Nghiên cứu tổng hợp cấu trúc điều khiển véc tơ truyền động động cơ không đồng bộ với tải có khớp nối mềm

141 7 0
  • Loading ...
1/141 trang
Tải xuống

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 28/11/2019, 07:40

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU TỔNG QUAN HỆ ĐIỀU KHIỂN VECTOR TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ KĐB THEO NGUYÊN LÝ TỰA TỪ THÔNG ROTOR 14 1.1 Đặt vấn đề 14 1.2 Tổng quan điều khiển hệ truyền động KĐB 15 1.2.1 Tổng quan phương pháp điều khiển hệ truyền động KĐB 15 1.2.2 Tổng quan phương pháp điều khiển mạch vòng điều chỉnh……………………… 17 1.3 Tiêu chí đánh giá chất lượng điều khiển hệ truyền động KĐB 22 1.4 Tình hình định hướng nghiên cứu ngồi nước 25 1.5 Định hướng nghiên cứu luận án 26 MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG KĐB 28 2.1 Mơ hình điều khiển động KĐB-RLS hệ tọa độ dq 28 2.2 Phần tải hệ truyền động 32 2.2.1 Đặt vấn đề 32 2.2.2 Đặc điểm tải điển hình hệ truyền động điện 33 2.2.3 Phân tích động lực học khớp nối mềm 36 2.3 Giới hạn nghiên cứu 37 2.4 Mơ hình ĐK truyền động động KĐB với tải có khớp nối mềm 38 2.5 Kết luận chương 42 TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN MẠCH VÒNG DÒNG STATOR .44 3.1 Đặt vấn đề 44 3.2 Tổng hợp đánh giá điều khiển dòng stator 45 3.2.1 Thiết kế điều khiển dòng stator kiểu PI 45 3.2.2 Thiết kế điều khiển dòng stator sử phương pháp TTHCX 49 3.2.3 Thiết kế điều khiển dòng stator sở nguyên lý phẳng 53 3.2.4 Thiết kế điều khiển dòng stator deadbeat truyền thống 58 3.2.5 Thiết kế cải tiến điều khiển dòng stator deadbeat 63 3.3 Đáp ứng mô-men mạch vòng dòng stator nhanh, xác, tách kênh 71 3.4 Kết luận chương 75 TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN MẠCH VÒNG TỐC ĐỘ 76 4.1 Đặt vấn đề 76 4.2 Tổng hợp, đánh giá thiết kế điều khiển tốc độ hệ truyền động động KĐB với tải có khớp nối cứng 78 4.2.1 Thiết kế điều khiển PI tốc độ kiểu 78 4.2.2 Thiết kế điều khiển tốc độ theo phương pháp backstepping .82 4.2.3 Thiết kế điều khiển tốc độ dựa nguyên lý phẳng 88 4.2.4 Kết mô đánh giá độ bền vững hệ thống 93 4.3 Đặc điểm hệ truyền động động KĐB ghép với tải qua khớp nối mềm 95 4.3.1 Khảo sát ảnh hưởng thông số đối tượng đến hệ truyền động 95 4.3.2 Thiết kế điều khiển tốc độ, từ thông dựa nguyên lý phẳng 101 4.3.3 Thiết kế điều khiển tốc độ, từ thông theo phương pháp backstepping 108 4.3.4 Kết mô off-line mô thời gian thực (HIL) 113 4.4 Kết luận chương 117 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO 122 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH Đà CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 130 PHỤ LỤC 132 Phụ lục A: Thông số động KĐB-RLS sử dụng q trình mơ thực nghiệm 132 Phụ lục B: Thông số truyền động động KĐB với tải có khớp nối mềm sử dụng q trình mơ thực nghiệm 133 Phụ lục C: Các thiết kế mô Matlab/Simulink triển khai thực nghiệm 133 Phụ lục D: Mơ hình thực nghiệm 135 Phụ lục E: Cấu trúc thực thực nghiệm HIL 141 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT s , Tốc độ góc vector thuộc mạch điện stator, rotor r Tốc độ góc học rotor is Vector dòng stator isd , isq , is , is Các thành phần vector dòng stator hệ tọa độ dq β ir Vector dòng rotor ird , irq , ir , ir Các thành phần vector dòng rotor hệ tọa độ dq β Vector từ thông stator s sd , Các thành phần vector từ thông stator hệ tọa độ dq sq Ψr rd Vector từ thông rotor , Các thành phần vector từ thông stator hệ tọa độ dq rq us Vector điện áp stator usd , usq Các thành phần vector điện áp stator hệ tọa độ dq A B Ma trận hệ thống N Ma trận tương tác phi tuyến u Vector biến đầu vào x Vector biến trạng thái y Vector biến đầu r Vector bậc tương đối L( x) Ma trận tách kênh Lm Hỗ cảm stator rotor Ls , Lr Điện cảm stator rotor L s, L r Điện cảm tản phía stator rotor Rs , Rr Điện trở stator rotor Ma trận đầu vào Hệ số từ tản toàn phần zp Số cặp cực J Mơ-men qn tính J1, J2 Mơ-men qn tính động tải ; 1 ; mM ; mL ; 2 Gia tốc góc động tải Vận tốc góc động tải Góc quay động tải Mơ-men động cơ, mô-men tải mmax ; mmin Mô-men cực đại, cực tiểu c Hệ số cứng trục nối d Hệ số tắt dần Backstepping ĐCVTKG ĐCMCKTĐL DTC ĐK DSP Exact Linearizatiom FOC FPGA ĐCVTKG FRT HIL IGBT IM MIMO MCKTĐL MHTT KĐB-RLS KĐB Latness MPC PI PWM TTHCX T4R Cuốn chiếu Điều chế vector khơng gian Động chiếu kích từ độc lập Direct Torque Control – điều khiển mô-men trực tiếp Điều khiển Digital Signal Processor Tuyến tính hóa xác Field Oriented Control Field Programmable Gate Array Điều chế vector không gian Finite response time Hardware-in-the -lood Insulated Gate Bipolar Transistor Induction motor Multi-Input – Multi-Output Một chiều kích từ độc lập Mơ hình tính tốn từ thơng Khơng đồng -rotor lồng sóc Khơng đồng Tựa phẳng Model Predictive Control Proportional-Intergral Pulse Width Modulation Tuyến tính hóa xác Tựa từ thơng rotor DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Các phương pháp điều khiển hệ truyền động động KĐB 16 Hình 1.2 Phương pháp điều khiển tựa theo từ thông rotor (FOC) 17 Hình 1.3 Phương pháp điều khiển mạch vòng hệ truyền động động KĐB 18 Hình 1.4 Tiêu chí đánh giá chất lượng điều khiển hệ truyền động KĐB 23 Hình 1.5 Đáp ứng hệ điều khiển truyền động điện 25 Hình 2.1 Cấu trúc mơ hình điều khiển động KĐB-RLS 30 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý điều khiển động KĐB-RLS 31 Hình 2.3 Đặc tính tải phản kháng mơ-men không đổi 33 Hình 2.4 Đặc tính tải có mơ-men khơng đổi 34 Hình 2.5 Đặc tính mơ-men ma sát (a) sơ đồ hàm truyền (b) Đặc tính tải truyền động bơm, quạt (c); Sơ đồ khối (d) 36 Hình 2.6 Đặc tính tải cơng suất khơng đổi (a); Sơ đồ khối (b) 36 Hình 2.7 Hệ truyền động ghép mềm động với phụ tải 37 Hình 2.8 Cấu trúc hệ truyền động ghép mềm động với phụ tải 38 Hình 2.9 Cấu trúc dạng sơ đồ khối hệ ghép mềm với phụ tải (a) Mơ hình đầy đủ (b) Mơ hình biến đổi để tìm hàm truyền 40 Hình 2.10 Đồ thị biên–tần Gs1 40 Hình 2.11 Đồ thị Bode GS  s  : Dạng đồ thị tỷ lệ quán tính x thay đổi 41 Hình 2.12 Đồ thị biên–tần Gs2 với giá trị d khác 41 [[[Ơ Hình 3.1 Cấu trúc điều khiển PI dòng stator 47 Hình 3.2 Kết mô thực nghiệm đáp ứng động học dòng isd , isq, tốc độ điều khiển PI dòng stator 48 Hình 3.3 Cấu trúc chuyển đổi tọa độ trạng thái hệ phi tuyến sang tuyến tính thay 50 Hình 3.4 Cấu trúc điều khiển dòng stator sử dụng phương pháp tuyến tính hóa xác 52 Hình 3.5 Kết mô thực nghiệm đáp ứng dòng isd, isq tốc độ điều khiển sử dụng TTHCX dòng stator 53 Hình 3.6 Cấu trúc điều khiển vòng hở sử dụng mơ hình đảo 54 Hình 3.7 Cấu trúc ĐK vòng kín sử dụng mơ hình đảo, thiết lập quỹ đạo phản hồi 54 Hình 3.8 Cấu trúc ĐK dòng stator dựa nguyên lý tựa phẳng 56 Hình 3.9 Kết mơ thực nghiệm đáp ứng dòng isd , isq tốc độ điều khiển dựa nguyên lý phẳng dòng stator 57 Hình 3.10 Cấu trúc ĐK số tổng quát hệ SISO miền thời gian gián đoạn 58 Hình 3.11 Giá trị đặt thực hệ SISO với tốc độ đáp ứng hữu hạn 58 Hình 3.12 Sơ đồ khối vòng ĐK dòng stator is động KĐB hệ tọa độ dq 59 Hình 3.13 Kết mơ thực nghiệm đáp ứng dòng isd , isq tốc độ điều khiển deadbeat truyền thống dòng stator 61 Hình 3.14 Kết mô thực nghiệm điều khiển deadbeat truyền thống dòng stator Tr giảm 62 Hình 3.15 Cấu trúc điều khiển dòng stator deadbeat cải tiến 68 Hình 3.16 Kết mơ thực nghiệm đáp ứng dòng isd isq tốc độ điều khiển dòng stator deadbeat cải tiến 69 Hình 3.17 Kết mơ thực nghiệm ĐK dòng stator deadbeat cải tiến 70 Hình 3.18 Cấu trúc ĐK tốc độ động KĐB-RLS vòng ĐK dòng stator thiết kế nhanh, xác tách kênh 72 Hình 3.19 Cấu trúc ĐK mô-men động ghép mềm với phụ tải(vùng tốc độ bản) 75 [Ơ Hình 4.1 Cấu trúc ĐK tốc độ PI động ghép cứng với phụ tải 78 Hình 4.2 Kết mô thực nghiệm đáp ứng tốc độ mô-men –bộ ĐK PI tốc độ 81 Hình 4.3 Cấu trúc tổng quát điều khiển backstepping 83 Hình 4.4 Cấu trúc ĐK mạch vòng tốc độ theo phương pháp backstepping động ghép cứng với phụ tải 84 Hình 4.5 Kết mô thực nghiệm đáp ứng từ thông, tốc độ mô-mentheo phương pháp backstepping 86 Hình 4.6 Sơ đồ cấu trúc ĐK tốc độ dựa nguyên lý phẳng động ghép cứng với phụ tải 89 Hình 4.7 Kết mơ thực nghiệm đáp ứng tốc độ mô-men theo nguyên lý phẳng 92 Hình 4.8 Đáp ứng tốc độ, mô-men giá trị điện trở Rr tăng 94 Hình 4.9 Cấu trúc điều khiển tốc độ PI hệ truyền động động KĐB 96 ghép với khớp qua khớp nối mềm 96 Hình 4.10 Đồ thị đặc tính biên – pha hệ thay đổi c 97 Hình 4.11 Đáp ứng tốc độ động tải thay đổi hệ số cứng trục nối c 97 Hình 4.12 Đồ thị đặc tính tần biên –pha thay đổi hệ số 98 Hình 4.13 Đáp ứng tốc độ động tải thay đổi hệ số giảm chấn d 98 Hình 4.14 Đồ thị đặc tính tần biên –pha thay đổi hệ số( ) 99 Hình 4.15 Đáp ứng tốc độ động tải thay đổi tỷ lệ mơ-men qn tính J1 / J 100 Hình 4.16 Quỹ đạo 4-1-4 105 Hình 4.17 Cấu trúc thiết kế ĐK tốc độ, từ thông dựa nguyên lý phẳng cho hệ ghép mềm động với phụ tải 108 Hình 4.18 Cấu trúc thiết kế ĐK tốc độ, từ thông theo phương pháp backstepping cho hệ ghép mềm động với phụ tải 112 Hình 4.19 Kết mơ Matlab/Simulink HIL đáp ứng tốc độ thực tải động ( ) 1000 vòng/phút 114 Hình 4.20 Kết mô Matlab/Simulink HIL đáp ứng tốc độ thực tải động ( ) 1vòng/phút 115 [[ Hình 5.1 Cấu trúc ĐK ĐK dòng stator kiểu deadbeat đề xuất (mơ thực nghiệm) 133 Hình 5.2 Cấu trúc ĐK ĐK tốc độ, từ thông dựa nguyên lý phẳng hệ ghép mềm động với phụ tải 134 Hình 5.3 Cấu trúc ĐK ĐK tốc độ, từ thông theo backstepping hệ ghép mềm động với phụ tải 134 Hình 5.4 Mơ hình thực nghiệm 135 Hình 5.5 Sơ đồ cấu trúc dây cho Mentor II với DC motor 136 Hình 5.6 Các chức phím ấn Mentor II 137 Hình 5.7 Mạch đo lường 138 Hình 5.8 Nguyên lý bàn thực nghiệm 139 Hình 5.9 Cấu trúc thực nghiệm HIL 141 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Các thông số động KĐB-RLS 44 Bảng 3.2 Đánh giá điều khiển PI dòng stator 49 Bảng 3.3 Đánh giá điều khiển sử dụng phương pháp TTHCX dòng stator 53 Bảng 3.4 Đánh giá dòng stator dựa nguyên lý phẳng dòng stator 57 Bảng 3.5 Đánh giá điều khiển dòng stator deadbeat truyền thống 61 Bảng 3.6 Đánh giá điều khiển dòng stator deadbeat cải tiến 69 Bảng 4.1 Các thông số động KĐB-RLS thông số khớp nối mềmmô-men quán 77 Bảng 4.2 Tiêu chí đánh giá ĐK PI tốc độ 81 Bảng 4.3 Tiêu chí đánh giá ĐK tốc độ theo phương pháp backstepping 87 Bảng 4.4 Tiêu chí đánh giá ĐK tốc độ dựa nguyên lý 92 Bảng 4.5 Đánh giá so sánh độ sụt tốc độ độ sụt mô-men Rr tăng 94 Bảng 4.6 Tiêu chí đánh giá ĐK tốc độ cho truyền động động KĐB ghép với phụ tải qua khớp nối mềm 116 Bảng 5.1 Thông số động IM 135 Bảng 5.2 Tham số mạch lực hệ thống thực nghiệm 135 Bảng 5.3 Menu sử dụng để cài đặt chế độ Torque Control cho Mentor II 137 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 công 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 không 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 Còn hệ điều khiển vector, dựa trình tức thời theo thời gian nên kiểm sốt hiệu q trình động học phức tạp Hệ điều khiển vector hệ điều khiển tựa theo từ thông rotor (FOC), hệ điều khiển trực tiếp mơ-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 nối với tải qua khớp cứng hay khớp 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 vòng từ thơng mạch vòng bên ngồi mạch vòng tốc độ, mạch vòng vị trí, mạch vòng công 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 vòng điều khiển mơ-men thơng qua điều khiển dòng stator mạch vòng điều khiển tốc độ Trong mạch vòng mơ-men cho hệ truyền động KĐB gặp nhiều khó khăn, mơ hình động KĐB hệ đa biến, dòng stator có tính phi tuyến xen kênh, hai biến trạng thái dòng 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 ghép với tải qua khớp nối điển hình (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 ghép với tải qua khớp nối điển hình, nhằm đưa hệ truyền động chất lượng, có khả áp dụng thực tiễn công cụ điều khiển đại” Đối tượng nghiên cứu: 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 điển hình (khớp nối cứng khớp nối mềm) Mục đích nghiên cứu: Phân tích, tổng hợp hồn thiện phương pháp thiết kế điều khiển dòng stator, tốc độ điều khiển FOC cho động KĐB, nhằm đưa cấu trúc phù hợp điều khiển hệ truyền động động KĐB ghép với tải qua khớp nối điển hình, để cải thiện chất lượng truyền động Phạm vi nghiên cứu: Điều khiển mô-men cho động KĐB theo phương pháp FOC Điều khiển hệ truyền động KĐB theo phương pháp FOC ghép với tải qua khớp nối điển hình (khớp nối cứng khớp nối mềm) với mơ-men qn tính J, mơ-men cản khơng thay đổi, dải tốc độ Phương pháp nghiên cứu: + Tổng hợp phương pháp thiết kế 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 KĐB với mạch vòng mơ-men tác động nhanh xác nhờ điều khiển dòng stator, áp dụng cho động ghép với tải qua khớp nối mềm 10 [60] Mattias Nordin, Per-Olof Gutman, Controlling mechanical systems with backlash—a survey, Automatica 38 (2002) 1633 – 1649 [61] Ghazanfer Shahgholian, Jawad Faiz, Pegah Shafaghi, Analysis and Simulation of Speed Control for Two-Mass Resonant System, 2009 Second International Conference on Computer and Electrical Engineering [62] Nguyễn Dỗn Phước, Lý thuyết điều khiển tuyến tính, nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2009 [63] R.M.R Bruns, J.F.P.B Diepstraten, X.G.P Schuurbiers and J.A.G Wouters, Motion Control of Systems with Backlash, 2009, pp 2-4 [64] Mattias Nordin, Per-Olof Gutman, Controlling mechanical systems with backlash, 2002 [65] D.Schröder, Intelligent Observer and Control Design for Nonlinear Systems, 2000, pp 41-46 [66] Jingqing Han From PID to Active Disturbance Rejection Control, IEEE Transaction on Inductrial Electronic, Vol.56, No.3 march 2009 [67] G Herbst, A Simulative Study on Active Disturbance Rejection Control (ADRC) as a Control Tool for Practitioners, Electronic, Vol 2, 2013, pp 246-279 [68] L Wang and Y Frayman, (2002) A dynamically generated fuzzy neural network and its application to torsional vibration control of tandem cold rolling mill spindles, Eng Appl Artif Intell., vol 15, no.6, pp 541–550 [69] K Michels, F Klawonn, R Kruse, and A Nürnberger Fuzzy Control— Fundamentals, Stability and Design of Fuzzy Controllers New York: Springer, 2006 [70] T Orlowska-Kowalska and K Szabat, (2007) Control of the drive system with stiff and elastic couplings using adaptive neuro-fuzzy approach, IEEE Trans Ind Electron., vol 54, no 1, pp 228–240 [71] S Thomsen, F W Fuchs (2011) Flatness Based Speed Control of Drive Systems with Resonant Loads, Proceedings of the 2011 14th European Conference on Power Electronics and Applications, Aug 30 2011-Sept 2011 [72] K Szabat and T Orlowska-Kowalska Vibration suppression in a two-mass drive system using PI speed controller and additional feedbacks - comparative study,” Industrial Electronics, IEEE Transactions on, vol 54, no 2, pp 1193–1206, April 2007 [73] Mirhamed Mola, Alireza Khayatian, Maryam Dehghani Backstepping Position Control of Two-Mass Systems with Unknown Backlash, 2013 9th Asian Control Conference (ASCC) 127 [74] Jacek KABZIŃSKI, Przemysław MOSIOŁEK, Adaptive Control of Two-Mass Drive System with Nonlinear Stiffness, 2013 9th Asian Control Conference (ASCC) [75] Nguyễn Doãn Phước (2012) Phân tích điều khiển hệ phi tuyến NXB Bách Khoa [76] Liuping Wang, Sahn Chai, Deaf Yoo, Lu Gan, Ki Ng (2015), PID and predictive control of electrical drives and power, Mar 2015, Wiley-IEEE Press, ISBN: 978-1118-33944-2 [77] Nguyễn Doãn Phước, Cơ sở lý thuyết điều khiển tuyến tính, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2016 [78] T Orlowska-Kowalska, Speed Sensorless Induction Motor Drives, Wrocław University of Technology Press, Wrocław, 2003, (in Polish) [79] Typhoon HIL, “Inverter Testing & Pre-certification with HIL Testing” Available: https://www.typhoon-hil.com/applications/converter-testing [80] Z R Ivanović, E M Adžić, M S Vekić, S U Grabić, N L Čelanović and V A Katić, "HIL Evaluation of Power Flow Control Strategies for Energy Storage Connected to Smart Grid Under Unbalanced Conditions," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol 27, no 11, pp 4699-4710, Nov 2012 [81] M S Vekić, S U Grabić, D P Majstorović, I L Čelanović, N L Čelanović and V A Katić, Ultralow Latency HIL Platform for Rapid Development of Complex Power Electronics Systems, in IEEE Transactions on Power Electronics, vol 27, no 11, pp 4436-4444, Nov 2012 [82] Fengxiang Wang, Zhenbin Zhang, Xuezhu Mei, José Rodríguez and Ralph Kennel (2018), Advanced Control Strategies of Induction Machine: Field Oriented Control, Direct Torque Control and Model Predictive Control, Energies – MDPI, January 2018 [83] M Bodson, J Chiasson and R Novotnak, “High performance induction motor control via input-output linearization”, IEE Control Systems Magazine, vol.14, no.4, pp.25-33,1994 [84] Dominik Łuczak, Mathematical, Model of multi-mass electric drive system with flexible connection, in IEEE Xplore: 20 DOI: 10.1109/MMAR.2014.6957420 November 2014, [85] E Kiel, Drive Solutions: Mechatronics for Production and Logistics Springer, 2008 [86] K Szabat and T Orlowska-Kowalska, “Vibration Suppression in a Two-Mass Drive System Using PI Speed Controller and Additional Feedbacks—Comparative Study,” Ind Electron IEEE Trans On, vol 54, no 2, pp 1193–1206, Apr 2007 128 [87] Dugan, R.C., McGranaghan, M.M., Santoso, S., et al.: 'Electrical power system quality' (New York, McGraw-Hill, 1996, 2nd edn 2003) [88] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Cơ sở truyền động điện, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2007 [89] Vo Ha, Nam Thanh Hoang, Minh Trong Tran, Hoang Trung Thong, FCSModel Predictive control of Induction Motors fed by MultilLevel Cascaded HBridge Inverter, 10th Rovisp 2018 & 11th RCEEE 2018 (14-15.8.2018) [90] Nguyễn Phùng Quang, chương 9, giảng “Điều khiển truyền động điện”Đại học Bách Khoa Hà Nội [91] Nguyễn Phùng Quang, giảng “điều khiển số”, Đại học Bách Khoa Hà Nội 129 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH Đà CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN [1] Võ Thanh Hà, Trần Vũ Trung, Nguyễn Phùng Quang, Đỗ Hoàng Ngân Mi, Một cách tiếp cận thiết kế điều khiển tuyến tính vector dòng stator có đáp ứng hữu hạn- Chuyên san Kỹ thuật Điều khiền Tự động hóa số 16, 8/2016, pp50-56 [2] Võ Thanh Hà, Trần Vũ Trung, Nguyễn Phùng Quang, Một hướng tiếp cận nguyên lý điều khiển tựa theo từ thông rotor truyền động điện xoay chiều ba pha-Hội nghị Khoa học toàn quốc lần thứ Cơ kỹ thuật Tự động hóa 102016, pp-.17-23 [3] Võ Thanh Hà, Nguyễn Phùng Quang, Vai trò điều khiển dòng deadbeat cách nhìn cấu trúc hệ truyền động xoay chiều ba pha - Hội nghị điện tử VCM-11-2016, pp-148-155 [4] Võ Thanh Hà, Nguyễn Phùng Quang, Mơ hình điện giảm bậc vấn đề điều khiển hệ hai khâu quán tính truyền động không đồng –Hội nghị-Triển lãm quốc tế Điều khiển Tự động hoá VCCA-2017 (12/2017), pp 11-17 [5] Võ Thanh Hà, Hoàng Thành Nam, Nguyễn Phùng Quang, Nghiên cứu điều khiển dự báo cho hệ truyền động tựa từ thông rotor biến tần - động không đồng – Hội nghị-Triển lãm quốc tế Điều khiển Tự động hoá VCCA-2017 (12/2017), pp 501-506 [6] Võ Thanh Hà, Nguyễn Đức Nam, Nguyễn Phùng Quang, Thiết kế backstepping điều khiển truyền động không đồng hệ hai khâu qn tính ni nghịch lưu nguồn áp có vòng điều khiển dòng stator lý tưởng Chun san Đo lường, Điều khiển Tự động hóa 21, số 1, tháng 04 năm 2018, pp 16-23 [7] Nguyen Phung Quang, Vo Thanh Ha, Tran Vu Trung, A New Control Design with Dead-Beat Behavior for Stator Current Vector in Three-Phase AC Drives International Journal of Electrical and Electronics Engineering (SSRG-IJEEE) – April 2018, 5(4) pp1-8 [8] Võ Thanh Hà, Nguyễn Hai Huỳnh, Đỗ Phúc Hưng, Nguyễn Phùng Quang, Thiết kế điều khiển phẳng truyền động điện không đồng hệ hai khâu qn tính ghép mềm ni nghịch lưu nguồn áp có vòng điều khiển dòng stator lý tưởng– Tạp chí khoa học Cơng nghê, số 133 (3.2019) [9] Vo Thanh Ha, Nguyen Phung Quang, Flatness-Based Control Design for TwoMass System Using Induction Motor Drive Fed by Voltage Source Inverter with Ideally Control Performance of Stator Current, Engineer of XXI Century”, Book Chapter, Proceedings of the VIII International Conference of Students, PhD Students and Young Scientists, May, 16, 2019 Mechanisms and Machine Science 130 70, Mechanisms and Machine Science, ISBN 978-3-030-13321-4 (eBook), https://doi.org/10.1007/978-3-030-13321-4, pp39-50, Springer Nature Switzerland [10] Vo Thanh Ha, Le Trong Tan, Nguyen Duc Nam, Nguyen Phung Quang, Backstepping Control of Two-Mass System Using Induction Motor Drive Fed by Voltage Source Inverter with Ideal Control Performance of Stator Current – International Journal of Power Electronics and Drive System (IJPEDS), 10(2), June 2019, ISSN: 2088-8694, http://doi.org/10.11591/ijpeds.v10.i2, pp-720-730 (Scopus) [11] Võ Thanh Hà, Nguyễn Phùng Quang, Các cấu trúc thiết kế điều khiển nâng cao tựa từ thông rotor cho động không đồng với mạch vòng dòng sator lý tưởng – Hội nghị-Triển lãm quốc tế Điều khiển Tự động hoá VCCA-2019 (09/2017) [12] Vo Thanh Ha, Tung Lam Nguyen, Vo Thu Ha, Vo Quang Vinh , Advanced control structures for induction motors with ideal current loop response using field oriented control– International Journal of Power Electronics and Drive System (IJPEDS), 10(4), December 2019, ISSN: 2088-8694, http://doi.org/10.11591/ijpeds.v10.i2, pp-610-623 (Scopus) 131 PHỤ LỤC Phụ lục A: Thông số động KĐB-RLS sử dụng q trình mơ thực nghiệm Động khơng đồng rotor lồng sóc 2.2 kW (chỉ sử dụng mơ thực nghiệm) có thơng số sau: - Công suất định mức: PN= 2,2 kW - Dòng điện định mức: IN=4,7 A - Tần số định mức: fN =50 Hz - Hệ số công suất: cosφ = 0,9 - Số đôi cực: zp=1 - Tốc độ định mức: nN= 2880 vòng/phút - Điện áp định mức: UN= 400 V - - Điện trở stator: Điện trở Rotor: Điện cảm stator: Điện cảm Rotor: Hỗ cảm Stator Rotor: Mơ-men qn tính: Thành phần điều khiển dòng điện: + l1 = 0.5 + l2 = 0.5 + T =200e-6 (Sampling time) Thành phần ĐK chiếu: + c1 = 500 + c2 = 500 + c3 = 500 132 Rs=0,37  Rr=0,42  Ls=0,03441 H Lr=0,03425 H Lm=0,0331 H J=0.00095kgm2 Phụ lục B: Thông số truyền động động KĐB với tải có khớp nối mềm sử dụng q trình mơ thực nghiệm Cơng suất định mức: Dòng điện định mức: Tần số định mức: Hệ số công suất: Số đôi cực: Tốc độ định mức: Điện áp định mức: Điện trở stator: PN= 2,2 kW IN=4,7 A fN =50 Hz cosφ = 0,9 zp=1 nN= 2880 vòng/phút UN= 400 V Rs=0,37  Điện trở rotor: Điện cảm stator: Điện cảm rotor: Hỗ cảm stator rotor: Mô-men qn tính động IM: Mơ-men qn tính tải : Hệ số cứng trục: Hệ số giảm chấn: Rr=0,42  Ls=0,03441 H Lr=0,03425 H Lm=0,0331 H J1=7.555*10 -5kgm2 J2=5.5913*10 -5kgm2 c=0.28Nm/rad d=0.0015Nm/rad Phụ lục C: Các thiết kế mô Matlab/Simulink triển khai thực nghiệm Cấu trúc ĐK mạch vòng dòng stator kiểu deadbeat đề xuất Hình 5.1 Cấu trúc ĐK ĐK dòng stator kiểu deadbeat đề xuất (mô thực nghiệm) 133 Cấu trúc ĐK hệ truyền động ghép mềm động với phụ tải theo phương pháp nguyên lý phẳng Hình 5.2 Cấu trúc ĐK ĐK tốc độ, từ thông dựa nguyên lý phẳng hệ ghép mềm động với phụ tải Cấu trúc ĐK hệ truyền động ghép mềm động với phụ tải theo phương pháp backstepping Hình 5.3 Cấu trúc ĐK ĐK tốc độ, từ thông theo backstepping hệ ghép mềm động với phụ tải 134 Phụ lục D: Mơ hình thực nghiệm Để kiểm nghiệm thuật toán điều khiển, luận án đề xuất mơ hình ngun thực nghiệm hình Mơ hình cho phép dễ dàng phát triển cấu trúc điều khiển tựa từ thông rotor cách linh hoạt cho động KĐB-RLS Hình 5.4 Mơ hình thực nghiệm Bảng 5.1 Thơng số động IM Model Công suất định mức Điện áp đầu vào Dòng điện định mức Tần số định mức Tốc độ định mức Encoder Tham số Pđm Uđm Iđm fđm nđm Giá trị 2.2 kW 690/380V 4.7A/2.7A 50Hz 2880V/phút 1024 xung/1 vòng Bảng 5.2 Tham số mạch lực hệ thống thực nghiệm Phần tử Van bán dẫn phía lưới Lọc LC phía lưới Cuộn cảm L phía chỉnh lưu Tụ DC-Link Van bán dẫn phía động Lọc LC phía động Tham số Giá trị IGBT 6MBP25RA120 VCE = 1200V, IC = 25A Điện cảm Lfg Lfg = 1,2 (mH) Tụ điện Cfg Cfg = 6.8 (uF) Điện trở Rfg Rfg = 3.3 (Ω) Điện cảm phía lưới LG = (mH) Tụ DC-Link CDC-link CDC-link= 1700 (uF) IGBT 7MBP25RA120 VCE = 1200V, IC = 25A Điện cảm Lfl Lfl = (mH) Tụ điện Cfl Cfl = 40 (uF) 135 + Bộ chỉnh lưu tích cực tích cực: Chỉnh lưu tích cực ba pha sử dụng van IGBT 6MBP25RA120 Bộ lọc LCL với cuộn cảm tích cực sử dụng 1,2 mH, cảm phía biến đổi (mH) tụ điện 6.8 (uF), điện trở 3.3 (Ω) + Tụ điện DC-Link có giá trị 1700 (uF) + Bộ nghịch lưu phía động cơ: Sử dụng nghịch lưu ba pha cầu H, van bán dẫn IGBT 6MBP25RA120 Bộ lọc phía động với điện cảm (mH) tụ điện 40 (uF) a Hệ thống tạo tải Hệ thống tạo tải sử dụng hệ thống điều khiển động DC mentor II để tạo tải cho động KĐB_RLS Mentor II chạy chế độ góc phần tư bốn góc phần tư nên hai kiểu nối dây cho MentorII Trong thuyết minh ta xét cách nối dây chế độ bốn góc phần tư Hình 5.5 Sơ đồ cấu trúc dây cho Mentor II với DC motor Đấu dây cho Mentor hình 5.6 Đầu tiên nối hai cơng tắc tơ LC RR Công tắc tơ LC công tắc để đóng nguồn ba pha vào Mentor II ba điểm L1-L3 đồng thời đóng từ L11 L12 Ngồi có ba tiếp điểm cơng tắc tơ LC cơng tắc tơ RR có ba tiếp điểm liên động với tiếp điểm LC Phần ứng động nối vào hai đầu A1 A2; phần kích từ nối vào hai đầu F1và F2 Nếu điều khiển tốc độ động biến trở vào đầu vào số – MentorII Và cuối ta mắc nguồn điều khiển vào ba điểm E1–E3 Lưu ý trình nối dây, E1-E3 phải trùng pha với L1–L3 Lưu đồ vận hành cài đặt cho Mentor II thể hình 5.7 Các thao tác cài đặt chi tiết thể bên 136 Hình 5.6 Các chức phím ấn Mentor II Bảng 5.3 Menu sử dụng để cài đặt chế độ Torque Control cho Mentor II STT Chức Phạm vi Menu 03: Speed feedback - selection and speed loop 03.13 Phản hồi điện áp phần ứng 03.15 Điện áp phần ứng tối đa - 1000 Menu 04: Current - selection and limits 04.05 Giới hạn dòng điện - 1000 04.12 Mode bit 0 04.13 Mode bit Menu 05: Current loop 05.06 Dòng tải - 1000 05.09 Nhận dạng tham số Menu 06: Field control 06.13 Bật tắt kích từ Menu 07: Analog inputs and outputs 07.02 Giá trị lượng đặt đầu vào GP2 ±1000 07.12 Cài đặt đầu vào GP2 - 1999 07.17 Giá trị tỷ lệ cho đầu vào GP2 – 1999 Menu 10: Status logic & diagnostic information 10.29 Bật tắt báo lỗi kích từ Kiểu Đọc - Ghi Đọc - Ghi Đọc - Ghi Đọc – Ghi Đọc – Ghe Đọc – Ghi Đọc – Ghi Đọc - Ghi Đọc - Ghi Đọc - Ghi Đọc - Ghi Đọc - Ghi Các bước cài đặt cho Mentor II Bước Tiến hành đấu nối Mentor II với động DC với lưới điện pha Bước Cấp nguồn pha 380V cho Mentor II, gạt aptopmat cấp điện cho hệ thống điều khiển Mentor II Bước Tiến hành cài đặt tham số cho Mentor II: Để truy cập thay đổi tham số ta đặt tham số 00.00 từ thành 200 Để lưu giá trị sau thay đổi: tham số xx.00 đặt giá trị thành 001, sau bấm reset Tham số 04.05 giới hạn dòng điện có giá trị mặc định 1000 tương ứng với 150% dòng đầy tải (bằng 1.5 x 25 = 37.5A) Cài đặt tham số 04.05 = 400 tương đương 137 10A Dòng tải cài đặt tham số 05.06 (thường đặt 105%), giá trị 1000 tương ứng với 150% Đặt tham số 05.06 = 280 Đặt tham số 03.15 = 200 điện áp phần ứng tối đa Đặt tham số 03.13 = phản hồi điện áp phần ứng Bộ Mentor II sử dụng bị hỏng phần kích từ Đặt tham số 06.13 = để tắt kích từ từ Mentor II cấp kích từ Đặt tham số 10.29 = để tắt chức báo lỗi kích từ Động DC dùng nguồn kích từ 200VDC dòng kích từ 0.5A Ta chọn cấp kích từ ngồi cầu diode chỉnh lưu từ 220VAC xuống 200VDC Để cài đặt động DC hoạt động theo chế độ Torque Control cần setting 04.12 = 1, 04.13 = Tắt kích từ chạy nhận dạng thơng số 05.09 Sau có thơng số cài đặt 07.12 = 408, cài đặt tỷ lệ 07.17 = 200 Kết nối đầu vào lượng đặt cổng GP2 với giải ± 10V, xem lượng đặt Torque 07.02 Bước Chuyển công tắc khởi động qua on để bật off để tắt động DC b Mạch đo lường  Thiết kết đo cách ly, sử dụng HCPL7800A để đo điện áp, LEM LA55PSP1[35] để đo dòng điện  kênh đo dòng điện: dải đo ± 50A.; kênh đo điện áp chiều: 1000V Inverter Measure board Tạo +15V nguồn GND ±15V (7815,7 -15V 915) BAX 1:2:2 (Đã có sẵn) 24VDC AGND Tạo nguồn IRF2153 vcc Ua 5V 3V ±50A Ia 60R/2W LA55-P/SP1 (50A) ±1.5V REF=1.5V INA12 G=1 RC_Filter Fc = 20kHz Ua 5V 0÷3V GND Ib 60R/2W LA55-P/SP1 (50A) ±1.5V 3V RC_Filter Fc = 20kHz INA12 G=1 Ib GND Ic 60R/2W LA55-P/SP1 (50A) ±1.5V INA12 G=1 LOWER UPPER 0÷3V ADC IDE LOWER 74HC 245D (3,3V) ADC LOGIC IDE TO CPLD 3V REF=1.5V ±50A LM339 LM358 GND ±50A UPPER vcc GND Ia REF=1.5V LM339 LM358 RC_Filter Fc = 20kHz UPPER LOWER 0÷3V GND 0÷3V +15V GND UPPER LOWER 24VDC 0÷3V Tạo nguồn +5V DC-DC 24V-5V ISOLATED AGND Udc +5V_ISO1 +5V GND GND_ISO1 + Udc = 1000V - MẠNG PHÂN ÁP TỈ LỆ 1/ 10000 HCPL7800A 100mV 3V 800mV INA12 G=3.75 RC_Filter Fc = 20kHz PE Tiếp vỏ Hình 5.7 Mạch đo lường 138 c Nguyên lý thực nghiệm ghép cứng động KĐB-RLS với phụ tải Rectifier Inverter CC MCB 380V/50Hz A1 A B C EMI B1 U V FILTER C dc C dc C1 IM W Sensor T40B S2 CC E DC Motor F MCB A A A2 H B2 Mentor II J C2 K Xung điều khiển (1H,2H,3 H,1L,2L, 3L) i sd MHTT i sq i su i s e js i sv i ss  MẠCH ĐO LƯỜNG i sw UDC i sd tu MATLAB/ SIMULINK CONTROL DESK Udc t v tw Bộ điều chỉnh dòng RIsd i sq us SVM us u sd u sq * w1 i sd i sd MHTT i sq w2 Bộ điều chỉnh tốc độ  * CARD DSP 1104 Hình 5.8 Bộ điều chỉnh dòng RIsq Nguyên lý bàn thực nghiệm Từ máy tính, ta tiến hành mô phần mềm Matlab/Simulink, ta cần xây dựng khối giá trị đặt, điều khiển dòng, điều khiển tốc độ, mơ hình từ thơng khối điều chế vector khơng gian, nghịch lưu động mơ hình, động thật Các tín hiệu điều khiển tín hiệu phản hồi nối với khối vào-ra card DS1104 Mơ hồn tất ta tiến hành nạp vào card DS1104 điều khiển phần mềm Control Desk Ở đầu card DS1104 tín hiệu tạo xung PWM, tín hiệu nối với khối nghịch lưu Đầu vào khối nghịch lưu điệp áp chiều (sau khâu chỉnh lưu điện áp xoay chiều từ biến áp), xung PWM đóng mở van IGBT, đầu khối nghịch lưu điện áp ba pha dạng sóng sin Điện áp ba pha đưa qua mạch đo dòng, áp, sau cấp tới ĐCKĐB Trên mạch đo dòng, áp có khâu đo tín hiệu đo đưa Card DS1104 thông qua chân ADC Trên động KĐB-RLS có gắn thiết bị đo Encoder, động hoạt động, tín hiệu từ Encoder đưa qua mạch chốt Encoder (Isolated Encoder), đảm bảo tín hiệu đầu đạt mức tín hiệu mà DS1104 đọc Tạo tải cách dùng mentor chỉnh điện áp dải (+-) 10V tương đương với mômen cản động chiều, quay ngược chiều với động KĐB-RLS 139 d Giải pháp điều khiển - Module điều khiển: não biến tần thực nghiệm, sử dụng Card điều khiển DS1104 với trích mẫu đo lường sau: Clock: 200 MHZ Tpluse: 100us (10kHz) Ts: 200us (5kHz) T1: 200us (5kHz), T2 = 5T1, T3 = 5T2 Convert & Read ADC: Udc, Iu, Iv, Iw Clock Tpluse Update PWM Update PWM TBPRB CPMA PWM CLA Current loop Ts Triger ADC Read Angle Convert & read ADC T1 Speed loop T2 Position Trích mẫu đo lường Thông số điều khiển Tần số phát xung Tần số mạch vòng dòng điện Tần số mạch vòng tốc độ Deadtime Trích mẫu ADC (Udc, Iu, Iv, Iw) Phân dải ADC 140 10kHZ 5kHz 1kHz/200Hz 3us 5kHZ 12 bit Phụ lục E: Cấu trúc thực thực nghiệm HIL Cấu trúc thực HIL bao gồm card HIL402 dùng để mô hệ truyền động hệ hai khâu qn tính là: động IM nối với tải qua khớp nối mềm biến tần nguồn áp hai mức Hệ thống phần cứng mô theo thời gian thực phần mềm Typhoon HIL 402 với bước thời gian 1µs, gần với mơ hình vật lý Tần số sóng mang điều chế độ rộng xung kHz Các điều khiển dòng điện tốc độ, từ thơng thực card DSP TMS320F2808 Hình 5.9 Cấu trúc thực nghiệm HIL 141 ... Nghiên cứu tổng hợp cấu trúc điều khiển véc tơ truyền động động khơng đồng với tải có khớp nối mềm 27 MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG KĐB Equation Chapter Section Để thực tổng hợp, đánh giá điều. .. độ điều khiển FOC cho động KĐB, nhằm đưa cấu trúc phù hợp điều khiển hệ truyền động động KĐB ghép với tải qua khớp nối điển hình, để cải thiện chất lượng truyền động Phạm vi nghiên cứu: Điều khiển. .. 26 hợp phương pháp điều khiển tuyến tính phi tuyến, để tìm cấu trúc kết hợp hai mạch vòng điều chỉnh hệ truyền động động KĐB ghép với tải qua khớp nối điển hình (khớp nối cứng khớp nối mềm) với
- Xem thêm -

Xem thêm: Nghiên cứu tổng hợp cấu trúc điều khiển véc tơ truyền động động cơ không đồng bộ với tải có khớp nối mềm , Nghiên cứu tổng hợp cấu trúc điều khiển véc tơ truyền động động cơ không đồng bộ với tải có khớp nối mềm

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn