Đang tải... (xem toàn văn)
Trong luận văn này, tác giả dùng thuật toán bầy đàn cải tiến (MPSO: Modified Partical Swarm Optimization) để tìm bộ thông số (Kp, Ki, Kd) cho bộ điều khiển PID dùng trong việc điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha. Thuật toán MPSO về cơ bản giống với thuật toán PSO, tuy nhiên, trong luận văn này trọng số quán tính omega trong thuật toán MPSO được điều chỉnh trong quá trình các cá thể cập nhật vị trí và tốc độ của nó làm cho tốc độ hội tụ cho giải thuật tang lên trong quá trình tìm bộ thông số (Kp, Ki, Kd). Để kiểm tra tính đúng đắn của thuật toán bầy đàn cải tiến (MPSO), luận văn này đã sử dụng ngôn ngữ lập trình MatlabSimulink để mô phỏng điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha bằng phương pháp PID đựa trên thuật toán bầy đàn cải tiến. Kết quả mô phỏng cho thấy thuật toán MPSO chúng tôi sử dụng để tìm bộ thông số số (Kp, Ki, Kd) cho bộ điều khiển PID có độ hội tụ nhanh; đáp ứng ngõ ra của động cơ không đồng bộ 3 pha như tốc độ, từ thông trên Rotor, moment khởi động và dòng điện trên 3 dây quấn stator có thời gian quá độ ngắn, nghĩa là rất nhanh để tiến tới xác lập sau khi khởi động hoặc sau khi đấu tải vào động cơ. Thuật toán bầy đàn cải tiến (MPSO) hiệu quả trong việc tìm kiếm bộ thông số cho bộ điều khiển PID, nó hội tụ nhanh hơn vì có thể điều chỉnh được trọng số quán tính để mỗi cả thể tự điều chỉnh vị trí cũng như vận tốc của mình trong quá trình tìm kiếm giá trị của hàm mục tiêu, chính vì vậy trong thời gian tới chúng tôi sẽ hướng đến ứng dụng thuật toán MPSO này để điều khiển cho động cơ đồng bộ và động cơ một chiều.
1 Chương 1: Tổng quan 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu nước Ở nước ngoài, tác giả Neenu Thomas, Dr P Poongodi sử dụng thuật toán di truyền (genertic algorithm) để tìm thơng số PID dùng điều khiển vị trí cho động DC [1] Tác giả L Mokrani, R Abdessemed dùng thuật tốn fuzzy logic để tìm thơng số PID cho điều khiển không định hướng từ thông (indirect field-oriented) ho động không đồng [2] Ở Việt Nam, tác giả Huỳnh Đức Chấn nghiên cứu đề tài “ Ứng dụng giải thuật bầy đàn để xác định thông số PID điều khiển tốc độ động không đồng ba pha” [3] Tuy nhiên thời gian đáp ứng xác lập tốn điều khiển tối ưu thêm nữa, tốc độ hội tụ toán lâu Xuất phát từ vấn đề thực đề tài: “PID dựa MPSO điều chỉnh tốc độ động không đồng pha” 1.2 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu phương pháp để điều khiển động điện không đồng pha 1.2.2 Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu đề tài nghiên cứu phương pháp điều khiển P.I.D dựa MPSO để điều khiển tốc độ động không đồng pha 1.3 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu động điện không đồng pha (three-phase induction motor), thuật toán bầy đàn cải tiến MPSO (modified partical swarm optimization) phương pháp điều khiển PID (Proportional Integral Derivative) 1.4 Phương pháp nghiên cứu Trong đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu sau: − Phương pháp tham khảo tài liệu − Phương pháp quan sát: quan sát cách đáp ứng tốc độ , moment, thông số đồ thị − Phương pháp thực nghiệm mơ phỏng: Sử dụng cơng cụ tính tốn tìm tối ưu phần mềm Matlab, tạo liệu mô phỏng, mô kiểm chứng 1.5 Kế hoạch thực Giai đoạn (6/2016–9/2016): Động không đồng pha mơ hình tốn Giai đoạn (9/2016 – 11/2016): Bộ inverter pha (DC-AC) Giai đoạn (11/2016 – 1/2017): Các điều khiển Giai đoạn (1/2017–7/2017): Thuật toán PID MPSO 1.6 Kết cấu luận văn Luận văn gồm chương sau: Chương 1: Tổng quan Chương gồm nội dung sau: − Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu nước − Mục tiêu phạm vi nghiên cứu − Đối tượng nghiên cứu − Phương pháp nghiên cứu − Kế hoạch thực Chương 2: Động không đồng pha mơ hình tốn Chương gồm nội dung sau: − Giới thiệu đông pha − Vector không gian hệ tọa độ từ thông − Cấu trúc hệ điều khiển tựa theo từ thông Rotor Chương 3: Bộ inverter pha (dc-ac) Chương gồm nội dung sau: − Tổng quan nghịch lưu đa bậc − Giới thiệu nghịch lưu áp đa bậc − Các cấu trúc nghịch lưu áp đa bậc − Các trạng thái đóng ngắt nghịch áp đa bậc − Bộ điều khiển nghịch lưu áp Chương 4: Các điều khiển Chương gồm nội dung sau: − Bộ điều khiển PID − Bộ điều khiển thích nghi (adaptive controller) − Kỹ thuật điều chế độ rộng xung Chương 5: Thuật toán PID MPSO Chương gồm nội dung sau: − Giải thuật tối ưu hóa bầy đàn PSO − Giải thuật MPSO − Mô tả thuật tốn MPSO điều khiển động khơng đồng pha Chương 6: Mơ hình tốn mơ Chương gồm nội dung sau: − Cấu trúc điều khiển PID thuật toán bầy đàn cải tiến − Xây dựng mơ hình động khơng đồng Matlab-Simulink − Mô − Kết mô − So sánh PSO MPSO Chương 2: Động không đồng pha mô hình tốn 2.1 Giới thiệu động pha 2.1.1 Giới thiệu Động điện không đồng ba pha (ĐCĐKĐBBP) loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ có tốc độ quay Rotor khác với tốc độ quay từ trường r (rad/s) s (rad/s) ĐCĐKĐBBP có hai dây quấn: dây quấn Stator (sơ cấp) nối với lưới điện tần số khơng đổi, dây quấn Rotor (thứ cấp) Dòng điện dây quấn Rotor sinh nhờ sức điện động cảm ứng có tần số phụ phụ thuộc vào Rotor, nghĩa phụ thuộc vào tải trục máy (Nguồn: promplace.ru) Hinh 1: Hình dạng ĐCĐKĐBBP Dây quấn Stator ĐCĐKĐBBP gồm có ba cuộn dây ba pha đặt lệch góc 1200 độ điện đấu thành Hình Hình tam giác tùy theo nguồn điện cấp vào động Dây quấn Rotor có hai loại: Loại Rotor kiểu dây quấn: Rotor có dây quấn giống dây quấn Stator, gòm có ba pha đặt lệch gốc 1200 độ điện đấu lại Hình sao, ba đầu lại nối với ba vành trượt đặt cố định đầu trục động thơng qua chổi than đấu với mạch điện bên ngồi Khi làm việc bình thường dây quấn Rotor nối ngắn mạch, chế độ mở máy nối với mạch điều khiển máy bên Loại Rotor kiểu lồng sóc: loại rãnh mạch từ đặt dẫn đồng nhôm, hai đầu dẫn có hai vòng ngắn mạch nối đầu dẫn với tạo thành mạch kín để Hình thành dòng điện cảm ứng qua có từ trường quay xuất Stator Do kết cấu đơn giản chắn, động khơng đồng Rotor lồng sóc sử dụng làm nguồn động lực rộng rãi lĩnh vực công nghiệp sinh hoạt Trong hai loại động trên, loại Rotor lồng sóc chiếm ưu tuyệt đối thị trường dễ chế tạo, khơng cần bảo dưỡng, kích thước nhỏ Sự phát triển vũ bão kỹ thuật vi điện tử với giá thành ngày hạ cho phép thực thành công kỹ thuật điều chỉnh phức tạp loại Rotor lồng sóc Mạch điện tương đương động không đồng 2.1.2 (Nguồn: [4]) Hinh 2: Sơ đồ tương đương pha động khơng đồng Phương trình điện áp cung cấp cho động cơ: [4] Vs = E + I * ( Rs + js Ls ) Với : Vs : Điện áp pha lưới điện cung cấp cho động E : Sức điện động cảm ứng dây quấn Stator I : Dòng điện pha Stator Rs : Điện trở pha dây quấn Stator Ls : Điện cảm tản từ dây quấn Stator s : Tốc độ góc lưới điện 2.1.3 Các quan hệ công suất động không đồng Công suất động lấy từ lưới điện: (2.1) P = 3U d I d cos (2.2) Tổn hao dây quấn Stator: Pcu1 = 3I Rs s (2.3) Công suất điện từ chuyển từ Stator qua Rotor thông qua từ thông khe hở khơng khí: Pdt = 3I r2 Rr' (2.4) Tổn hao nhiệt Rotor dòng điện Rotor sinh ra: Pt = 3I r2 Rr' (2.5) Công suất động cơ: Pc = 3I r2 Rr' 1− s s (2.6) R2' s db (2.7) Moment điện từ: M dt = Pdt s = 3I 2' Hay: M dt = Pc Pc = − s 1 (2.8) ndb 2 f 60 p (2.9) Với: 1 = 2 2.2 Vector không gian hệ tọa độ từ thông 2.2.1 Biểu diễn vector không gian cho đại lượng ba pha Động không đồng ba pha có ba cuộn dây Stator với dòng điện ba pha bố trí khơng gian Hình vẽ 2.3 Phương trình dòng điện Stator : isa (t ) + isb (t ) + isc (t ) = Với : (2.10) isa (t ) = is cos(st ) isb (t ) = is cos(st − 120 ) i (t ) = i cos( t + 1200 ) s s sc ( 2.11) Hinh 3: Vị trí khơng gian pha Về phương diện mặt phẳng học (mặt cắt ngang), động khơng đồng có cuộn dây lệch góc 1200 Nếu mặt cắt ta thiết lập hệ tọa độ phức với trục thực qua trục cuộn dây pha A động cơ, ta xây dựng vector khơng gian cho dòng điện Stator: [1] i s (t ) = i sa (t ) + i sb (t ) + i sc (t ) (2.12) 0 2 isa (t ) + isb (t )e j120 + isc (t )e j −120 3 i s (t ) = is e j (2.13) i s (t ) = Theo cơng thức (2.13), vector is(t) vector có modul khơng đổi quay mặt phẳng phức với tốc độ góc A) góc pha Hình 2.4 = s t s = 2 f s tạo với trục thực (trục cuộn dây pha (fs tần số mạch Stator) Việc xây dựng mơ tả Dòng điện pha Hình chiếu vector dòng điện Stator is lên trục cuộn dây tương ứng Đối với đại lượng khác động dòng Rotor dòng Stator, từ thơng Rotor từ thơng Stator xây dựng vector khơng gian tương tự dòng điện Stator (Nguồn: [4]) Hinh 4: Xây dựng vector không gian từ đại lượng pha 2.2.2 Hệ tọa độ cố định Stator (α-β) Vector không gian dòng điện Stator có modul |is| quay mặt phẳng phức với tốc độ góc ωs tạo với trục cuộn dây A góc ωst Đặt tên trục cuộn trục vng góc với trục ảo β Khi ta có hệ tọa độ hệ tọa độ cố định Stator ( -β) vector khơng gian mô tả thông qua thành phần trục thực trục ảo β Bằng cách chiếu vector không gian lên hai trục tọa độ ( -β) ta tính dây A trục thực thành phần theo hai trục tọa độ phương pháp Hình học Xét thành phần vector dòng điện hệ trục tọa độ ( -β): isa = is isb = − is + is 2 i = −i − i = − i − i sc sa sb s s 2 ( 2.14 ) Suy ra: is = isa 1 i = i + i = ( ) ( isb − isc ) s sa sb 3 ( 2.15) (Nguồn: [4]) Hinh 5: Biểu diễn dòng diện Stator dạng vector khơng gian Theo phương trình ta cần xác định hai thành phần dòng điện pha A pha B ta xác định vector dòng điện khơng gian, dòng điện ba pha cân bằng, dòng điện pha C nằm sẵn phương trình: is = is + jis us = us + jis ir = ir + jir r = r + j r = + j s r s 2.2.3 (2.16) Hệ tọa độ từ thông Rotor (d – q) Khi chuyển tọa độ vector không gian ta tạm rời mặt phẳng hệ tọa độ ( -β) ta xét thêm hệ tọa độ thứ hai có trục hồnh d trục tung q, hệ tọa độ có chung điểm gốc nằm lệch góc s so với hệ tọa độ Stator [1] Khi tồn hai tọa độ vector khơng gian biểu diễn hai tọa độ 10 Trong đó: a = d s quay tròn quanh góc tọa độ chung, với s = a t + a dt Từ Hình 2.6 ta biểu diễn mối liên hệ hai tọa độ sau: us = usd cos s − usq sin s us = usd sin s + usq cos s (2.17) (Nguồn: [4]) Hinh 6: Mối liên hệ tọa độ (α–β) tọa độ (d-q) Và ta lại có: us = us + jus usdq = usd + jusq (2.18) Biến đổi hai phương trình ta mối liên hệ hai tọa độ trên: usd = us cos s + us sin s usq = −us sin s + us cos s (2.19) Các hệ phương trình có tác dụng chuyển từ hệ tọa độ ( -β) sang (d-q) ngược lại cho điện áp Stator áp dụng cho thành phần khác động [3] Khi xét hệ tọa độ (d-q), ta cho trục d trùng với trục từ thơng Rotor quay với tốc độ góc với tốc độ góc vector từ thơng Rotor Hình 2.7 − Trong hệ tọa độ từ thông Rotor, vector dòng Stator vector từ thơng Rotor quay với hệ tọa độ (d – q), phần tử vector dòng Rotor đại lượng chiều, chế độ xác lập giá trị 63 6.4.2 Động khởi động không tải, có thay đổi tốc độ Thiết đặt thơng số sau: − Tại thời điểm từ đến 0.5s tốc độ đặt 50 (rad/s), sau thay đổi tốc độ thành 200 (rad/s) vào thời điểm 0.5 đến 1s (t=0→0.5s: _ref=50rad/s; t=0.5→1s: _ref=200rad/s) − Từ thông đặt 0.5Wb, thời gian mô từ đến 1s (t=0→1s; Phi_ref=0.5Wb) − Moment tải đặt Nm, thời gian mô từ đến 1s (t=0→1s; Mc=0Nm) Time (Sec) Hình 16: Dạng sóng moment, tốc độ, từ thơng Rotor dòng điện ba pha động khởi động khơng tải có thay đổi tốc độ Nhận xét: − Tốc độ: Thời gian xác lập nhanh khoảng 0.02s tốc độ đạt đến 50rad/s, giá trị thời điểm xác lập bám sát giá trị đặt; thời điểm thay đổi tốc độ, tốc độ thực lệch so với tốc độ đặt nhỏ đạt 200rad/s − Moment: Moment khởi động nhỏ khoảng 4Nm, thay đổi tốc độ giá trị moment vọt lố tương đối cao 19 Nm 64 − Dòng điện: Dòng khởi động nhỏ khoảng 15A, thời gian đáp ứng nhanh khoảng 0.02s dòng điện xác lập ổn định khoảng 4A 6.4.3 Động khởi động khơng tải, sau đóng tải Thiết đặt thông số sau: − Tốc độ đặt 200 rad/s, thời gian mô từ đến 1s (t=0→1s; _ref=200rad/s) − Từ thông đặt 0.5Wb, thời gian mô từ đến 1s (t=0→1s; Phi_ref=0.5Wb) − Tại thời điểm từ đến 0.5s moment tải đặt 0Nm, thời điểm 0.5 đến 1s đóng tải 5Nm (t=0→0.5s: Mc=0Nm; t=0.5→1s: Mc=5Nm) Time (Sec) Hình 17: Dạng sóng moment, tốc độ, từ thơng Rotor dòng điện ba pha động khởi động khơng tải sau đóng tải Nhận xét: − Tốc độ: Thời gian đáp ứng thời gian xác lập nhanh, khoảng 0.02s đạt đến 200rad/s Tại thời điểm đóng tải độ sụt dốc 0.65 (rad/s) (0.325%), xác lập tốc độ thực bám sát tốc độ đặt 200rad/s − Moment: Moment khởi động khoảng 8.5Nm − Dòng điện: Dòng khởi động nhỏ, khoảng 0.06s dòng chế độ xác lập ổn định 4A 65 − Từ thông: Thời gian đáp ứng nhanh, khoảng 0.06s xác lập từ thơng đặt 0.5Wb 6.4.4 Động khởi động khơng tải, sau đổi chiều quay Thiết đặt thông số sau: − Tại thời điểm từ đến 0.5s tốc độ đặt 200 (rad/s), thời điểm 0.5s đến 1s đảo chiều quay với tốc độ đặt -100 (rad/s) (t=0→0.5s: _ref=200rad/s; t=0.5→1s: _ref= -100rad/s) − Từ thông đặt 0.5Wb, thời gian mô từ đến 1s (t=0→1s; Phi_ref=0.5Wb) − Moment tải đặt 0Nm, thời gian mô từ đến 1s (t=0→1s; Mc=0Nm) Time (Sec) Hình 18: Dạng sóng moment, tốc độ, từ thơng Rotor dòng điện ba pha động khởi động không tải sau đổi chiều quay Nhận xét: − Tốc độ: Thời gian đáp ứng thời gian xác lập khoảng 0.02s, giá trị thời điểm xác lập bám sát giá trị đặt 200rad/s, thời điểm thay đổi tốc độ, tốc độ thực lệch so với tốc độ đặt thời gian nhỏ 0.01s sau đạt đến tốc độ ổn định -100rad/s − Moment: Có vọt lố đảo chiều quay giá trị vọt lố khoảng 20Nm thời gian nhỏ vọt lố nhỏ khoảng 0.01s 66 − Dòng điện: Dòng khởi động nhỏ khoảng 15A, thời gian đáp ứng nhanh khoảng 0.06s dòng điện xác lập ổn định 4A 6.5 So sánh PSO MPSO 6.5.1 Động khởi động không tải Thiết đặt thông số sau: − Tốc độ đặt 200 rad/s, thời gian mô từ đến 1s (t=0→1s; _ref=200rad/s) − Từ thông đặt 0.5Wb, thời gian mô từ đến 1s (t=0→1s; Phi_ref=0.5Wb) − Moment tải đặt Nm, thời gian mô từ đến 1s (t=0→1s; Mc=0Nm) Time (Sec) a) Phương pháp PSO Time (Sec) b) Phương pháp MPSO Hình 19: Dạng sóng đáp ứng tốc độ động theo phương pháp PSO MPSO khởi động không tải 67 6.5.2 Động khởi động khơng tải, sau đổi chiều quay Thiết đặt thông số sau: − Tại thời điểm từ đến 0.5s tốc độ đặt 200 (rad/s), thời điểm 0.5s đến 1s đảo chiều quay với tốc độ đặt -100 (rad/s) (t=0→0.5s: _ref=200rad/s; t=0.5→1s: _ref= -100rad/s) − Từ thông đặt 0.5Wb, thời gian mô từ đến 1s (t=0→1s; Phi_ref=0.5Wb) − Moment tải đặt 0Nm, thời gian mô từ đến 1s (t=0→1s; Mc=0Nm) Time (Sec) a) Phương pháp PSO Time (Sec) b) Phương pháp MPSO Hình 20: Dạng sóng đáp ứng tốc độ động theo phương pháp PSO MPSO khởi động khơng tải, sau đổi chiều quay 68 6.5.3 Động khởi động khơng tải, sau đóng tải Thiết đặt thông số sau: − Tốc độ đặt 200 rad/s, thời gian mô từ đến 1s (t=0→1s; _ref=200rad/s) − Từ thông đặt 0.5Wb, thời gian mô từ đến 1s (t=0→1s; Phi_ref=0.5Wb) − Tại thời điểm từ đến 0.5s moment tải đặt 0Nm, thời điểm 0.5 đến 1s đóng tải 5Nm (t=0→0.5s: Mc=0Nm; t=0.5→1s: Mc=5Nm) Time (Sec) a) Phương pháp PSO b) Time (Sec) Phương pháp MPSO Hình 21: Dạng sóng đáp ứng tốc độ động theo phương pháp PSO MPSO khởi động không tải sau đóng tải 69 Chương 7: Kết luận 7.1 Kết luận Trong luận văn này, tơi dùng thuật tốn bầy đàn cải tiến (MPSO: Modified Partical Swarm Optimization) để tìm thơng số (Kp, Ki, Kd) cho điều khiển PID dùng việc điều khiển tốc độ động khơng đồng pha Thuật tốn MPSO giống với thuật toán PSO, nhiên, luận văn trọng số quán tính omega thuật tốn MPSO điều chỉnh q trình cá thể cập nhật vị trí tốc độ làm cho tốc độ hội tụ cho giải thuật tang lên q trình tìm thơng số (Kp, Ki, Kd) Để kiểm tra tính đắn thuật tốn bầy đàn cải tiến (MPSO), luận văn sử dụng ngơn ngữ lập trình Matlab/Simulink để mơ điều khiển tốc độ động không đồng pha phương pháp PID đựa thuật toán bầy đàn cải tiến Kết mơ cho thấy thuật tốn MPSO chúng tơi sử dụng để tìm thơng số số (Kp, Ki, Kd) cho điều khiển PID có độ hội tụ nhanh; đáp ứng ngõ động không đồng pha tốc độ, từ thơng Rotor, moment khởi động dòng điện dây quấn stator có thời gian độ ngắn, nghĩa nhanh để tiến tới xác lập sau khởi động sau đấu tải vào động Thuật toán bầy đàn cải tiến (MPSO) hiệu việc tìm kiếm thơng số cho điều khiển PID, hội tụ nhanh điều chỉnh trọng số quán tính để thể tự điều chỉnh vị trí vận tốc trình tìm kiếm giá trị hàm mục tiêu, thời gian tới chúng tơi hướng đến ứng dụng thuật tốn MPSO để điều khiển cho động đồng động chiều Với kết qua mô ta nhận thấy điều khiển MPSO thiết kế chất lượng hệ thống ln bảo đảm moment quán tính động thay đổi Kết mơ thu hồn tồn phù hợp với kết nghiên cứu lý thuyết, điều chứng tỏ thuật toán cách thức xây dựng điều khiển PID dựa MPSO đắn xác 70 Kết mơ lần minh chứng khẳng định việc áp dụng điều khiển MPSO hồn tồn đáp ứng yêu cầu chất lượng điều khiển hệ thống 7.2 Hướng phát triển Thuật toán bầy đàn cải tiến (MPSO) việc tìm kiếm thơng số cho điều khiển PID cho kết hội tụ nhanh điều chỉnh trọng số qn tính để khơng gian tìm kiếm nhỏ hơn, chúng tơi hướng đến ứng dụng thuật tốn MPSO để điều khiển cho loại động đồng bộ, động chiều tương lai MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN TÓM TẮT MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT MỤC LỤC CÁC HÌNH Chương 1: Tổng quan .1 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu,các kết nghiên cứu nước 1.2 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.2 Phạm vi nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu .1 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Kế hoạch thực 1.6 Kết cấu luận văn Chương 2: Động khơng đồng pha mơ hình toán 2.1 Giới thiệu động pha 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Mạch điện tương đương động không đồng .5 2.1.3 Các quan hệ công suất động không đồng .5 2.2 Vector không gian hệ tọa độ từ thông 2.2.1 Biểu diễn vector không gian cho đại lượng ba pha .6 2.2.2 Hệ tọa độ cố định Stator (α-β) 2.2.3 Hệ tọa độ từ thông Rotor (d – q) 2.3 Cấu trúc hệ điều khiển tựa theo từ thông Rotor 11 2.3.1 Thông số động không đồng .11 2.3.2 Hệ phương trình động 12 2.3.3 Mơ hình động khơng đồng hệ tọa độ (α-β) [4] .13 2.3.4 Mơ hình động không đồng hệ tọa độ (d – q) [4] 14 Chương 3: Bộ inverter pha (DC-AC) 18 3.1 Tổng quan nghịch lưu đa bậc 18 3.2 Giới thiệu nghịch lưu áp đa bậc 18 3.3 Các cấu trúc nghịch lưu áp đa bậc 20 3.3.1 Cấu trúc nghịch lưu áp chứa cặp diode kẹp (neutral point clamped multilevel inverter –NPC) .20 3.3.2 Cấu trúc nghịch lưu dạng Cascade (cascade inverter) 21 3.3.3 Cấu trúc nghịch lưu dạng tụ điện thay đổi (Flying capacitor inverter) .22 3.4 Các trạng thái đóng ngắt nghịch áp đa bậc 23 3.4.1 Tổng quát 23 3.4.2 Trạng thái đóng ngắt nghịch lưu áp ba bậc NPC 25 3.4.3 Trạng thái đóng ngắt nghịch lưu áp năm bậc .26 3.5 Bô điều khiển nghịch lưu áp 27 Chương 4: Các điều khiển 30 4.1 Bộ điều khiển PID 30 4.1.1 Khâu tỉ lệ 33 4.1.2 Khâu tích phân 35 4.1.3 Khâu vi phân 35 4.1.4 Hiệu chỉnh PID 37 4.2 Bộ điều khiển thích nghi (adaptive controller) .39 4.2.1 Hệ thống thích nghi theo mơ hình mẫu (MRAS) 40 4.2.2 Luật thích nghi 42 4.2.3 Phương pháp độ nhạy (luật MIT) 42 4.2.4 Gradient phương pháp bình phương bé dựa tiêu chí đánh giá hàm chi phí sai số 43 4.2.5 Hàm Lyapunov 44 4.3 Kỹ thuật điều chế độ rộng xung .45 Chương 5: Thuật tốn tối ưu hóa bầy đàn PSO thuật toán MPSO 49 5.1 Giải thuật toán tối ưu hóa bầy đàn PSO 49 5.2 Giải thuật MPSO 51 5.3 Mô tả thuật tốn MPSO điều khiển động khơng đồng pha 52 Chương 6: Mơ hình tốn mơ 55 6.1 Cấu trúc điều khiển PID thuật toán bầy đàn cải tiến 55 6.2 Xây dựng mơ hình động khơng đồng Matlab-Simulink 55 6.3 Mô .59 6.4 Kết mô 62 6.4.1 Động khởi động không tải 62 6.4.2 Động khởi động không tải, có thay đổi tốc độ 63 6.4.3 Động khởi động khơng tải, sau đóng tải 64 6.4.4 Động khởi động khơng tải, sau đổi chiều quay .65 6.5 So sánh PSO MPSO 66 6.5.1 Động khởi động không tải 66 6.5.2 Động khởi động khơng tải, sau đổi chiều quay .67 6.5.3 Động khởi động không tải, sau đóng tải 68 Chương 7: Kết luận 69 7.1 Kết luận 69 7.2 Hướng phát triển 70 Tài liệu tham khảo Danh mục hình vẽ Hinh 1: Hình dạng ĐCĐKĐBBP Hinh 2: Sơ đồ tương đương pha động không đồng Hinh 3: Vị trí khơng gian pha Hinh 4: Xây dựng vector không gian từ đại lượng pha Hinh 5: Biểu diễn dòng diện Stator dạng vector không gian Hinh 6: Mối liên hệ tọa độ (α–β) tọa độ (d-q) 10 Hinh Biểu diễn vector không gian hệ tọa độ (d – q) 11 Hinh 8: Cấu trúc phương pháp FOC 17 Hình 1: Bộ nghịch lưu áp dạng diode kẹp (NPC) 20 Hình 2: Bộ nghịch lưu áp đa bậc dạng cascade inverter .22 Hình 3: Bộ nghịch lưu áp dạng tụ điện thay đổi 22 Hình 4: Pha a nghịch lưu áp pha bậc dạng diode kẹp NPC .25 Hình 5: Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu áp ba pha bậc NPC 26 Hình 1: Sơ đồ khối điều khiển PID 31 Hình 2: Đồ thị PV theo thời gian, ba giá trị Kp (Ki Kd số) 33 Hình 3: Đồ thị PV theo thời gian, tương ứng với giá trị Ki (Kp Kd không đổi) 34 Hình 4: Đồ thị PV theo thời gian với giá trị Kd (Kp Ki khơng đổi) .36 Hình 5: Đồ thị đặc tính khâu PI 38 Hình 6: Các trình độ điều chỉnh quy luật PI .39 Hình 7: Sơ đồ khối hệ thống thích nghi theo mơ hình mẫu 40 Hình 8: Sơ đồ khối điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu trực tiếp .41 Hình 9: Sơ đồ khối điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu gián tiếp .42 Hình 10: Mơ hình sai số 43 Hình 11: Các trạng thái cân bằng: a) Trạng thái cân ổn định; b) Trạng thái cân tiệm cận; c) Trạng thái cân không ổn định 44 Hình 12: Các dạnh song mang dạng điện áp tải 45 Hình 13: Bộ nghịch lưu vector điều khiển 46 Hình 1: Mơ tả kiến tìm đường .50 Hình 2: Lưu đồ thuật tốn PID-MPSO cho điều khiển tốc độ động không đồng pha 54 Hình 1: Cấu trúc điều khiển PID-MPSO 55 Hình 2: Sơ đồ tổng quan khối hệ tọa độ alpha-beta 55 Hình 3: Sơ đồ động không đồng pha hệ tọa độ (alpha-beta) 56 Hình 4: Sơ đồ tổng quát khối hệ tọa độ (d-q) 57 Hình 5: Sơ đồ động không đồng pha hệ tọa độ (d-q) .58 Hình 6: Chuyển dòng điện từ tọa độ alpha-beta sang tọa độ ABC .59 Hình 7: Sơ đồ mơ động không đồng pha 60 Hình 8: Chuyển điện áp từ tọa độ d-q sang tọa độ alpha-beta 60 Hình 9: Chuyển dòng điện từ tọa độ ABC sang tọa độ alpha-beta .60 Hình 10: Chuyển dòng điện từ tọa độ alpha-beta sang tọa độ d-q 60 Hình 11: Tính tốn từ thơng Rotor 61 Hình 12: Bộ điều chỉnh dòng điện dựa PID 61 Hình 13: Bộ ổn định từ thơng phi 61 Hình 14: Sơ đồ mơ sử dụng thuật toán MPSO để điều khiển tốc độ động không đồng pha phương pháp PID 61 Hình 15: Dạng sóng moment, tốc độ, từ thơng Rotor dòng điện ba pha động khởi động không tải .62 Hình 16: Dạng sóng moment, tốc độ, từ thơng Rotor dòng điện ba pha động khởi động không tải có thay đổi tốc độ 63 Hình 17: Dạng sóng moment, tốc độ, từ thơng Rotor dòng điện ba pha động khởi động khơng tải sau đóng tải 64 Hình 18: Dạng sóng moment, tốc độ, từ thơng Rotor dòng điện ba pha động khởi động không tải sau đổi chiều quay 65 Hình 19: Dạng sóng đáp ứng tốc độ động theo phương pháp PSO MPSO khởi động không tải 66 Hình 20; Dạng sóng đáp ứng tốc độ động theo phương pháp PSO MPSO khởi động khơng tải, sau đổi chiều quay 67 Hình 21: Dạng sóng đáp ứng tốc độ động theo phương pháp PSO MPSO khởi động khơng tải sau đóng tải 68 Danh mục bảng Bảng 3.1: Trạng thái đóng ngắt nghịch lưu áp bậc NPC 25 Bảng 3.2: Trạng thái đóng ngắt nghịch lưu áp bậc NPC bậc 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO Thomas N, Poongodi DP, Position control of DC motor using genetic algorithm based PID controller In: Proceedings of the World Congress on Engineering; 2009 pp 1-3 Mokrani L, Abdessemed R A fuzzy self-tuning PI controller for speed control of induction motor drive In: Control Applications, 2003 CCA 2003 Proceedings of 2003 IEEE Conference on: IEEE; 2003 pp 785-790 Huỳnh Đức Chấn Ứng dụng giải thuật bầy đàn để xác định thông số PID điều khiển tốc độ động không đồng ba pha: HCMUTE; 2011 Nguyễn Phùng Quang Điều chỉnh tự động truyền động điện xoay chiều pha NXBGD; 1996 Nguyễn Văn Nhờ Giáo trình điện tử công suất: Nhà xuất Đại Học Quốc gia TPHCM; 2005 O'Dwyer A Handbook of PI and PID controller tuning rules: World Scientific; 2009 Rivera DE, Morari M, Skogestad S Internal model control: PID controller design Industrial & engineering chemistry process design and development 1986,25:252-265 Kennedy J Particle swarm optimization In: Encyclopedia of machine learning: Springer; 2011 pp 760-766 Clerc M Particle swarm optimization: John Wiley & Sons; 2010 10 Dorigo M, Birattari M, Stutzle T Ant colony optimization IEEE computational intelligence magazine 2006,1:28-39 ... hình động không đồng Matlab-Simulink − Mô − Kết mô − So sánh PSO MPSO 4 Chương 2: Động không đồng pha mơ hình tốn 2.1 Giới thiệu động pha 2.1.1 Giới thiệu Động điện không đồng ba pha (ĐCĐKĐBBP)... động cơ, động không đồng dễ chế tạo, giá thành rẻ điều chỉnh xác tốc độ quay khó khăn Nguyên nhân tác động 16 qua lại từ thông Rotor moment quay động cơ, từ thơng Rotor đại lượng khó đo xác Điều. .. thuật điều chỉnh phức tạp loại Rotor lồng sóc Mạch điện tương đương động không đồng 2.1.2 (Nguồn: [4]) Hinh 2: Sơ đồ tương đương pha động khơng đồng Phương trình điện áp cung cấp cho động cơ: [4]