Điều khiển động cơ dc không chổi quét (BLDC) bằng phương pháp sử dụng bộ nghịch lưu dòng trễ kết hợp với PID

Nội dung text: Điều khiển động cơ dc không chổi quét (BLDC) bằng phương pháp sử dụng bộ nghịch lưu dòng trễ kết hợp với PID

1. ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC KHÔNG CHỔI QUÉT (BLDC) BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG BỘ NGHỊCH LƯU DÒNG TRỄ KẾT HỢP VỚI PID. A BRUSHLESS DIRECT CURRENT MOTOR DRIVE METHOD USING THE COMBINED CURRENT HYSTERISIS AND PID CONTROLLER. Phạm Công Trang Dương Hoài Nghĩa Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Đại học Bách Khoa TP.HCM Congtrang.dkc@gmail.com dhnghia@hcmut.edu.vn TÓM TẮT Trong động cơ DC không chổi quét (BLDC), dạng mô men động cơ không gợn sóng có thể được tạo ra bằng cách tạo dạng sóng kích từ dòng điện với sự giúp đỡ của các thành phần giao tiếp điều khiển bằng điện tử. Dạng mô men không gợn sóng này có thể tối thiểu hóa tổn hao đồng. Trong bài báo này, việc điều khiển từ thông gián tiếp và mô men trực tiếp mà không sử dụng cảm biến vị trí cho động cơ không chổi quét với lực điện động ngược (Back EMF) không sin được đưa ra một cách bao quát. Có rất nhiều phương pháp được kiến nghị cho việc điều khiển BLDC để đạt được dòng tối ưu hoặc để đạt được dòng tối ưu và các xung điều khiển mô men trong các bộ điều khiển BLDC. Hầu hết các phương pháp này khá phức tạp và không xem xét đến việc điều khiển liên kết từ thông stator, do đó, khả năng vận hành ở tốc độ cao là không thể thực hiện được. Trong bài báo này, một phương pháp mới và đơn giản để điều khiển trực tiếp mô men không gợn sóng ở tần số thấp đạt hiệu suất cao được trình bày. Phương pháp này không yêu cầu điều chế độ rộng xung PWM nhưng cần một bộ hiệu chỉnh Tỷ lệ – Tích phân (PI) cùng với kỹ thuật điều khiển dòng trễ tương ứng và cũng cho phép điều chỉnh các tín hiệu khác nhau. Mô hình ứng dụng bộ điều khiển động cơ BLDC ba pha không cảm biến được xác thực thông qua các kết quả mô phỏng sử dụng phần mềm Matlab/Simulink. ABSTRACT In Brushless DC (BLDC) motor ripple-free torque can be produced by preshaping the excitation currents with the help of electronically controlled commutators. This ripple-free torque minimizes copperlosses. In this paper, the position sensorless direct torque and indirect flux control of brushless dc (BLDC) motor with non sinusoidal back electromotive force (EMF) has been extensively proposed. In the paper, several methods have been proposed for BLDC motor drives to obtain optimum current and to obtain optimum current and torque control pulsations in BLDC motor drives. Most methods are complicated and do not consider the stator flux linkage control, therefore, possible high-speed operations are not feasible. In this study, a novel and simple approach to achieve a low frequency torque ripple-free direct control with maximum efficiency is presented. This method does not require pulse width modulation and needs proportional plus integral regulator with respective hysteresis current controlling technique and also permits the regulation of varying signals. The validity and practical applications of the proposed sensorless three-phase BLDC motor drive scheme are verified through simulation results using Matlab/Simulink Platform.
2. I. GIỚI THIỆU Nghèo Xuất Tốt Xuất nàn sắc sắc Trong tám năm gần đây, thị trường động cơ nam Hiệu quả tốc độ cao châm vĩnh cữu không chổi quét (BLDC motor) đã phát triển nhanh hơn thị trường các loại động cơ nhỏ khác. Tệ Tốt Tốt Xuất hơn hơn hơn sắc Ngoài ra, việc điều khiển loại máy điện này có bước phát Cấu trúc triển nhảy vọt. Đó là kết quả của việc tăng công suất và các một ít một tính năng của linh kiện điện tử công suất và việc phát triển, ít hoàn thiện các cơ cấu điều khiển số có lập trình của các bộ Chi phí của động cơ 10 8-10 10- 6-10 ($/kW) 15 vi xử lý, vi điều khiển. Thấp Cao Cao TB Nhờ sự phát triển nhanh chóng của ngành công Chi phí bộ điều khiển nghiệp nói trên mà việc áp dụng các phương pháp phức tạp Tệ TB Xuất Tốt Đặc tính kết hợp hơn sắc hơn vào điều khiển khiển các loại máy điện ngày càng trở nên một ít đơn giản và dễ dàng hơn. Động cơ một chiều không chổi quét (BLDC) từ lâu Động cơ BLDC đạt được sự chuyển mạch điện tử là đã được ứng dụng rộng rãi trong các hệ truyền động công nhờ tín hiệu hồi tiếp của vị trí rotor trong hệ thống điều suất nhỏ như các ổ đĩa quang, quạt làm mát máy tính cá khiển. Theo tín hiệu vị trí rotor, bộ điều khiển sẽ kích đóng nhân, thiết bị văn phòng Trong các ứng dụng đó, mạch theo thứ tự các cuộn dây stator. Nhưng với những động cơ điều khiển được thiết kế rất đơn giản và có độ tin cậy cao. không lý tưởng, lực điên từ phân bố không đều hình sin, do Cùng với sự phát triển của công nghệ chuyển mạch bán dẫn đó dẫn đến dao động mô men động cơ. Bằng cách cải thiện và kỹ thuật thiết kế các bộ chuyển đổi công suất lớn, những thiết kế của động cơ, như tăng số cực từ, mô men dao động ưu điểm của hệ truyền động sử dụng động cơ BLDC càng có thể được giảm. Nhưng điều này lại làm tăng chi phí và được thể hiện rõ rệt hơn so với động cơ một chiều truyền sự kềnh càng của số cuộn dây. thống cũng như động cơ không đồng bộ, đặc biệt là trên Có nhiều phương pháp để giảm dao động mô men, các phương tiện di động sử dụng nguồn điện một chiều độc bài báo này đề ra một phương pháp điều khiển để tối thiểu lập từ acquy, pin hay năng lượng mặt trời. Trong đó không hóa dạng sóng hình sin không lý tưởng với sự giúp đỡ bộ thể nhắc đến là trong các hệ truyền động kéo trên xe chạy điều khiển hồi tiếp điều chỉnh dòng điện pha thực. Tuy bằng điện với công suất từ vài chục đến 1000kW. Trong nhiên ta bỏ qua điện trở của pha và sự ước lượng từ thông công nghiệp, chúng còn được sử dụng rộng rãi trong các hệ là dựa trên các thông số như điện áp link DC và điện cảm điều khiển servo có công suất dưới 10kW [1]. pha. Bảng 1.1 So sánh giữa các loại động cơ Đóng góp chính của bài báo này là trình bày một phương pháp điều khiển đa vòng mới cho phép tách biệt sử dụng trong xe chạy điện. [1] các dao động cơ và do đó giảm thiểu dao động của mô men động cơ, qua đó có thể kiểm tra độc lập mỗi vòng điều Loại động cơ Không Từ trở khiển sử dụng một phép mô tả bậc một. Đồng DC Đồng chuyển bộ Chỉ mục bộ mạch II. NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH. Thấp Mức Cao Rất cao Mật độ công suất Giữa Hoạt động của động cơ một chiều không chổi quét <90 90-95 95- <90 như sau: Cuộn dây phần ứng stator gồm ba cuộn là A, B Hiệu suất cực đại (%) 97 và C, lệch nhau trong không gian là 1200 và nối hình sao. 80-87 90-92 85- 78-86 Động cơ gồm hai phần: phần quay gọi là rotor và phần Hiệu suất tải (%) 97 đứng yên là stator. C ảm biến vị trí có dạng hình tròn Đơn Phức Khó Phức Khả năng điều khiển khuyết đặt trên cùng một trục với rotor động cơ là phần tử giản tạp tạp tín hiệu TH của cảm biến vị trí. Cảm biến vị trí ở Stator có Trung Tốt Xuất Tốt Độ tin cậy các phần tử cảm ứng CA, CB, CC ứng với vị trí các pha A, bình sắc B, C của động cơ. Dưới tác động của phần tử tín hiệu Xấu Xấu Tốt Tốt Sự tiêu tán nhiệt TH, các phần tử cảm ứng tạo ra tín hiệu điều khiển để đưa To, TB, Nhỏ, Nhỏ, vào bộ chuyển đổi. Trong quá trình hoạt động, tại một thời Kích thước & Khối lượng Nặng TB nhẹ nhẹ điểm chỉ có hai cuộn dây pha được cấp điện, cuộn dây thứ ba không được cấp điện, và việc chuyển mạch dòng điện từ cuộn dây này sang cuộn dây khác sẽ tạo ra từ trường quay và làm cho rotor quay theo.
3. Như vậy, thứ tự chuyển mạch dòng điện giữa các cuộn dây pha phải căn cứ vào chiều quay của rotor. Thời điểm chuyển mạch dòng điện từ pha này sang pha khác được xác định sao cho mômen đạt giá trị lớn nhất và mô men đập mạch do quá trình chuyển mạch dòng điện là nhỏ nhất. Ta có mômen được xác định bằng biểu thức: Te= (eaia+ebib+ecic) (2.1) Trong đó: ea, eb, ec: Sức điện động cảm ứng của pha A, B, C (V). ia, ib, ic: Dòng điện các pha A, B, C (A). Để đạt được yêu cầu trên, ta mong muốn cấp điện cho cuộn dây vào thời điểm sao cho dòng điện trùng pha với sức điện động cảm ứng và dòng điện cũng được điều chỉnh để đạt biên độ không đổi trong khoảng có độ rộng 1200 điện. Nếu không trùng pha với sức điện động thì dòng điện cũng sẽ có giá trị lớn và gây thêm tổn hao trên stator. Hình 2.2 Trình tự và thời điểm chuyển mạch dòng điện. Quan sát hình trên ta thấy, thời điểm chuyển mạch dòng điện là thời điểm mà một trong ba tín hiệu cảm biến Hall thay đổi mức logic. Cũng từ hình trên thấy rằng trong một chu kỳ điện có sáu sự chuyển mức logic của ba cảm biến Hall. Do đó trình tự chuyển mạch này gọi là trình tự Hình 2.1 Sự trùng pha giữa sức điện động cảm ứng và chuyển mạch sáu bước. dòng điện. Do có mối liên hệ giữa sức điện động cảm ứng pha Bảng 2.1: Thứ tự chuyển mạch các khóa [1]. và vị trí của rotor như mô tả ở phần trên nên việc xác định Các sensor Dòng pha thời điểm cấp điện cho các cuộn dây còn có thể thực hiện Chu kỳ Thứ Các khóa đóng cắt tự đóng được bằng việc xác định vị trí của rotor nhờ các cảm biến H1 H2 H3 A B C vị trí. 0o – 60o 0 1 0 0 Q1 Q4 + - 0 Động cơ BLDC có ba cảm biến Hall được đặt trên 60o – 120o 1 1 1 0 Q1 Q6 + 0 - stator. Khi các cực của nam châm trên rotor chuyển động đến vị trí cảm biến Hall thì đầu ra của cảm biến có mức 120o – 180o 2 0 1 0 Q3 Q6 0 + - logic cao hoặc thấp, tuỳ thuộc vào cực nam châm là N hay S. Dựa vào tổ hợp các tín hiệu logic của ba cảm biến để xác 180o – 240o 3 0 1 1 Q3 Q2 - + 0 định trình tự và thời điểm chuyển mạch dòng điện giữa các o o cuộn dây pha stator. Thông thường có hai cách bố trí ba 240 – 300 4 0 0 1 Q5 Q2 - 0 + 0 cảm biến Hall trên stator là bố trí lệch nhau 60 hoặc 300o – 360o 5 1 0 1 Q5 Q4 0 - + 1200 trong không gian. Mỗi cách bố trí đó sẽ tạo ra các tổ hợp tín hiệu logic khác nhau khi rotor quay. Có thể thấy rằng việc thực thi động cơ BLDC có thể phát triển tương tự như động cơ đồng bộ ba pha. Khi rotor của nó đính kèm với nam châm vĩnh cửu, một số đặc tính động học sẽ khác đi [7]. Sự rò rỉ từ thông của rotor là phụ thuộc vào nam châm. Do đó sự bão hòa của dòng rò từ thông là điển hình cho loại động cơ này. Như nhiều kiểu
4. động cơ ba pha khác, cấu trúc cơ bản của động cơ BLDC được cấp điện bởi nguồn ba pha được thể hiện ở hình 2.3 Feedback speed sau: Ha, Hall sensor Hb, Hc nm T + Hysteresis e - iref + Three-phase BLDC PI Current n inverter motor ref Controller - im Feedback current Hình 3.1: Hệ thống điều khiển vòng đôi cho động cơ Hình 2.3: Sơ đồ tương đương của mạch nguồn và động BLDC. cơ BLDC. Mô hình điều khiển trên là rất đơn giản và dễ thực III. KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ hiện, bằng giải thuật điều khiển dòng trễ đã nêu ở phần BLDC ĐỀ XUẤT. trước, băng thông dòng điện được thêm vào dòng điện tham chiếu, tín hiệu đóng cắt các thiết bị chuyển mạch sẽ Trong nhiều ứng dụng như rô bốt hay hệ thống tự được tạo ra khi dòng điện đo được vượt quá giá trị biên của động sãn xuất, việc yêu cầu điều khiển chính xác của tốc băng thông này, do đó dòng điện đo được sẽ bám theo giá độ và vị trí là cần thiết. Hệ thống điều khiển tốc độ cho trị tham chiếu. phép dễ dàng thiết lập và điều chỉnh tốc độ của động cơ. Hệ thống điều khiển như vậy thường bao gồm hệ thống hồi tiếp tốc độ, một motor, một bộ nghịch lưu, mộ bộ điều khiển và thiết bị thiết lập tốc độ. Một bộ điều khiển hồi tiếp thích hợp làm hệ thống ít nhạy với các nhiễu loạn về điện cũng như sự thay đổi của các thông số động cơ [3]. Mục tiêu của bộ điều khiển tốc độ là điều khiển mô tơ chạy theo tốc độ yêu cầu. Hệ thống điều khiển vòng kín sẽ cho đáp ứng nhanh hơn, nhưng cũng sẽ đắt hơn do thêm vào hệ thống hồi tiếp (các cảm biến), bộ điều khiển tốc độ sẽ tính toán được sai lệch tốc độ tham chiếu và tốc độ đo được, sau đó cung cấp cho bộ điều khiển PI. Các bộ điều khiển PI được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển chuyển động ngày nay, nó làm tối thiểu hóa sai số tốc độ. Công việc của chúng ta là thiết lập các thông số P, I cho bộ điều khiển này, mà các phương pháp thiết lập bằng tay sẽ không có hiệu quả khi các vòng lặp mang lại đáp ứng chậm đến nhiều phút, chính vì lý do đó chúng ta sẽ có các phương pháp điều khiển khác. Hình 3.2: Tín hiệu so sánh của bộ điều khiển dòng trễ. Bài báo này sử dụng một bộ điều khiển gồm một vòng hồi tiếp tốc độ và một vòng hồi tiếp dòng điện theo sơ Với phương pháp điều khiển dòng trễ như trên, mục đồ sau đây: tiêu là giảm gợn sóng của mô men ngõ ra. IV. TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Hiệu suất của động cơ BLDC có thể được khảo sát thông qua mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink. Mô phỏng sẽ được thực hiện trong các trường hợp là: Bộ điều khiển vòng kín không có vòng điều khiển dòng trễ với tốc độ cố định.
5. Bộ điều khiển vòng kín không có vòng điều khiển dòng trễ với tốc độ thay đổi. Bộ điều khiển vòng kín có vòng điều khiển dòng trễ với tốc độ cố định. Bộ điều khiển vòng kín có vòng điều khiển dòng trễ với tốc độ thay đổi. Với mục tiêu là mô phỏng hệ thống động cơ BLCD và bộ điều khiển được đề xuất để đánh giá độ gợn mô men và đáp ứng của hệ thống điều khiển ở trạng thái xác lập và trạng thái quá độ khi tải thay đổi. Ta có thể bỏ qua phần Hình 4.2: Điện áp ngõ vào và điện áp dây ngõ ra chỉnh lưu AC/DC vì bộ chuyển đổi này không tác động nhiều đến giải thuật điều khiển, coi ngõ vào là nguồn DC, được mô phỏng bằng khối nguồn AC có điều khiển. Thời gian mô phỏng cho các mô hình được thực hiện trong 1 giây. Lưu ý là đối với các trường hợp tốc độ không đổi, mô men tải có hai lần thay đổi, một là từ không tải sang có tải tại thời điểm 0.2 giây và hai là từ có tải sang không tải tại thời điểm 0.4s. Các thông số mô phỏng có thể tham khảo ở phần phụ lục. Trường hợp 1: Không có vòng điều khiển dòng trễ - Hình 4.3: Dòng điện pha (hình trên) và suất điện động tốc độ cố định. EMF ngược (hình dưới) của pha a. Hình 4.1: Mô hình sử dụng trong trường hợp 1. Hình 4.4: Tốc độ (hình trên) và Mô men (hình dưới) của BLDC. Các trường hợp mô phỏng sẽ chọn thời gian lấy mẫu là Ts = 0.5 μs. Mô hình được mô phỏng theo sơ đồ nguyên Sau khi đã có các kết quả mô phỏng ở trên, ta chọn lý ở hình 4.1. Đây là điều khiển vòng đơn hồi tiếp tốc độ, ta lọc hai giá trị cần so sánh giữa bốn trường hợp đó là mô thấy tín hiệu tốc độ ngõ ra của động cơ BLDC (Động cơ men tải và dòng điện pha. Phóng lớn các kết quả mô phỏng đồng bộ nam châm vĩnh cữu) sẽ được hồi tiếp về và so theo biên độ (trục y) để khão sát và phân tích dao động mô sánh với tốc độ đặt (khối constant) 1500 vòng trên phút, men (torque ripple) và dao động của dòng diện pha (current sau đó qua bộ hiệu chỉnh tốc độ PI, sai số về tốc độ sẽ được ripple) quanh giá trị trung bình của chính nó. hiệu chỉnh về giá trị không, ngõ ra khối PI là dòng điện cần cung cấp cho động cơ BLDC, dòng điện này được cung cấp cho động cơ thông qua khối nguồn áp thay đổi được lấy tín hiệu từ bên ngoài. Mặt khác, các tín hiệu xung kích điều khiển BLDC được lấy từ khối tạo xung kích Gates, khối này có nhiệm vụ tạo xung kích theo thứ tự đóng mở pha có được từ khối giải mã. Khối giải mã Decoder thực hiện việc giải mã các tín hiệu vị trí từ cảm biến Hall trong động cơ BLDC thành thứ tự đóng mở các pha.
6. Hình 4.7: Điện áp ngõ vào và điện áp dây ngõ ra. Hình 4.5: Mô men tải (hình trên) và dòng điện Stator (hình dưới) được phóng lớn trường hợp 1. Ta có thể quan sát thấy điện áp ngõ ra và ngõ vào sẽ thay đổi theo khi tốc độ thay đổi tương ứng, việc tăng điện Trường hợp 2: Không có vòng điều khiển dòng trễ - áp đặt vào stator này sẽ tăng dòng điện bơm vào động cơ, tốc độ thay đổi. từ đó tốc độ động cơ sẽ thay đổi. Hình 4.5: Mô hình sử dụng trong trường hợp 2. Hình 4.8: Dòng điện pha (hình trên) và suất điện động EMF Trường hợp này tương tự trường hợp 1, nhưng tốc ngược (hình dưới) của pha a. độ tham chiếu sẽ được thay đổi, hình sau diễn tả đáp ứng tốc độ của hệ thống đối với thay đổi bước của tốc độ: Hình 4.9: Tốc độ (hình trên) và Mô men (hình dưới) của BLDC. Hình 4.6: Đáp ứng tốc độ của vòng điều khiển đơn. Sau khi đã có các kết quả mô phỏng, ta chọn lọc hai Ta có thể thấy khối đặt tốc độ tạo sự thay đổi tốc độ giá trị cần so sánh là mô men tải và dòng điện pha. Phóng theo thời gian, tốc độ thay đổi từ 500 (rpm) lúc ban đầu, lớn các kết quả mô phỏng theo biên độ (trục y) để khão sát sau đó tăng lên 1500 tại t = 0.2s, tăng đến 1800 tại t = 0.4s và phân tích dao động mô men (torque ripple) và dao động rồi giảm tốc xuống lại 1500 tại t = 0.8s, thời gian đáp ứng của dòng diện pha (current ripple) quanh giá trị trung bình của hệ thống là khá tốt. của chính nó.
7. Hình 4.13: Tốc độ (hình trên) và Mô men (hình dưới) của Hình 4.10: Mô men tải (hình trên) và dòng điện Stator (hình BLDC. dưới) được phóng lớn trường hợp 2. Từ các kết quả mô phỏng ở trên, ta chọn lọc hai giá trị cần so sánh giữa bốn trường hợp đó là mô mên tải và Trường hợp 3: Có vòng điều khiển dòng trễ - tốc độ dòng điện pha. Phóng lớn các kết quả mô phỏng theo biên cố định. độ (trục y) để khão sát và phân tích dao động mô men (torque ripple) và dao động của dòng diện pha (current ripple) quanh giá trị trung bình của chính nó. Hình 4.11: Mô hình sử dụng trong trường hợp 3. Đối với các bộ điều khiển vòng đơn, sự dao động của mô men động cơ và dòng điện pha sẽ có giá trị rất lớn Hình 4.14: Mô men tải (hình trên) và dòng điện Stator (hình khi mô men tải và tốc độ ngõ vào thay đổi, đây là điều này dưới) được phóng lớn trường hợp 3. ảnh hưởng lớn đến chất lượng của cả hệ thống điều khiển và tuổi thọ của động cơ BLDC, như đã đề cập ở phần trên. Vì vậy, hệ thống điều khiển vòng đôi khắc phục được các Trường hợp 4: Có vòng điều khiển dòng trễ - tốc độ nhược điểm trên bằng cách thêm vào bộ điều khiển dòng thay đổi. trễ kết hợp với bộ điều khiển PI ở vòng điều khiển nội thứ 2, như biễu diễn trong sơ đồ nguyên lý của hình 3.1, sẽ đem lại kết quả tốt hơn trong việc loại trừ dao động mô men tải và dòng điện pha. Hình 4.15: Mô hình sử dụng trong trường hợp 4. Trường hợp này tương tự trường hợp 3, nhưng tốc Hình 4.12: Dòng điện pha (hình trên) và suất điện động EMF độ đầu vào sẽ thay đổi, đáp ứng tốc độ được thực hiện và ngược (hình dưới) của pha a. kiểm tra như sau:
8. chậm do bộ giới hạn tốc độ thay đổi dòng điện trong bộ điều khiển. Hình 4.16: Đáp ứng tốc độ của vòng điều khiển đôi. Giống như ở trường hợp 2, khối đặt tốc độ tạo sự thay đổi tốc độ theo thời gian, tốc độ thay đổi từ 500 (rpm) Hình 4.19: Tốc độ (hình trên) và Mô men (hình dưới) của lúc ban đầu, sau đó tăng lên 1500 tại t = 0.2s, tăng đến BLDC. 1800 tại t = 0.4s rồi giảm tốc xuống lại 1500 tại t = 0.8s, thời gian đáp ứng của hệ thống là tốt hơn so với trường hợp Với vòng điều khiển đơn tốc độ, hệ thống rất nhạy vòng điều khiển đơn. cảm với sự thay đổi tốc độ tham chiếu và cả của tải ngõ Ta xét đến trường hợp đão chiều để khão sát sự đáp vào của động cơ (tăng từ 0 đến 1 N.m2 ở thời điểm 0.2 s), ứng tốc độ của động cơ BLDC, khi tốc độ thay đổi từ 1000 bằng việc quan sát dạng sóng mô men động cơ từ mô rpm đến -1000 rpm. phỏng, ta có thể thấy các gai nhọn mỗi khi tốc độ thay đổi, biên độ của gai nhọn này gần gấp 4 lần biên độ đỉnh của mô men ở trạng thái ổn định, nó có thể gây hư ổ trục động cơ nếu trong thực tế tải ngõ vào và tốc độ động cơ thay đổi liên tục. Trong khi đó, mô men động cơ trong trường hợp áp dụng bộ điều khiển dòng trễ sẽ cho mang lại sự ổn định hơn của hệ thống điều khiển với sự thay đổi của mô men tải và tốc độ tham chiếu. Sau khi đã có các kết quả mô phỏng ở trên, ta chọn lọc hai giá trị cần so sánh giữa bốn trường hợp đó là mô mên tải và dòng điện pha. Phóng lớn các kết quả mô phỏng Hình 4.17: Đáp ứng tốc độ của vòng điều khiển đôi khi theo biên độ (trục y) để khão sát và phân tích dao động mô đão chiều. men (torque ripple) và dao động của dòng diện pha (current ripple) quanh giá trị trung bình của chính nó. Hình 4.18: Dòng điện pha (hình trên) và suất điện động EMF ngược (hình dưới) của pha a. Có thể thấy dạng sóng của dòng điện và suất điện động EMF có dạng hình thang theo tín hiệu điều khiển. Các giá trị này dao động theo sự thay đổi của tốc độ tham chiếu. Do có tải tại thời điểm t = 0.2s, giá trị dòng điện tăng vọt lên từ 5-10 lần giá trị ổn định rồi mau chóng về lại giá trịn Hình 4.20: Mô men tải (hình trên) và dòng điện Stator (hình ổn định của nó. Riêng trường hợp thứ 4, điện áp thay đổi dưới) được phóng lớn trường hợp.
9. Qua các kết quả mô phỏng có thể được quan sát ở [6] José Carlos Gamazo - Real, Ernesto Vázquez - hình trên, thông qua một bộ điều khiển dòng trễ hiệu quả Sánchez and Jaime Gómez, Position and Speed Control of được thêm vào vòng điều khiển, gợn sóng của mô men Brushless DC Motors Using Sensorless Techniques and động cơ giảm đáng kể, mang lại chất lượng điều khiển tốt Application Trends,– Gil . In July-19-2010. hơn, kết quả giảm gợn mô men động cơ và dòng điện pha a [7] Chang-liang Xia- Permanent Magnet Brushless DC của stator sẽ được tính toán và thể hiện ở bảng sau đây: Motor Drives And Controls, John Wiley & Sons Singapore Pte. Ltd., 2012. [8] Nguyễn Tấn Đức - Điều khiển vận tốc động cơ DC Bảng 4.1: Các kết quả tính toán dao động mô men tải. không chổi quét (BLDC), luận văn thạc sỹ. [9] Huỳnh Thanh Tuấn, Mô phỏng hệ thống điều khiển Giá trị gợn sóng mô men tải động cơ BLDC, luận văn thạc sỹ. Dòng pha stator Mô men (Isa) (Te) Không có bộ điều khiển 12.64 % 65.11 % dòng trễ Có bộ điều khiển dòng trễ 6.36 % 11.32 % KẾT LUẬN Hệ thống điều khiển BLDC với chi phí thấp và đơn giản cho thực nghiệm với chỉ thêm vào một cảm biến dòng và kết hợp giữa bộ điều khiển dòng trễ và bộ điều khiển PI được so sánh với bộ điều khiển thông thường đã tối thiểu được độ dao động mô men tải của BLDC. Dòng điện pha có thể được xem như một biến ngõ vào nếu giả sử rằng dòng điện này có thể được điều khiển tức thì và chính xác (không tổn hao và trễ do cảm biến dòng). Các kết quả mô phỏng bắt nguồn từ đặc tính của động cơ BLDC đã chứng minh hiệu quả của bộ điều khiển. Khi đó, dạng sóng của dòng pha mô tơ và mô men, đều được biên dạng (pre-shaped) thích hợp, do đó mô men tạo ra bằng với mô men yêu cầu. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] R. Krishnan - Permanent Magnet Synchronous and Brushless DC Motor Drives, CRC Press, 2010. [2] Padmaraja Yedamale - Brushless DC Motor Control Using PIC18FXX31 MCUs, Microchip Technology Inc. In Jan -8 -2004. [3] Padmaraja Yedamale - Brushless DC (BLDC) Motor Fundamentals, Microchip Technology Inc. In Jul- 28-2003. [4] Ward Brown - Brushless DC Motor Control Made Easy, Microchip Technology Inc. 2002. [5] J. E. Muralidhar - Torque Ripple Minimization & Closed Loop Speed Control of BLDC Motor with Hysteresis Current Controller, International Conference on Devices, Circuits and Systems (ICDCS).
10. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.