuyển động quay, khe hở…Bên cạnh phần điều khiển hệ thống thường có dạng cấu trúc điều khiển thường có phân cấp (cascade), bao gồm mạch vòng dòng stator bên tác động nhanh, đến mạch vịng từ thơng mạch vịng bên ngồi mạch vịng tốc độ, mạch vịng vị trí, mạch vịng cơng nghệ khác với số thời gian lớn Những thành phần quan trọng, ảnh hưởng đến cải thiện, nâng cao chất lượng truyền động nghiên cứu lý thuyết triển khai xuống thực tiễn sản xuất Với cấu trúc FOC tiêu biểu nhận thấy có mạch vịng điều khiển mơ-men thơng qua điều khiển dòng stator mạch vòng điều khiển tốc độ Trong mạch vịng mơ-men cho hệ truyền động KĐB gặp nhiều khó khăn, mơ hình động KĐB hệ đa biến, dịng stator có tính phi tuyến xen kênh, hai biến trạng thái dịng rotor từ thơng khơng thể thường xun đo được, điện trở rotor tăng lên theo nhiệt độ trình vận hành, làm ảnh hưởng đến chất lượng điều khiển truyền động điện Mạch vòng điều khiển tốc độ phụ thuộc vào loại tải, mơ-men quán tính cấu ghép nối trục, …Những yếu tố giải triệt để, phù hợp với u cầu cơng nghệ thực tiễn, góp phần vào nâng cao chất lượng điều khiển truyền động điện Chính nhận thấy cấu trúc điều khiển FOC thường giải vấn đề khó khắn phương pháp thiết kế tuyến tính hay gần phương pháp phi tuyến Trong phương pháp tuyến tính với điều chỉnh PI áp dụng cho hầu hết hệ truyền động công nghiệp thông thường, có giới hạn cho chế độ quanh điểm xác lập Đối với phương pháp điều khiển phi tuyến với u cầu tính tốn phức tạp hơn, có vùng làm việc rộng nhiều so với điểm xác lập Qua nghiên cứu nhận thấy có nhiều cơng trình nghiên cứu thiết kế điều khiển mơ-men điều khiển tốc độ Những kết nghiên cứu trước đạt áp đặt mô-men nhanh xác, đáp ứng tốc độ nhanh, điều chỉnh nhỏ biên độ mô-men nhỏ Tuy nhiên chưa thấy cơng trình đánh giá so sánh phương pháp điều khiển tuyến tính phi tuyến, để giải triệt để khó khăn mắc phải điều khiển mô-men điều khiển tốc độ Đồng thời thông qua nghiên cứu tổng quan phương pháp điều khiển mô-men tốc độ động KĐB cấu trúc FOC nhận thấy, nghiên cứu thường tập trung áp dụng phương pháp thiết kế đó, tuyến tính hay phi tuyến, để đảm bảo hay cải thiện phần đặc tính hệ truyền động Chưa thấy cơng trình đưa cách kết hợp mạch vòng điều khiển tốc độ với mạch vòng mơ-men nhanh xác phù hợp với truyền động động với tải có ghép nối đặc thù (ghép nối cứng ghép nối mềm) Chính vấn đề cấp bách đặt “cần nghiên cứu cấu trúc điều khiển vector kết hợp mạch vòng điều khiển tốc độ với mạch vòng điều khiển mơ-men tác động nhanh, xác truyền động động KĐB với phụ tải đặc thù, nhằm đưa hệ truyền động chất lượng, có khả áp dụng thực tiễn công cụ điều khiển đại” Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án Cấu trúc điều khiển vector làm việc theo nguyên lý tựa từ thông rotor cho truyền động động không đồng ghép với tải qua khớp nối đặc thù (khớp nối cứng khớp nối mềm) Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Đề xuất cấu trúc điều khiển vector truyền động động KĐB ghép nối với tải qua khớp nối mềm với mạch vịng mơ-men nhanh xác điều khiển qua điều khiển dòng stator, đảm bảo yêu cầu chất lượng điều khiển truyền động điện Với kết đóng góp luận án định hướng thiết kế cho kỹ sư ứng dụng điều khiển biến tần cho động vào thực tiễn công nghiệp Phương pháp nghiên cứu Tổng kết phương pháp điều khiển mô-men tốc độ Đánh giá hoàn thiện phương pháp điều khiển mạch vòng dòng stator tốc độ Thiết kế điều chỉnh tốc độ phi tuyến cho truyền động động khơng đồng với mạch vịng mơ-men tác động nhanh, xác, áp dụng cho hệ truyền động động ghép với tải qua khớp nối mềm Thực mô off-line Matlab/Simulink, mô thời gian thực HIL thực nghiệm Bố cục luận án Luận án trình bày chương Chương 1: Tổng quan hệ điều khiển vector truyền động động không đồng theo nguyên lý tựa từ thông rotor Chương 2: Mô hình hệ truyền động khơng đồng khơng đồng Chương 3: Tổng hợp điều khiển mạch vòng dòng stator Chương 4: Tổng hợp điều khiển mạch vòng tốc độ Kết luận kiến nghị CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ ĐK VECTOR TRUYỀN ĐỘNG ĐCKĐB THEO NGUYÊN LÝ TỰA TỪ THƠNG ROTOR Chương trình bày tổng quan vấn đề điều khiển (ĐK) hệ truyền động KĐB phương pháp điều khiển U/f, DTC, FOC, phương pháp điều khiển mạch vịng dịng stator, từ thơng tốc độ hệ truyền động KĐB Đồng thời đưa tiêu chí đánh giá vịng điều khiển dịng stator tốc độ, để đề xuất cấu trúc ĐK phù hợp cho hệ truyền động không đồng chất lượng Từ tổng hợp lại vấn đề cịn tồn cần tiếp tục nghiên cứu đánh giá hiệu phương pháp ĐK đến chất lượng hệ truyền động Đưa định hướng nghiên cứu luận án 1.1 Tổng quan điều khiển hệ truyền động không đồng * Các phương pháp điều khiển hệ truyền động KĐB hình 1.1 Các phương pháp điều khiển hệ truyền động động KĐB Điều khiển Scalar Điều khiển V/f Điều khiển Vector Điều khiển trực tiếp mô-men (DTC) Điều tựatừtừ Điều khiển khiển tựa thông rotor (FOC) thông (FOC) Tựa từ thơng stator Tựa từ thơng rotor Hình 1.1 Các phương pháp điều khiển hệ truyền động KĐB * Các phương pháp điều khiển mạch vòng điều chỉnh Một hệ truyền động động KĐB điều khiển FOC điều khiển phần tầng vòng điều khiển mơ-men (dịng stator); vịng ngồi bao gồm từ thơng, tốc độ vị trí Để ĐK đảm bảo yêu cầu nhanh, xác tính bền vững hệ thống tốt, nghiên cứu lý thuyết thực tiễn thường hay sử dụng phương pháp điều khiển tuyến tính, phi tuyến thiết kế điều chỉnh Vì ta có hệ thống hóa phương pháp ĐK tuyến tính, phi tuyến, dự báo điều khiển mạch vòng điều chỉnh thể qua hình 1.2 Các phương pháp điều khiển mạch vòng hệ truyền động động KĐB Phương pháp điều khiển dự báo (MPC) Phương pháp điều khiển phi tuyến Phương pháp điều khiển tuyến tính Bộ điều khiển PI Phương pháp ĐK tuyến tính hóa xác Bộ điều khiển deadbeat Phương pháp ĐK tựa phẳng Bộ điều khiển ADRC Phương pháp ĐK chiếu Phản hồi trạng thái LQR Phương pháp ĐK tựa thụ động Điều khiển dự báo CCS-MPC Bộ điều khiển dự báo FCS-MPC Điều khiển dự báo mô-men (PTC) Điều khiển dự báo dòng điện (PCC) Phương pháp ĐK trượt Bộ điều khiển mờ nơron Hình 1.2 Phương pháp ĐK mạch vịng hệ truyền động KĐB 1.2 Tiêu chí đánh giá chất lượng điều khiển truyền động KĐB Khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động điện cần phải đảm bảo hệ truyền động phải thực tất yêu cầu đặt ra, u cầu cơng nghệ, tiêu chất lượng, yêu cầu kinh tế Trong yêu cầu chất lượng truyền động điện thể qua trạng thái độ xác lập hệ truyền động Đối với trạng thái độ yêu cầu độ điều chỉnh, thời gian xác lập số lần dao động trạng thái xác lập yêu cầu sai lệch tĩnh, độ bền vững hệ thống Từ nhận thấy rằng, yếu tố ảnh hưởng lớn đến chất lượng điều khiển hệ truyền động điện hệ điều chỉnh tự động truyền động, cấu trúc điều khiển, luật điều khiển tham số điều khiển Vì thiết kế hệ truyền động ta phải thực toán thiết kế cho đáp ứng động học chất lượng truyền động thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật đặt Để giải vấn đề phải dựa vào tiêu chí đánh giá điều khiển dịng stator tốc độ Các tiêu chí đánh giá cho điều khiển tổng quát hóa qua hình 1.3 Tiêu chí đánh giá chất lượng điều khiện hệ truyền động KĐB Tiêu chí đánh giá điều khiển mơ-men (thơng qua điều khiển dịng stator) (A) Tiêu chí đánh giá điều khiển tốc độ (B) Thời gian xác lập nhanh Thời gian xác lập nhanh Độ điều chỉnh nhỏ Độ điều chỉnh nhỏ Sai lệch tĩnh nhỏ Sai lệch tĩnh nhỏ Độ bền vững hệ thống Độ đập mạch mô-men nhỏ Cách ly tác động hai TP dòng chế động: động&tĩnh Độ bền vững hệ thống Tổng méo sóng hài dịng điện THD% Hình 1.3 Tiêu chí đánh giá chất lượng ĐK hệ truyền động –KĐB Hệ thống tiêu chí đánh giá chất lượng điều khiển hệ truyền động KĐB tiêu chuẩn ITAE, ITSE tiêu chuẩn ITEA ITSE 1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Cấu trúc điều khiển mạch vòng dòng stator tốc độ, từ thơng Tuyến tính + Tuyến tính Phi tuyến+Phi Tuyến Phi tuyến+Tuyến tính Tuyến tính+Phi tuyến Hình 1.3 Các cấu trúc ĐK hai mạch vòng hệ truyền động KĐB Qua nhận thấy cịn số vấn đề tồn việc thiết kế, đánh giá mạch vịng điều khiển mơ-men, tốc độ theo phụ tải như: Việc vận dụng tiêu chí đánh giá chất lượng hệ truyền động KĐB phải phù hợp với u cầu điều khiển mơ-men, tốc độ Có nhiều phương pháp điều khiển khác tuyến tính phi tuyến chưa có cơng trình đánh giá so sánh phương pháp điều khiển này, để ứng dụng cho phù hợp 1.4 Định hướng nghiên cứu luận án Tác giả xác định nhiệm vụ để đạt mục tiêu là: - Tổng hợp đánh giá phương pháp điều khiển mơ-men, hồn thiện thiết kế mạch vịng dịng stator theo tiêu chí đánh giá - Tổng hợp đánh giá phương pháp điều khiển tốc độ, hoàn thiện thiết kế mạch vịng tốc độ theo tiêu chí đánh giá - Đưa cấu trúc ĐK tốc độ với mạch vịng mơ-men tác động nhanh, xác cho truyền động động KĐB ghép với tải qua khớp nối điển hình (khớp nối cứng khớp nối mềm) - Xây dựng mô Matlab/Simulink, hệ thống thực nghiệm, kiểm chứng tính đắn cấu trúc điều khiển truyền động động ghép với tải qua khớp nối cứng Kiểm chứng phần thông qua hệ thống mô thời gian thực (HIL) cho cấu trúc điều khiển truyền động động KĐB ghép với tải qua khớp nối mềm Đó lý tác giả chọn đề tài” Nghiên cứu tổng hợp cấu trúc điều khiển véc tơ truyền động động không đồng với tải có khớp nối mềm” CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH HỆ TRUYỀN ĐỘNG KHƠNG ĐỒNG BỘ 2.1 Mơ hình điều khiển ĐCKĐB-RLS hệ tọa độ dq Động KĐB-RLS mơ tả hệ phương trình vi phân bậc cao Vì cấu trúc phân phối cuộn dây phức tạp mặt khơng gian, mạch từ móc vịng ta phải chấp nhận loạt điều kiện sau mơ hình hóa động KĐB-RLS thiết kế đảm bảo tính ổn định lý thuyết tuyến tính Mơ hình điều khiển động KĐB-RLS thể qua công thức (2.1) Ts disd dt disq ( dt d rd dt Tr Lm isd isq ) Tr rd isd Tr Lm isd Tr Lm zp Lr J d dt ( isq isd rd isq Ts Lmi sq Tr ) rd Tr isq usd Ls rd Tr Lm rd Lm usq Ls (2.1) rd zp J mL 2.2 Mơ hình truyền đạt hệ truyền động động KĐB ghép mềm với phụ tải Hàm truyền đạt Gs1: J d  s  s2 c c  GS1  s   mM  s  s  J1  J   s d  s J1 J c  J1  J  c Rigid connection 1  s  Influence of elastic wave (2.2) Hàm truyền đạt Gs2: d 1 s c GS  s    mM  s  s  J1  J   s d  s J1 J c  J1  J  c Rigid connection  s (2.3) 2.3 Mơ hình trạng thái đạt hệ truyền động động KĐB ghép mềm với phụ tải Influence of elastic wave d c J1 J1 d J2 d J1 1m J1 M d J2 m J2 L (2.4) c J2 2.4 Giới hạn nghiên cứu Trong luận án trình bày phạm vi nghiên cứu tải mơmen cản mL khơng đổi, mơ-men qn tính J khơng đổi, khớp nối cấu truyền lực: khớp nối cứng, khớp nối mềm 2.5 Kết luận chương Đưa mơ hình điều khiển động KĐB, hệ truyền động động KĐB ghép mềm với phụ tải Đồng thời đưa mơ hình hệ điện động ghép mềm với phụ tải có bậc mơ hình 7, bao gồm mơ hình động KĐB (phần điện từ) bậc (2.1) mơ hình phía phụ tải ghép mềm bậc (2.4) Đồng thời trình bày giới hạn nghiên cứu luận án CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN MẠCH VÒNG STATOR Chương trình bày thiết kế điều khiển dịng stator PI, deadbeat truyền thống phương pháp điều khiển phi tuyến tuyến tính hóa xác, tựa phẳng Bên cạnh luận án đưa giải pháp cải thiện nhược điểm nhạy tham số ĐK deadbeat truyền thống điều khiển điều khiển dòng stator deadbeat cải tiến Đồng thời đưa đáp ứng mô-men mạch vịng dịng nhanh, xác khử xen kênh Tính đắn lý thuyết kiểm chứng mô thực nghiệm 3.1 Bộ điều khiển dòng stator PI Biến đổi tọa độ Hình 3.1 Cấu trúc ĐK PI dịng stator Kết mơ thực nghiệm Kết mô i sq* isq isq (A) isd Kết thực nghiệm TimeTime [s] [s] (A) -2 Time [s] -3 x10 Bảng 3.1 Đánh giá dịng stator ĐK dịng stator PI Các tiêu chí đánh giá Thời gian xác lập dòng stator isq (s) Qúa điều chỉnh dịng stator isq (%) Thơng số 0.004 18 3.2 Bộ điều khiển dòng stator sử dụng phương pháp tuyến tính hóa xác (TTHCX) Bộ điều khiển dịng stator tuyến tính hóa xác Chuyển tọa độ trạng thái Risd * i sd w1 i sd * i sq i = sd w = isq i sq Risq u sd Phương trình (3.16) u sq isd i sq ^  rd  w 3= ^  s Hình 3.2 Cấu trúc ĐK dòng stator tách kênh (TTHCX) 10 Kết mô thực nghiệm Kết mô Kết thực nghiệm Hình 3.3 Đáp ứng tốc độ, dòng stator Bảng 3.2 Đánh giá dòng stator sử dụng TTHCX Các tiêu chí đánh giá Thời gian xác lập dòng stator isq (s) Qúa điều chỉnh dịng stator isq (%) Thơng số 0.0025 15 3.3 Bộ điều khiển dòng stator dựa nguyên lý phẳng Bộ ĐK dòng stator theo lý tựa phẳng PT (3.68) usd usα usq usβ PT (3.69) PT (3.65) Mơ hình từ thông ước lượng tải (3.67) isd isq isα isβ Hình 3.4 Cấu trúc ĐK dòng stator dựa nguyên lý phẳng 11 Kết mô thực nghiệm Kết thực nghiệm (A) Kết mô TimeTime [s] [s] (A) -2 Time [s] -3 x10 Hình 3.5 Đáp ứng tốc độ, dòng stator Bảng 3.3 Đánh giá dòng stator ĐK dòng stator dựa nguyên lý phẳng Các tiêu chí đánh giá Thời gian xác lập dịng stator isq (s) Qúa điều chỉnh dịng stator isq (%) Thơng số 0.0022 10 3.4 Bộ điều khiển dòng stator deadbeat truyền thống * * *   yd (k )  (isd  isd )(k )  11 (isd  isd )(k  1)  12 (isd  isd )(k  1)  yd (k  2)  * * *   yq (k )  (isq  isq )(k )  12 (isq  isq )( k  1)  11 (isq  isq )( k  1)  yq ( k  2) Kết mô thực nghiệm 12 (3.1) Kết thực nghiệm (A) Kết mô TimeTime [s] [s] -2 Hình 3.7 Đáp ứng tốc độ, dòng stator Bảng 3.4 Đánh giá dòng stator ĐK dòng stator deadbeat truyền thống Các tiêu chí đánh giá Thơng số Thời gian xác lập dòng stator isq (s) 0.001 Qúa điều chỉnh dòng stator isq (%) Đánh giá điều khiển dòng stator phụ thuộc vào thơng số độ có Vì đánh giá độ bền vững hệ truyền động số rotor Tr giảm có kết sau: Các đáp ứng động học Bộ ĐK deadbeat truyền thống x10 Đáp ứng dòng stator (A) Khi Tr giảm 50% -2 Time [s] 13 -3 x10 Đáp ứng dòng stator Khi Tr giảm 200% (A ) -2 Time [s] Hình 3.8 Đáp ứng tốc độ Tr thay đổi Nhận thấy Bộ ĐK dòng stator deadbeat truyền thống có ưu điểm nhanh, xác tách kênh, nhược điểm nhạy với thông số động thay đổi Vì cần đưa giải pháp cải thiện nhược điểm trên, điều khiển deadbeat cải tiến phần 3.5 3.5 Bộ điều khiển dòng stator deadbeat cải tiến z RI z 11 z 1L1 z 12 L1 1 L1 z z 1 z 1L1 z 12 L2 z 1 z z 1L2 z 11 z 1L2 z (3.2) L2 z Bộ điều khiển dòng stator kiểu deatbeat đề xuất Inverter u DC Giới hạn điện áp hình 5.4 [1] usd Phương trình (3.75, 3.76, 3.77, 3.78) usq usdr usqr usα tu tv tw usβ SVM MHTT isd isα isq isβ isu isv isw ĐCKĐB 3~ Đo tốc độ IE Hình 3.7 Đáp ứng tốc độ, dòng stator 14 -3 x10 Bảng 3.5 Đánh giá dòng stator ĐK dòng stator deadbeat cải tiến Các tiêu chí đánh giá Thời gian xác lập dòng stator isq (s) Qúa điều chỉnh dòng stator isq (%) Thông số 0.001 Đánh giá điều khiển dòng stator phụ thuộc vào số thời gian rotor Tr giảm có kết sau: Các đáp ứng động học Bộ ĐK deadbeat cải tiến Đáp ứng dòng stator Khi Tr giảm 50% Đáp ứng dòng stator Khi Tr giảm 200% Hình 3.8 Đáp ứng tốc độ Tr thay đổi Qua kết nhận thấy Tr giảm 50% ĐK dịng stator deadbeat cải tiến với thời gian xác lập 0.001(s) nhanh không xuất điều chỉnh so với ĐK deadbeat truyền thống; Tr giảm 200% đáp ứng dòng stator với thời gian xác lập 0.001(s), khơng có q điều chỉnh dịng stator isq khơng có dao động, sai lệch tĩnh nhỏ so với ĐK deadbeat truyền thống 3.6 Đáp ứng mô-men mạch vịng dịng stator nhanh, xác Nếu ĐK dòng stator thiết kế đảm bảo cấp vector dòng stator đảm bảo ba yêu cầu” nhanh - xác-khơng tương tác”, kết hợp với nghịch lưu nguồn áp, ta coi động KĐB-RLS 15 ni nghịch lưu nguồn dịng, đảm bảo cung cấp hai thành phần dòng stotor isd isq theo yêu cầu hệ thống * Với trường hợp hệ truyền động động ghép c với phụ tải qua khớp nối cứng: hai q trình từ hóa tạo mô-men quay dải tốc độ định mức động KĐB-RLS rút gọn sau:  d rd 1    rd  i  Tr Tr Lm sd  dt   d   k  rd i  z p m sq  dt Jr L Lm  (3.3) * Với trường hợp hệ truyền động ghép với phụ tải qua khớp nối mềm, hai q trình từ hóa tạo mơ-men quay dải tốc độ định mức động KĐB-RLS rút gọn sau: d rd dt i Tr Lm sd d c J1 J1 d c J2 J2 Tr rd d J1 m J1 M d J2 m J2 L (3.4) 3.6 Kết luận chương + Tổng hợp đánh giá phương pháp thiết kế điều khiển dịng stator tuyến tính: PI deadbeat truyền thống + Tổng hợp đánh giá phương pháp thiết kế điều khiển dòng stator phi tuyến: tuyến tính hóa xác tựa phẳng + Thiết kế thành cơng điều khiển dịng stator deadbeat khắc phục nhược điểm nhạy với thông số động ĐK deadbeat truyền thống CHƯƠNG 4: TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN MẠCH VÒNG TỐC ĐỘ 4.1 Tổng hợp, đánh giá thiết kế điều khiển tốc độ hệ truyền động động KĐB ghép với tải qua khớp nối cứng 4.1.1 Thiết kế điều khiển PI tốc độ Bộ ĐK PI tốc độ thiết kế theo tối ưu đối xứng có cấu trúc điều khiển như: 16 Inverter Bộ ĐK PI cho tốc độ u DC Bộ ĐK từ thơng - Bộ ĐK dịng stator PT (4.1) - usd usα tu usq usβ tv tw SVM MHTT isd isα isq isβ isu isv isw IM Đo tốc độ IE Hình 4.1 Cấu trúc ĐK PI tốc độ Kết mô Kết thực nghiệm 0.2 (rad./s) 0.1 -0.1 -0.2 0.5 1.5 2.5 Time [s] 2.5 1.5 N.m (N.m) 1.5 0.5 3.4 3.5 3.6 3.7 Time[s] 3.8 3.9 1.55 (N.m) 1.5 N.m 1.5 1.45 1.4 1.4002 1.4004 1.4006 1.4008 1.401 Time [s] Hình 4.2 Đáp ứng từ thông, tốc độ, mô-men, tốc độ 0.1 rad/s 17 4.1.2 Thiết kế ĐK tốc độ theo phương pháp backstepping Inverter Bộ ĐK tốc độ, từ thông backstepping u Bộ ĐK dòng stator PT (4.7) PT (4.2) usd usα usq usβ DC tu tv tw SVM MHTT isd isα isq isβ isu isv isw IM Đo tốc độ IE Hình 4.3 Cấu trúc ĐK tốc độ theo phương pháp backstepping Kết mô Kết thực nghiệm 0.2 (rad./s) 0.1 -0.1 -0.2 0.5 1.5 2.5 3.8 3.9 Time [s] 2.5 1.5 N.m (N.m) 1.5 0.5 3.4 (N.m) 1.55 3.5 3.6 3.7 Time[s] 1.5 N.m 1.5 1.45 1.4 1.4002 1.4004 1.4006 1.4008 1.401 Time [s] Hình 4-4 Đáp ứng từ thông, tốc độ, mô-men, tốc độ 0.1 rad/s 18 4.1.2 Thiết kế điều khiển tốc độ dựa nguyên lý phẳng Inverter u Bộ ĐK tốc độ theo tựa phẳng Bộ ĐK từ thông SVM Bộ ĐK PT usd usα tu usq usβ tv Dòng stator DC tw (4.3) PT (4.6) isq PT (4.7) MHTT isd isα isq isβ isu isv isw IM Đo tốc độ IE Hình 4.5 Cấu trúc ĐK tốc độ dựa nguyên lý phẳng Kết mô Kết thực nghiệm 0.2 (rad./s) 0.1 -0.1 -0.2 0.5 1.5 2.5 3.8 3.9 Time [s] 2.5 1.5 N.m (N.m) 1.5 0.5 3.4 (N.m) 1.55 3.5 3.6 3.7 Time[s] 1.5 N.m 1.5 1.45 1.4 1.4002 1.4004 1.4006 1.4008 1.401 Time [s] Hình 4.6 Đáp ứng từ thông, tốc độ, mô-men, tốc độ 0.1 rad/s 19 Nhận xét: Đáp ứng tốc độ phương pháp ĐK PI, tựa phẳng backstepping nhanh (0.1 s đến 0.25s); biên độ mô-men nhỏ 5%, mô-men trường hợp tải từ 5% đến 10% Trong phương pháp ĐK dựa nguyên lý phẳng cho kết khả quan so với điều khiển PI backstepping 4.2 Thiết kế điều khiển tốc độ từ thông cho truyền động động KĐB ghép với tải qua khớp nối mềm 4.2.1 Thiết kế ĐK tốc độ từ thông dựa nguyên lý phẳng Bộ ĐK tốc độ, từ thông theo Flatness Inverter u DC usd PT (4.46) PT (4.33) & (4.34) Bộ ĐK dòng stator usα usβ usq SVM PT (4.56) PT (4.23) PT (4.30) MHTT isd isα isq isβ isu isv isw Load IE Đo tốc độ IE Hình 4.7 Cấu trúc ĐK tốc độ, từ thông dựa nguyên lý phẳng 4.2.2 Thiết kế ĐK tốc độ từ thông theo phương pháp backsteping Bộ ĐK tốc độ, từ thông backstepping Xây dựng quỹ đạo uDC PT (4.63 & 4.89) Bộ ĐK dòng usd usα usq usβ SVM isd isq MHTT isα isβ IE isu isv isw IM Load Đo tốc độ IE Hình 4.8 Cấu trúc ĐK tốc độ, từ thông theo phương pháp backstepping 20 4.2.3 Kết mô off-line thời gian thực HIL 2000 Backstepping Kết mơ off-line 2000 (1000 vịng/phút) w2 w1 (1000 vịng/phút) c=0.28; d=0.015 (-1000 vòng/phút) -1000 1500 w2 w1 1000 (vòng/phút) (vòng/phút) 1000 Tựa phẳng (-1000 vòng/phút) -1000 -2000 (1000 vòng/phút) 500 c=0.28; d=0.015 -500 (-1000 vòng/phút) -1000 -2000 w2 w1 1000 c=0.28; d=0.015 (v ò n g /p h ú t) PI -1500 Time[s] Time[s] Time[s] Kết mơ thời gian thực-HIL (1000 vịng/phút) (1000 vòng/phút) (1000 vòng/phút) (-1000 vòng/phút) (-1000 vòng/phút) (-1000 vòng/phút) Hình 4.9 Kết Matlab/Simulink-HIL đáp ứng tốc độ (+-)1000 vịng/phút PI Backstepping Tựa phẳng Kết mơ off-line (1 vòng/phút) (vòng/phút) (vòng/phút) (-1 vòng/phút) -1 (vòng/phút) w2 w1 c=0.28; d=0.015 1.5 (1 vòng/phút) w2 w1 w1 w2 c=0.28; d=0.015 (Vòng/P hút) (-1 vòng/phút) -1 c=0.28; d=0.015 0.5 -0.5 -1 (vòng/phút) -2 -1 -2 -3 -1.5 -3 Time[s] Time[s] Time[s] Kết mơ thời gian thực-HIL (1 vịng/phút) (1 vịng/phút) (1 vòng/phút) (-1 vòng/phút) (-1 vòng/phút) (-1 vòng/phút) Hình 4.9 Kết Matlab/Simulink-HIL đáp ứng tốc độ (+-)1 vòng/phút 21 Qua kết mô off-line thời gian thực HIL nhận thấy phương pháp điều khiển dựa nguyên lý phẳng cho kết tốt so điều khiển tuyến tính PI backstepping tốc độ tải thực bám xác với tốc độ thực động sau khoảng thời gian xác lập nhanh (0.5 giây), có nghĩa điều khiển tốc độ dựa nguyên lý phẳng điều chỉnh dập tắt dao động cộng hưởng toàn dải vận hành động IM Trong đáp ứng tốc độ điều chỉnh tốc độ PI backstepping không giảm điều chỉnh tốc độ thời điểm độ lớn (50% tăng tốc đảo chiều), thời gian xác lập từ chậm (1.2 giấy), hệ thống ổn định có tác động khớp nối mềm thông qua hệ số c d 4.3 Kết luận chương Qua kết nghiên trên, nhận thấy chương giải nội dung sau: + Tổng hợp đánh giá ĐK tốc độ, từ thông theo điều khiển phi tuyến backstepping, tựa phẳng so sánh với ĐK PI cho hệ truyền động với mơ-men cản, mơ-men qn tính không đổi, ghép cứng động với phụ tải, động vận hành tốc độ Kết minh chứng qua mô off-line thực nghiệm + Thiết kế thành công ĐK tốc độ truyền động động KĐB ghép với tải qua khớp nối mềm, theo phương pháp ĐK phi tuyến tựa phẳng, backstepping Qua nhận thấy điều khiển tốc độ dựa nguyên lý phẳng phát huy mạnh cho kết khả quan so với hai điều khiển tốc độ lại Kết minh chứng qua mô off-line mô thời gian thực HIL 22 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Các đóng góp luận án: Đã đưa cách nhìn khác việc nghịch lưu mức nguồn áp kết hợp với điều khiển dòng stator bảo đảm “nhanh, xác tách kênh” coi nghịch lưu nguồn dịng, có khả cấp dòng isd isq với vai trò biến điều khiển (thay cho usd usq) Dẫn đến mô hình điều khiển động (2.1) từ bậc rút gọn thành bậc (3.3) mơ hình điện hệ truyền động động KĐB ghép với tải qua khớp nối mềm từ bậc rút gọn bậc (3.4), dẫn đến trình thiết kế cấu trúc điều khiển vịng ngồi (từ thơng, tốc độ quay) trở nên đơn giản đáng kể Đề xuất hồn thiện phương pháp thiết kế điều khiển dịng stator MIMO (2 biến vào biến ra) tuyến tính kiểu deadbeat, góp phần hạn chế nhược điểm nhạy tham số điều khiển dòng stator deadbeat truyền thống Kết minh chứng mô off-line, thực nghiệm động KĐB phịng thí nghiệm Thiết kế điều khiển phi tuyến tựa phẳng backstepping cho hệ truyền động động KĐB ghép với tải qua khớp nối mềm, kết hợp mạch vịng điều khiển mơ-men nhanh xác nhờ điều khiển dòng stator Kết minh chứng mô off-line mô thời gian thực HIL Tổng hợp đánh giá phương pháp điều khiển mô-men tốc độ truyền động động không đồng điều khiển vector định hướng theo từ trường rotor (FOC) cơng trình công bố Kết minh chứng mô off-line, thực nghiệm động KĐB phịng thí nghiệm Kiến nghị Lý thuyết: bổ sung giới hạn điện áp đầu vào, lượng đặt thay đổi theo thời gian, mơ-men quan tính thay đổi, mơ-men cản khác nhau, thay đổi …để hoàn thiện cấu trúc điều khiển tối ưu cho động KĐB-RLS 23 Thực nghiệm: cần tiến hành thử nghiệm đánh giá cấu trúc điều khiển kịch thử nghiệm khác mô-men tải thay đổi, mơ-men qn tính thay đổi, khe hở khớp nối Triển khai thực nghiệm điều khiển kiểu deadbeat với tăng chu kỳ trích mẫu …để định hướng rõ ràng cụ thể cho kỹ sư thiết kế điều khiển động XC3P PHỤ LỤC Hình 5.1 Mô hình thực nghiệm Hình 5.2 Mơ hình mơ thời gian thực – HIL 24 ... cứu tổng hợp cấu trúc điều khiển véc tơ truyền động động không đồng với tải có khớp nối mềm? ?? CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH HỆ TRUYỀN ĐỘNG KHƠNG ĐỒNG BỘ 2.1 Mơ hình điều khiển ĐCKĐB-RLS hệ tọa độ dq Động. .. ghép với tải qua khớp nối đặc thù (khớp nối cứng khớp nối mềm) Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Đề xuất cấu trúc điều khiển vector truyền động động KĐB ghép nối với tải qua khớp nối mềm với. .. nghiên cứu luận án 1.1 Tổng quan điều khiển hệ truyền động không đồng * Các phương pháp điều khiển hệ truyền động KĐB hình 1.1 Các phương pháp điều khiển hệ truyền động động KĐB Điều khiển Scalar Điều