›
›

Nghiên cứu tổng quan về hệ truyền động xoay chiều ba pha đi sâu xây dựng bộ ước lượng tốc độ động cơ phục vụ điều khiển Sensor Less

pdf 77 trang phuongnguyen 6070
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Nghiên cứu tổng quan về hệ truyền động xoay chiều ba pha đi sâu xây dựng bộ ước lượng tốc độ động cơ phục vụ điều khiển Sensor Less", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfnghien_cuu_tong_quan_ve_he_truyen_dong_xoay_chieu_ba_pha_di.pdf

Nội dung text: Nghiên cứu tổng quan về hệ truyền động xoay chiều ba pha đi sâu xây dựng bộ ước lượng tốc độ động cơ phục vụ điều khiển Sensor Less

  1. Bộ GIáO DụC ĐàO TạO TRƯờNG ĐạI HọC DÂN LậP HảI PHòNG Nghiên cứu tổng quan về hệ truyền động xoay chiều ba pha đi sâu xây dựng bộ •ớc l•ợng tốc độ động cơ phục vụ điều khiển sensor less Đồ áN TốT NGHIệP ĐạI HọC Hệ CHíNH QUY Ngành : điện công nghiệp Sinh viên thực hiện: L•ơng Văn Yên GVHD: Th.S Phạm Tâm Thành HảI phòng – 2009 1
  2. mục lục Lời nói đầu 1 Ch•ơng 1. Tổng quan hệ thống điều khiển động cơ không đồng bộ. 4 1.1. Các ph•ơng pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 4 1.1.1. Điều khiển điện áp stator. 5 1.1.2. Điều khiển điện trở rotor 5 1.1.3. Điều chỉnh công suất tr•ợt. 5 1.1.4. Điều khiển tần số nguồn cấp stator. 6 1.2. Điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ 8 2
  3. Ch•ơng 2. Tổng hợp hệ thống điều khiển vectơ. 11 2.1. Mô tả toán học động cơ không đồng bộ ba pha 11 2.2. Phép biến đổi tuyến tính không gian vectơ 13 2.3. Hệ ph•ơng trình cơ bản của động cơ trong không gian vectơ 16 2.3.1. Ph•ơng trình trạng thái tính trên hệ toạ độ cố định 18 2.3.2. Ph•ơng trình trạng thái trên hệ toạ độ tựa theo từ thông rôto dq: 22 2.4. Cấu trúc hệ thống điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ . 26 2.5. Các ph•ơng pháp điều khiển vectơ 28 2.5.1. Điều khiển vectơ gián tiếp 30 2.5.2. Điều khiển vectơ trực tiếp theo từ thông rôto 30 2.6. Tổng hợp các bộ điều chỉnh 36 2.6.1. Tổng hợp hệ theo hàm chuẩn: 36 2.6.2. Tuyến tính hoá mô hình động cơ 38 2.6.3. Tổng hợp Risq và R 39 2.6.4. Tổng hợp Risd: 42 2.7. Bộ quan sát từ thông 43 3
  4. Ch•ơng 3 . Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ không dùng cảm biến tốc độ 52 3.1. Sơ đồ hệ thống điều khiển vectơ không dùng cảm biến tốc độ 52 3.2. Đánh giá ổn định của khâu tính toán tốc độ 57 Ch•ơng 4. Mô phỏng đánh giá chất l•ợng 59 4.1. Tính toán các thông số động cơ. 59 4.2. Các b•ớc tiến hành mô phỏng 61 Kết luận 71 tài liệu tham khảo 73 4
  5. Lời nói đầu Động cơ không đồng bộ ngày nay đ•ợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thay cho các động cơ khác vì nó có nhiều •u điểm nh• khởi động đơn giản, vận hành tin cậy, rẻ tiền và kích th•ớc gọn nhẹ. Nh•ợc điểm của nó là đặc tính cơ phi tuyến mạnh nên tr•ớc đây, với các ph•ơng pháp điều khiển còn đơn giản, loại động cơ này phải nh•ờng chỗ cho động cơ điện một chiều. Nh•ng với việc phát triển của các lý thuyết điều khiển, truyền động cộng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật nh• kỹ thuật vi xử lý, điện tử công suất nên đã hạn chế đ•ợc nh•ợc điểm trên, đ•a động cơ không đồng bộ trở thành phổ biến. Tr•ớc đây th•ờng điều khiển động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp. Đây là một ph•ơng pháp đơn giản nh•ng chất l•ợng điều chỉnh kể cả tĩnh lẫn động đều không cao. Để điều khiển đ•ợc chính xác và hiệu quả phải nói đến ph•ơng pháp thay đổi tần số điện áp nguồn cung cấp. Do tốc độ động cơ không đồng bộ xấp xỉ tốc độ đồng bộ nên động cơ làm việc với độ tr•ợt nhỏ và tổn hao công suất tr•ợt trong mạch rôto nhỏ. Tuy nhiên ph•ơng pháp này còn phức tạp và đắt tiền. Thiết bị dùng để biến đổi tần số là các bộ nghịch l•u, có thể là nghịch l•u trực tiếp hoặc gián tiếp. Ta có thể sử dụng bộ biến tần là một thiết bị tích hợp cả chỉnh l•u, nghịch l•u lẫn điều khiển. Luật điều khiển trong mỗi biến tần tuỳ thuộc vào nhà sản xuất. Hiện nay để điều khiển động cơ đã có nhiều biến tần bán sẵn trên thị tr•ờng, ít khi còn phải thiết kế theo ph•ơng pháp kinh điển nữa. Các nhà sản xuất lựa chọn biến tần nhiều hơn bảng điều khiển sao - tam giác hoặc điện trở phụ hoặc các thiết bị điều khiển khác vì nó gọn nhẹ, điều khiển chính xác, tin cậy, đáp ứng đ•ợc nhu cầu tự động hoá và từng b•ớc hiện đại hoá xí nghiệp của họ. Biến tần đơn giản th•ờng điều khiển tốc độ theo luật U/f để đảm bảo động cơ sinh mômen tốt nh•ng cho các hệ truyền động yêu cầu cao hơn thì có biến tần điều khiển theo vectơ. Tuy hiện nay các loại biến tần đã đ•ợc bày bán và sử dụng rộng rãi trên thị tr•ờng của các hãng Toshiba, Omron, Siemens với nhiều ph•ơng pháp điều khiển khác nhau nh• : theo luật U/f không đổi, điều khiển từ thông không đổi, điều khiển vectơ nh•ng việc tìm hiểu để chọn ra một ph•ơng pháp thích hợp hoặc nghiên cứu tìm ra một ph•ơng pháp điều khiển mới sao cho tối •u về 5
  6. giá thành, độ chính xác, độ tin cậy thì vẫn còn những tranh luận vì mỗi loại đều có •u nh•ợc khác nhau. Ví dụ ph•ơng pháp dòng từ thông không đổi có thể làm giảm công suất tiêu thụ. Ph•ơng pháp Speed Sensorless Vector đ•a ra việc điều khiển từ thông đ•ợc tốt nhất và mômen lớn hơn. Do đó đồ án này chỉ xin góp phần làm rõ về ph•ơng pháp điều khiển vectơ không dùng cảm biến tốc độ, chỉ ra và chứng minh đ•ợc •u điểm của nó trong vấn đề điều khiển động cơ. Quan sát một biến tần ta thấy trên màn hiển thị th•ờng có các khả năng hiển thị tốc độ quay của trục, tần số nguồn cấp, thời gian tăng tốc, thời gian giảm tốc, theo dõi các tham số của động cơ như điện trở stato, điện trở rôto trong khi ta nhận thấy không có cảm biến tốc độ đ•a về. Điều này đ•ợc thực hiện chính là nhờ các khối tính toán ghép trong phần điều khiển của biến tần. Vậy các khối đó hoạt động nh• thế nào và theo công thức gì. Đó cũng là mục đích nghiên cứu của đồ án. ở hệ thống truyền động động cơ không đồng bộ kinh điển th•ờng có một mạch vòng điều chỉnh tốc độ với tín hiệu phản hồi tốc độ thông th•ờng nhận đ•ợc từ cảm biến tốc độ gắn trên trục động cơ. Tuy nhiên cảm biến tốc độ quay có một số nh•ợc điểm: nó làm cho hệ thống truyền động điện không đồng nhất do phải lắp thêm trên trục động cơ một máy phát tốc độ hay một cảm biến số. Trong nhiều tr•ờng hợp không thể lắp đ•ợc cảm biến tốc độ trên trục động cơ, ví dụ nh• ở hệ thống truyền động điện cao tốc, ở hệ thống truyền động điện ôtô hay khi động cơ làm việc ở môi tr•ờng khắc nghiệt. Hơn nữa khi động cơ ở xa trung tâm nhiễu gây ra do truyền dẫn tín hiệu từ máy phát tốc về tủ điều khiển là vấn đề phức tạp cho việc nâng cao điều khiển. Vấn đề nghiên cứu hệ thống điều khiển động cơ không đồng bộ không dùng cảm biến tốc độ có ý nghĩa quan trọng và mang tính thực tiễn cao. Hệ thống này cho phép sử dụng có hiệu quả động cơ không đồng bộ trong các hệ thống truyền động điện các máy công nghiệp, góp phần giảm độ phức tạp, giảm giá thành bảo d•ỡng và chi phí vận hành hệ thống truyền động điện, giải quyết những vấn đề không thể khắc phục của động cơ một chiều nh• mức độ h• hỏng cũng nh• chi phí bảo d•ỡng vận hành cao. Đề tài nhằm nghiên cứu giải quyết những vấn đề trên. Nội dung bản đồ án bao gồm bốn ch•ơng chính. Nội dung mỗi ch•ơng đ•ợc trình bày nh• sau: 6
  7. Ch•ơng 1: Nêu sơ l•ợc những ph•ơng pháp điều khiển động cơ không đồng bộ trong đó nhấn mạnh đến ph•ơng pháp điều khiển vectơ, những •u nh•ợc điểm và tính thực tiễn của nó. Ch•ơng 2: Dựa trên những kiến thức về vectơ không gian, xây dựng hệ ph•ơng trình mô tả động học động cơ không đồng bộ. Tổng quan các ph•ơng pháp điều khiển vectơ: trực tiếp, gián tiếp và những sơ đồ điều khiển của từng ph•ơng pháp. Giải quyết vấn đề tính từ thông rôto phục vụ cho việc điều khiển vectơ trực tiếp. Ch•ơng 3: Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ không dùng cảm biến tốc độ. Xây dựng bộ tính toán tốc độ thay cho máy phát tốc độ và kiểm nghiệm sự làm việc ổn định của khâu này. Ch•ơng 4: Trình bày một số kết quả mô phỏng chứng minh tính đúng đắn của các công việc đã làm: việc tổng hợp các bộ điều chỉnh dòng điện, tốc độ, các bộ tính toán từ thông, bộ tính toán tốc độ. Mô phỏng việc phản hồi tốc độ bằng khâu tính toán, không dùng cảm biến tốc độ. Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã đ•ợc sự h•ớng dẫn trực tiếp tận tình của thầy giáo Th.S Phạm Tâm Thành cùng các thầy, cô giáo trong khoa Điện-Điện tử tr•ờng Đại học Dân Lập Hải Phòng đã giúp em hoàn thành bản đồ án này đúng thời gian quy đinh. Do trình độ bản thân còn nhiều hạn chế, thời gian hạn hẹp nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy em rất mong nhận đ•ợc những đóng góp của các thầy cô, các bạn bè và những ai quan tâm đến lĩnh vực này để cho đề tài đ•ợc hoàn thiện hơn nữa. Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày 6 tháng 7 năm 2009 Sinh viên thực hiện L•ơng Văn Yên 7
  8. Ch•ơng 1. Tổng quan hệ thống điều khiển động cơ không đồng bộ. 1.1. Các ph•ơng pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ' 2 R 2 3U1 M s Từ ph•ơng trình mômen của động cơ : 2 ta có R ' R 2 X2 1 1 s nm thể dựa vào đó để điều khiển mômen bằng cách thay đổi các thông số nh• điện áp cung cấp, điện trở phụ, tốc độ tr•ợt và tần số nguồn. Tới nay đã có các ph•ơng pháp điều khiển chủ yếu sau: Tổn thất Kinh tế Stat ~ o = Điều chỉnh tần số nguồn cấp stato Điều chỉnh = điện áp stator ~ Điều chỉnh Điều chỉnh bằng ph•ơng công suất tr•ợt Rôt pháp xung điện trở rôto Pcơ o P K P CL N s s L 8
  9. 1.1.1. Điều khiển điện áp stator. Do mômen động cơ không đồng bộ tỷ lệ với bình ph•ơng điện áp stato,do đó có thể điều chỉnh đ•ợc mômen và tốc độ không đồng bộ bằng cách điều chỉnh điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số. Đây là ph•ơng pháp đơn giản nhất, chỉ sử dụng một bộ biến đổi điện năng (biến áp, tiristor) để điều chỉnh điện áp đặt vào các cuộn stator. Ph•ơng pháp này kinh tế nh•ng họ đặc tính cơ thu đ•ợc không tốt, thích hợp với phụ tải máy bơm, quạt gió. 1.1.2. Điều khiển điện trở rotor Sử dụng trong cơ cấu dịch chuyển cầu trục, quạt gió, bơm n•ớc: bằng việc điều khiển tiếp điểm hoặc tiristor làm ngắn mạch/hở mạch điện trở phụ của rotor ta điều khiển đ•ợc tốc độ động cơ. Ph•ơng pháp này có •u điểm mạch điện an toàn, giá thành rẻ. Nh•ợc điểm: đặc tính điều chỉnh không tốt, hiệu suất thấp, vùng điều chỉnh không rộng. 1.1.3. Điều chỉnh công suất tr•ợt. Trong các tr•ờng hợp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách làm mềm đặc tính và để nguyên tốc độ không tải lý t•ởng thì công suất tr•ợt Ps=sPđt đ•ợc tiêu tán trên điện trở mạch rôto. ở các hệ thống truyền động điện công suất lớn, tổn hao này là đáng kể. Vì thế để vừa điều chỉnh đ•ợc tốc độ truyền động, vừa tận dụng đ•ợc công suất tr•ợt ng•ời ta sử dụng các sơ đồ công suất tr•ợt (sơ đồ nối tầng/ nối cấp). P1=Pcơ +Ps =P1(1-s) +sP1=const. Nếu lấy Ps trả lại l•ới thì tiết kiệm đ•ợc năng l•ợng. Khi điều chỉnh với 1(s<0): điều chỉnh công suất tr•ợt trên đồng bộ (nhận năng l•ợng Ps vào) hay còn gọi là điều chỉnh nối cấp trên đồng bộ hoặc truyền động động cơ hai nguồn cung cấp. Nếu tái sử dụng năng l•ợng Ps để tạo Pcơ : đ•ợc gọi là truyền động nối cấp cơ. Ph•ơng pháp này không có ý nghĩa nhiều vì khi giảm còn 1/3. 1 thì 9
  10. Ps =2/3.P1 tức là công suất động cơ một chiều dùng để tận dụng Ps phải gần bằng động cơ chính (xoay chiều), nếu không thì lại không nên điều chỉnh sâu xuống. Trong thực tế không sử dụng ph•ơng pháp này. 1.1.4. Điều khiển tần số nguồn cấp stator. Khi điều chỉnh tần số động cơ không đồng bộ th•ờng phải điều chỉnh cả điện áp, dòng điện hoặc từ thông trong mạch stato do trở kháng, từ thông, dòng điện của động cơ bị thay đổi. -Luật điều chỉnh tần số - điện áp: ở hệ thống điều khiển điện áp/ tần số, sức điên động stato động cơ đ•ợc điều chỉnh tỉ lệ với tần số đảm bảo duy trì từ thông khe hở không đổi. Động cơ có khả năng sinh mômen nh• nhau ở mọi tần số định mức. Có thể điều chỉnh tốc độ ở hai vùng: Vùng d•ới tốc độ cơ bản: giữ từ thông không đổi thông qua điều khiển tỷ số sức điện động khe hở/ tần số là hằng số. Vùng trên tốc độ cơ bản: giữ công suất động cơ không đổi, điện áp đ•ợc duy trì không đổi, từ thông động cơ giảm theo tốc độ. + Theo khả năng quá tải: Để đảm bảo một số chỉ tiêu điều chỉnh mà không làm động cơ bị quá dòng thì cần phải điều chỉnh cả điện áp. Đối với biến tần nguồn áp th•ờng có yêu cầu giữ cho khả năng quá tải về mômen là không đổi trong suốt dải điều (1+x/2) chỉnh tốc độ. Luật điều chỉnh là us = fs với x phụ thuộc tải. Khi x=0 (Mc=const, ví dụ cơ cấu nâng hàng) thì luật điều chỉnh là us/fs=const. + Điều chỉnh từ thông: Trong chế độ định mức, từ thông là định mức và mạch từ có công suất tối đa. Luật điều chỉnh tần số - điện áp là luật giữ gần đúng từ thông không đổi trên toàn dải điều chỉnh . Tuy nhiên từ thông động cơ , trên mỗi đặc tính, còn phụ thuộc rất nhiều vào độ tr•ợt s, tức là phụ thuộc mômen tải trên trục động cơ . Vì thế trong các hệ điều chỉnh yêu cầu chất l•ợng cao cần tìm cách bù từ thông. 10
  11. r 2 Do I s 1 (T1 r ) nên nếu muốn giữ từ thông r không đổi thì Lm dòng điện phải đ•ợc điều chỉnh theo tốc độ tr•ợt. Ph•ơng pháp này có nh•ợc điểm là mỗi động cơ phải cài đặt một sensor đo từ thông không thích hợp cho sản xuất đại trà và cơ cấu đo gắn trong đó bị ảnh h•ởng bởi nhiệt độ và nhiễu. Nếu điều chỉnh cả biên độ và pha của dòng điện thì có thể điều chỉnh đ•ợc từ thông rôto mà không cần cảm biến tốc độ. - Điều chỉnh tần số nguồn dòng điện. Ph•ơng pháp điều chỉnh này sử dụng biến tần nguồn dòng. Biến tần nguồn dòng có •u điểm là tăng đ•ợc công suất đơn vị máy, mạch lực đơn giản mà vẫn thực hiện hãm tái sinh động cơ . Nguồn điện một chiều cấp cho nghịch l•u phải là nguồn dòng điện, tức là dòng điện không phụ thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển . Để tạo nguồn điện một chiều th•ờng dùng chỉnh l•u điều khiển hoặc băm xung áp một chiều có bộ điều chỉnh dòng điện có cấu trúc tỷ lệ - tích phân (PI), mạch lọc là điện kháng tuyến tính có trị số điện cảm đủ lớn. + Điều chỉnh tần số - dòng điện. Việc điều chỉnh từ thông trong hệ thống biến tần nguồn dòng đ•ợc thực hiện t•ơng tự nh• hệ thống biến tần nguồn áp. + Điều chỉnh vectơ dòng điện. T•ơng tự nh• hệ thống biến tần nguồn áp ở hệ thống biến tần nguồn dòng cũng có thể thực hiện điều chỉnh từ thông bằng cách điều chỉnh vị trí vectơ dòng điện không gian. Điều khác biệt là trong hệ thống biến tần nguồn dòng thì dòng điện là liên tục và việc chuyển mạch của các van phụ thuộc lẫn nhau. - Điều khiển trực tiếp mômen Ra đời năm 1997, thực hiện đ•ợc đáp ứng nhanh. Vì r có quán tính cơ nên không biến đổi nhanh đ•ợc, do đó ta chú trọng thay đổi s không thay đổi r. Ph•ơng pháp này không điều khiển theo quá trình mà theo điểm làm việc. 11
  12. Nó khắc phục nh•ợc điểm của điều khiển định h•ớng tr•ờng vectơ rôto r cấu trúc phức tạp, đắt tiền, độ tin cậy thấp (hiện nay đã có vi mạch tích hợp cao, độ chính xác cao), việc đo dòng điện qua cảm biến gây chậm trễ, đáp ứng momen của hệ điều khiển vectơ chậm (cỡ 10 ms) và ảnh h•ởng của bão hoà mạch từ tới Rs lớn. Kết luận: Trong hệ thống truyền động điện điều khiển tần số, ph•ơng pháp điều khiển theo từ thông rôto có thể tạo ra cho động cơ các đặc tính tĩnh và động tốt. Các hệ thống điều khiển điện áp/ tần số và dòng điện/ tần số tr•ợt đã đ•ợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. 1.2. Điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ Một số hệ thống yêu cầu chất l•ợng điều chỉnh động cao thì các ph•ơng pháp điều khiển kinh điển khó đáp ứng đ•ợc. Hệ thống điều khiển định h•ớng theo từ tr•ờng còn gọi là điều khiển vectơ, có thể đáp ứng các yêu cầu điều chỉnh trong chế độ tĩnh và động. Nguyên lý điều khiển vectơ dựa trên ý t•ởng điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ t•ơng tự nh• điều khiển động cơ một chiều. Ph•ơng pháp này đáp ứng đ•ợc yêu cầu điều chỉnh của hệ thống trong quá trình quá độ cũng nh• chất l•ợng điều khiển tối •u mômen. Việc điều khiển vectơ dựa trên định h•ớng vectơ từ thông rôto có thể cho phép điều khiển tách rời hai thành phần dòng stator, từ đó có thể điều khiển độc lập từ thông và mômen động cơ. Kênh điều khiển mômen th•ờng gồm một mạch vòng điều chỉnh tốc độ và một mạch vòng điều chỉnh thành phần dòng điện sinh mômen. Kênh điều khiển từ thông th•ờng gồm một mạch vòng điều chỉnh dòng điện sinh từ thông. Do đó hệ thống truyền động điện động cơ không đồng bộ có thể tạo đ•ợc các đặc tính tĩnh và động cao, có thể so sánh đ•ợc với động cơ một chiều. Nguyên lý điều khiển vectơ: Dựa trên ý t•ởng điều khiển động cơ không đồng bộ t•ơng tự nh• điều khiển động cơ một chiều. Động cơ một chiều có thể điều khiển độc lập dòng 12
  13. điện kích từ và dòng phần ứng để đạt đ•ợc mômen tối •u theo công thức tính mômen : M=K I• = KIktI• Trong đó : Ikt, I• - dòng điện kích từ và dòng điện phần ứng. - từ thông động cơ . * I• Ikt I ds Mạch điều khiển và * ĐK U• CKT Iqs nghịch l•u ĐM Hình 1-1: Sự t•ơng tự giữa điều khiển động cơ một chiều và điều khiển vectơ T•ơng tự ở điều khiển động cơ không đồng bộ, nếu ta sử dụng công thức: M = Km rIqs = KmIdsIqs (khi chọn trục d trùng với chiều vectơ từ thông rôto) Thì có thể điều khiển M bằng cách điều chỉnh độc độc lập các thành phần dòng điện trên hai trục vuông góc của hệ tọa độ quay đồng bộ với vectơ từ thông rôto Lúc này vấn đề điều khiển động cơ không đồng bộ t•ơng tự điều khiển động cơ điện một chiều. ở đây thành phần dòng điện Ids đóng vai trò t•ơng tự nh• dòng điện kích từ động cơ một chiều (Ikt) và thành phần dòng Iqs t•ơng tự nh• dòng phần ứng động cơ một chiều (I•) . Các thành phần có thể tính đ•ợc nhờ sử dụng khái niệm vectơ không gian. Với ý t•ởng định nghĩa vectơ không gian dòng điện của động cơ đ•ợc mô tả ở hệ tọa độ quay với tốc độ s, các đại l•ợng dòng điện điện áp, từ thông sẽ là các đại l•ợng một chiều. 13
  14. d d r r Ids1 is2 is1 is2 Ids s2 s2 Ids2 is1 s1 s1 I I q qs1 qs2 Iqs q Hình 1-2:Điều khiển độc lập hai thành phần dòng điện: mômen và kích từ 14
  15. Ch•ơng 2 Tổng hợp hệ thống điều khiển vectơ. 2.1. Mô tả toán học động cơ không đồng bộ ba pha Đối với các hệ truyền động điện đã đ•ợc số hoá hoàn toàn, để điều khiển biến tần ng•ời ta sử dụng ph•ơng pháp điều chế vectơ không gian. Khâu điều khiển biến tần là khâu nghép nối quan trọng giữa thiết bị điều khiển/ điều chỉnh bằng số với khâu chấp hành. Nh• vậy cần mô tả động cơ thành các ph•ơng trình toán học. Quy •ớc : A,B,C chỉ thứ tự pha các cuộn dây rotor và a,b,c chỉ thứ tự pha các cuộn dây stator. Giả thiết : - Cuộn dây stato, roto đối xứng 3 pha, rôto v•ợt góc . - Tham số không đổi. - Mạch từ ch•a bão hoà. - Khe hở không khí đồng đều. - Nguồn ba pha cấp hình sin và đối xứng (lệch nhau góc 2 /3). U I R d k k k k dt Ph•ơng trình cân bằng điện áp của mỗi cuộn dây k nh• sau: Trong đó :k là thứ tự cuộn dây A,B,C rotor và a,b,c stator. : k là từ thông cuộn dây thứ k. k= Lkjij. Nếu i=k: tự cảm, j k: hỗ cảm. Ví dụ: a =L a ai a+L abi b+L aci c+L aAi A+L aBi B+L aCi C Vì ba pha đối xứng nên : 15
  16. Ra =Rb =Rc = Rs , RA =RB =RC =Rr L aa =L bb =L cc =L s1 , L AA =L BB =L CC =L r1 L ab =L ba =L bc =-M s , L AC =L BC =L AB =-M r L aA =L bB =L cC =L Aa = L Bb =L Cc =Mcos L aB =L bC =L cA =L Ba = L Cb =L Ac =Mcos( +2 /3) L aC =L bA =L cB =L Ca = L Ab =L Bc =Mcos( -2 /3) a b __ a __ A __ c b B s = r = = A C c B C i i u u _ a _ A _ a _ A i b iB ub uB is = i c , ir = iC , us = u c , ur = uC R 0 0 R 0 0 S r 0 RS 0 0 Rr 0 [R ] = [R ] = s 0 0 R S r 0 0 R r LS1 -MS -MS Lr1 -Mr -Mr [Ls] = -M S LS1 -MS [Lr] = -Mr Lr1 -Mr -MS -MS LS1 -Mr -Mr Lr1 cos cos( +2 /3) cos( -2 /3) [Lm( )]=M. cos( -2 /3) cos cos( +2 /3) cos( +2 /3) cos( -2 /3) cos s [LS] [Lm( )] is = t x i r [Lm( )] [Lr] r 16
  17. d d RS LS Lm( ) us dt dt is = x d d u t i r Lm( ) Rr Lr r dt dt d M i t {L ( )i } s d m r Các hệ ph•ơng trình trên là các hệ ph•ơng trình vi phân phi tuyến có hệ số biến thiên theo thời gian vì góc quay phụ thuộc thời gian: = 0+ (t)dt Kết luận : Nếu mô tả toán học nh• trên thì rât phức tạp nên cần phải đơn giản bớt đi. Tới năm 1959 Kôvacs(Liên Xô) đề xuất phép biến đổi tuyến tính không gian vectơ và Park (Mỹ) đ•a ra phép biến đổi d, q. 2.2. Phép biến đổi tuyến tính không gian vectơ Trong máy điện ba pha th•ờng dùng cách chuyển các giá trị tức thời của điện áp thành các véc tơ không gian. Lấy một mặt phẳng cắt môtơ theo h•ớng vuông góc với trục và biểu diễn từ không gian thành mặt phẳng. Chọn trục thực của mặt phẳng phức trùng với trục pha a. +1( ) Ia is is +j( ) is a2 a.i .ic b Hình2-1: T•ơng quan giữa hệ toạ độ và toạ độ ba pha a,b,c 17
  18. Ba véc tơ dòng điện stator ia, ib, ic tổng hợp lại và đại diện bởi một véc tơ quay tròn is . Véc tơ không gian của dòng điện stator: 2 i (i ai a 2i ) s 3 a b c 2 j Muốn biết is cần biết a e 3 các hình chiếu của nó lên các trục toạ độ: is ,is . is is jis u 1 i Re{i } (2i i i ) s s 3 a b c u 3 i Im{i } (i i ) s s 3 b c Hình 2-2: Cuộn dây 3 pha nhìn trên Theo cách thức trên có thể chuyển vị từ 6 ph•ơng trình (3 rôto, 3 stato) thành nghiên cứu 4 ph•ơng trình . Phép biến đổi từ 3 pha (a,b,c) thành 2 pha ( , ) đ•ợc gọi là phép biến đổi thuận. Còn phép biến đổi từ 2 pha thành 3 pha đ•ợc gọi là phép biến đổi ng•ợc. Đơn giản hơn, khi chiếu is lên một hệ trục xy bất kỳ quay với tốc độ k: k = 0 + kt Nếu k=0, 0=0 :đó là phép biến đổi với hệ trục , (biến đổi tĩnh) Nếu k= 1, 0 tự chọn bất kỳ (để đơn giản một ph•ơng trình cho x trùng r để ry=0): phép biến đổi d,q. Nếu k= 1 - = r : hệ toạ độ cố định , đối với rôto (ít dùng). 18
  19. x k I a i s k 2 a.ib a .ic y Hình 2-3: Chuyển sang hệ toạ độ quay bất kỳ Các hệ toạ độ đ•ợc mô tả nh• sau: pha B d q is is isd r h•ớng trục rôto isq S pha A is pha C Hình 2-4: Các đại l•ợng is , r của động cơ trên các hệ toạ độ 19
  20. Các ph•ơng trình chuyển đổi hệ toạ độ: a,b,c : is ia 1 is (ia ib ) 3 d,q isd = is cos + is sin isq = is cos - is sin a,b,c: ia is 1 i ( i 3.i ) b 2 s s 1 i ( i 3.i ) c 2 s s d,q is = isdcos - isqsin is = isdsin + isqcos 2.3. Hệ ph•ơng trình cơ bản của động cơ trong không gian vectơ Để dễ theo dõi ta ký hiệu : Chỉ số trên s: xét trong hệ toạ độ stato (toạ độ , ) f: trong toạ độ tr•ờng (field) từ thông rôto (toạ độ dq) r: toạ độ gắn với trục rôto. Chỉ số d•ới s: đại l•ợng mạch stato r: đại l•ợng mạch rôto Ph•ơng trình mômen : 3 3 m .p.( i ) .p.( i ) (2-1) M 2 r s 2 r r Ph•ơng trình chuyển động : 20
  21. J d m m (2-2) M c p dt Ph•ơng trình điện áp cho ba cuộn dây stato : (t) u (t) R .i (t) d sa sa s sa dt (t) u (t) R .i (t) d sb sb s sb dt (2-3) (t) u (t) R .i (t) d sc sc s sc dt T•ơng tự nh• vectơ dòng điện ta có vectơ điện áp: j120 j240 us(t)= 2/3.[usa(t) + usb(t).e + usc(t).e ] Sử dụng khái niệm vectơ tổng ta nhận đ•ợc ph•ơng trình vectơ: s us R .is d s (2-4) s s s dt s s s Trong đó us , is , s là các vectơ điện áp, dòng điện, từ thông stato. Khi quan sát ở hệ toạ độ , : Đối với mạch rôto ta cũng có đ•ợc ph•ơng trình nh• trên, chỉ khác là do cấu tạo các lồng sóc là ngắn mạch nên ur=0 (quan sát trên toạ độ gắn với trục rôto) Từ thông stato và rôto đ•ợc tính nh• sau: r 0 R .ir d r r r dt s = isLs+irLm (2-5) r = isLm+irLr Trong đó Ls : điện cảm stato Ls = L s+ Lm (Lós : điện cảm tiêu tán phía stato) Lr : điện cảm rôto Lr = L r+ Lm (Lór : điện cảm tiêu tán phía rôto) Ls : hỗ cảm giữa rôto và stato 21
  22. (Ph•ơng trình từ thông không cần đến chỉ số hệ toạ độ vì các cuộn dây stato và rôto có cấu tạo đối xứng nên điện cảm không đổi trong mọi hệ toạ độ). 2.3.1. Ph•ơng trình trạng thái tính trên hệ toạ độ cố định Ph•ơng trình điện áp stato giữ nguyên, còn ph•ơng trình điện áp rôto có thay đổi do rôto quay với tốc độ so với stato nên có thể nói hệ toạ độ quay t•ơng đối với rôto tốc độ - . ___ __ __ s u s R .i s d s s s s dt ___ __ s ___ 0 R .i s d r j s r r dt r (2-6) ___ __ __ s s s s is Ls ir Lm ___ __ __ s s s r is Lm ir Lr Tìm cách loại bỏ s và ir: ta rút từ ph•ơng trình thứ 3 và 4 trong hệ (2-6) đ•ợc: s 1 s s ir ( r is Lm ) Lr (2-7) s s Lm s s s is Ls ( r is Lm ) Lr 2 Đặt =1-Lm /(LsLr)(hệ số tản từ), Ts=Ls/Rs , Tr=Lr/Rr và thay lại ph•ơng trình 1 và 2 trong hệ (2-6) : s s s s dis Lm d r u s Rs .i s Ls dt Lr dt s (2-8) s Lm s 1 d r 0 is r ( j ) Tr Tr dt Biến đổi (2-8) sang dạng từng phần tử của vectơ : 22
  23. dis 1 1 1 1 1 ( )is r r us dt Ts Tr Tr Lm Lm Ls dis 1 1 1 1 1 ( )is r r us dt Ts Tr Lm Tr Lm Ls (2-9) d r Lm 1 is r r dt Tr Tr d r Lm 1 is r r dt Tr Tr s Thay ir từ ph•ơng trình thứ 2 của (2-5) vào ph•ơng trình mômen (2-1): 3 s s 3 s s s 1 3 L m s s m M .p.( r i r ) .p.( r ( r isL m ) ) .p. ( r i s )(2-10) 2 2 L r 2 L r Thay các vectơ trong (2-10) bằng các phần tử t•ơng ứng ta đ•ợc : 3 Lm mM .p. ( r is r is ) (2-11) 2 L r Từ hệ ph•ơng trình (2-9) và ph•ơng trình (2-11) ta có công thức mô tả động cơ không đồng bộ trên hệ toạ độ , trong đó thay T theo công thức: 1 1 1 T Ts Tr 1 1 1 1 ( p )is r r us T Tr Lm Lm Ls 1 1 1 1 ( p )i u s r r s (2-12) T Lm LmTr Ls (1 Tr p) r Lmis Tr r (1 Tr p) r Lmis Tr r Từ (2-12) ta lập đ•ợc mô hình điện cơ của động cơ không đồng bộ trên hệ toạ độ nh• sau: 23
  24. mC us 1 T is 1 r 3pcLm Pc Lm Ls 1+pT 1+pTr 2Lr pJ - mM - 1- T LmTr r 1- L 1- m L T - m r u s 1 T 1 Lm 1+pTr Ls 1+pT is r Hình 2-5: Mô hình động cơ trên hệ toạ độ cố định Đầu vào của mô hình là đại l•ợng điện áp. Do vậy mô hình chỉ đúng với biến tần nguồn áp. Còn khi sử dụng biến tần nguồn dòng (cho công suất truyền động rất lớn) thì phải biến đổi mô hình thành đầu vào là dòng stato is , is . Hệ ph•ơng trình (2-9) khi viết lại d•ới dạng ma trận: dxs As x s B su s (2-13) dt s Trong đó: s sT x : ma trận trạng thái, x =[is , is , r , r ] s s T u s: ma trận đầu vào, u s =[us , us ] As: ma trận hệ thống Bs: ma trận đầu vào s s A11 A12 s A = s s , với các phần tử nh• sau: A21 A22 24
  25. 1 0 T 1 1 0 1 A s σ .I 11 1 T 0 1 T 0 σ σ Tσ 1 σ 1-σ 1 ω σ Tr L m σ L m 1 σ T 1 σ 1 A s r ( .I .J ) 12 1-σ 1 σ L 1 L T - ω m - m r T σ L m σ Tr L m r L m 0 T L A s r m .I 21 L T 0 m r Tr 1 - T 1 A s r .I .J 22 1 T r Tr 1 s 0 s B1 s Ls 1 s 0 0 B ; trong khi B1 .I ; B2 Bs 1 L 0 0 2 0 s Ls dxs Lập mô hình của động cơ theo các ma trận : từ (12) : As x s B su s dt s ta có: dxs(t) s s Us (t) dt x (t) s B s Us (t) As Hình 2-6: Mô hình động cơ dạng ma trận 25
  26. Khi mô tả chi tiết bằng các phần tử ma trận: s A 11 s dIs s dt Is (t) Bs As 21 s A 12 s d r dt s(t) r As 22 2.3.2. Ph•ơng trình trạng thái trên hệ toạ độ tựa theo từ thông rôto dq: T•ơng tự nh• trên, khi chiếu trên hệ toạ độ này thì các ph•ơng trình từ thông vẫn không đổi, chỉ có các ph•ơng trình điện áp thay đổi nh• sau: - Toạ độ từ thông rôto quay tốc độ s so với stato. - Hệ toạ độ chuyển động v•ợt tr•ớc so với rôto một tốc độ góc r = s - . Từ đó ta thu đ•ợc hệ ph•ơng trình : ___ __ __ d f ___ u f R i f r j f s s s dt s r ___ __ d f ___ 0 R i f r j f r r dt r r (2-14) ___ __ __ f f f r is Ls ir Lm ___ __ __ f f f r is Lm ir Lr f f Tìm cách loại bỏ i r và s : từ (2-14) có __ ___ __ f 1 f f ir ( r is Lm ) Lr ___ __ ___ __ (2-15) f f Lm f f s is Ls ( r is Lm ) Lr Thế trở lại ph•ơng trình thứ 3 và 4 của (2-14) ta đ•ợc ph•ơng trình : 26
  27. disd 1 1 1 1 1 ( )isd sisq rd rq usd dt Ts Tr LmTr Lm Ls disq 1 1 1 1 1 sisd ( )isq rd rq usq dt Ts Tr Lm LmTr Ls d rd Lm 1 (2-16) isd rd r rq dt Tr Tr d rq Lm 1 isq r rd rq dt Tr Tr Biến đổi tiếp hệ (2-16) với điều kiện chọn trục d trùng với vectơ r , tức là rq = 0: 1 1 1 1 ( p)isd sisq rd rq usd T LmTr Lm Ls 1 1 1 ( p)isq sisd rd usq T Lm Ls (2-17) (1 Tr p) rd Lmisd Lm isq Tr r rd 1 1 1 Thay T theo công thức: T Ts Tr T•ơng tự nh• trên toạ độ ta cũng có ph•ơng trình mômen cho toạ độ dq: 3 Lm f f mM .pc . ( r is ) 2 Lr f f Thay đại l•ợng vectơ bằng các phần tử của nó : is = isd+jisq và s = sd+j rq ta có: 3 Lm mM .pc . rd isq (2-18) 2 Lr Từ (2-17) và (2-18) ta vẽ đ•ợc sơ đồ toán học của động cơ trên hệ toạ độ từ thông rôto dq: 27
  28. m C u us sd 1 T i L 3p L P sd m rd c m c L 1+pT 1+pTr 2Lr pJ s mM Lm Tr 1- Tr Lm Lm e-j s r - : - us usq 1 T s s i Ls 1+pT sq 1 p Hình 2-7: Mô hình động cơ trên hệ toạ độ quay dq Sau này, khi đi sâu vào bài toán điều khiển ta sẽ sử dụng mô hình quay dq. Mô hình động cơ biểu diễn d•ới dạng ma trận: hệ ph•ơng trình (2-16) sau khi tách r = s - có thể viết lại d•ới dạng mô hình trạng thái phi tuyến nh• sau: f d x f f f f f A x B us N x s (2-19) dt f T Trong đó: x = [isd, isq, rd, rq] f T u s = [usd, usq] 28
  29. 1 1 1 0 T L T L 1 m r m 0 1 1 1 L 0 s T L L T 1 A f m m r ; B f 0 ; L 1 L m 0 s 0 0 Tr Tr L 1 0 m 0 0 Tr Tr 0 1 0 0 1 0 0 0 N 0 0 0 1 0 0 1 0 Hình minh hoạ cho mô hình (2-19) cho thấy đầu vào stato động cơ gồm thành phần vectơ điện áp us và tần số nguồn s. Nh• vậy so với mô hình trên hệ toạ độ tĩnh thì mô hình trên hệ toạ độ quay cần thêm tốc độ quay của hệ tọa độ đó. Điều đó có thể hiểu đ•ợc vì vectơ us trên dq chỉ gồm hai thành phần một chiều usd, usq , còn trên toạ độ tĩnh thì tần số s đã chứa trong hai thành phần xoay chiều us us . N f dx (t) f s x (t) dt Bf f u s(t) Af Hình 2-8: Mô hình ĐCKĐB trên toạ độ dq theo dạng vectơ 29
  30. 2.4. Cấu trúc hệ thống điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ Tr•ớc đây ta đã đề cập đến vấn đề điều khiển động cơ không đồng bộ theo công thức (2-18) : mM Km rdisq để có thể điều khiển đ•ợc chính xác t•ơng tự nh• động cơ một chiều (điều khiển độc lập thành phần kích từ r và thành phần dòng phần ứng is). Nh• vậy hệ điều khiển cũng t•ơng tự nh• hệ điều khiển động cơ một chiều. * ikt Rikt * * i• R Ri• Hình 2-9: Mô hình điều khển động cơ một chiều. Ta sẽ xây dựng một hệ điều khiển t•ơng tự cho động cơ không đồng bộ nh•ng trên toạ độ dq. Nh• vậy động cơ cũng phải biểu diễn trên dq (mục 2-3- 2), l•ợng đặt là và isd : * Isd Nhánh kích từ Risd * * Isq Nhánh mômen R Risq Hình 2-10: T• t•ởng điều khiển ĐCKĐB. 30
  31. Nh•ng trong hệ thống thực, nguồn cung cấp cho động cơ là ba pha abc và các đại l•ợng dòng phản hồi đo về đ•ợc cũng là trên toạ độ abc, vậy giữa hai hệ toạ độ đó phải có các bộ chuyển đổi toạ độ, cụ thể là từ bộ điều chỉnh l•ợng đặt để thành tín hiệu đ•a vào biến tần nuôi động cơ phải có một bộ chuyển đổi dq/abc từ các đại l•ợng dòng đo đ•ợc đem phản hồi có một bộ chuyển đổi ng•ợc từ abc/dq. Vấn đề nảy sinh là khi chuyển đổi giữa hai toạ độ cần phải có góc lệch giữa chúng ( s). Từ đây có hai giải pháp: - Lấy s bằng cách tích phân tốc độ quay s của dòng, áp stato hoặc của từ thông rôto. - Vì hệ toạ độ quay dq có trục thực gắn với r nên góc s có thể xác định bằng cách tính góc của r trên hệ toạ độ Từ phân tích trên ta có hệ thống điều khiển nh• hình vẽ: Nguồn một chiều R * Risq * i * sq usq * a,b,c uas Nghịch l•u * * ubs độc lập usd * * d,q ucs isd PWM Risd isd Isq a,b,c ias ibs d,q ics Hình 2-11: Sơ đồ hệ thống điều chỉnh dòng điện và tốc độ của động cơ trên dq. 31
  32. Góc s dùng để chuyển toạ độ từ tĩnh sang quay theo chiều thuận hoặc ng•ợc ( dq hoặc dq ) . s có thể đ•ợc tính trực tiếp s = arctg( r) hoặc gián tiếp : s = s.t + 0 Tuỳ theo cách xác định góc quay từ tr•ờng s mà ta có hai ph•ơng pháp điều khiển vectơ: ph•ơng pháp điều khiển trực tiếp và ph•ơng pháp điều khiển gián tiếp. 2.5. Các ph•ơng pháp điều khiển vectơ 2.5.1. Điều khiển vectơ gián tiếp a +1( ) d r r = .t s s +j( ) r b c q Hình 2-12: Đồ thị góc pha của ph•ơng pháp điều khiển vectơ gián tiếp ở ph•ơng pháp này , góc s đ•ợc tính toán dựa vào các đại l•ợng đầu cực của động cơ. từ đó tính ra các phần tử quay cos , sin . Theo đồ thị trên, góc pha đ•ợc tính nh• sau: s = sdt + o s: tốc độ quay của vectơ dòng điện stato, từ thông rôto và là tốc độ quay của hệ trục toạ độ dq. Từ ph•ơng trình cân bằng điện áp rôto (2-14) : d f 0 R i f rs j f r r dt r r Xét trên hai trục d và q t•ơng ứng ta đ•ợc: 32
  33. d 0 R i rd r rd dt r rq d 0 R i rq r rq dt r rd (2-20) Từ công thức r = Lrir + Lmis ta suy ra : rd Lmisd ird Lm L i i rq m sq rq L m (2-21) Thay (2-21) vào (2-20) đ•ợc d rd Rr Lm rd Rr Isd r rq 0 dt Lr Lr d R L rq r m R I 0 dt L rq L r sq r dq r r (2-22) Vì hệ toạ độ dq gắn vào vectơ từ thông rôto và các điều kiện sau giả sử đ•ợc đảm bảo: d rq 0 rq dt const rd r Thay các điều kiện đó vào (2-22) và biến đổi đ•ợc: Lmisq r Tr r d T r L i r dt r m sd (2-23) Khi đã tính đ•ợc r ta có công thức tính góc quay s dựa vào isd, isq và tốc độ : 33
  34. i sd Lm r Trp+1 isq Lm r + 1 s : Tr p + Hình 2-13: Sơ đồ tính toán góc quay từ tr•ờng theo ph•ơng pháp gián tiếp. 2.5.2. Điều khiển vectơ trực tiếp theo từ thông rôto Ph•ơng pháp này xác định trực tiếp góc quay từ tr•ờng s từ từ thông rôto r hoặc từ thông khe hở 0 trên hai trục của hệ toạ độ vuông góc: r có thể đ•ợc xác định bằng cảm biến từ thông Hall hoặc bằng tính toán. a) Xác định s từ cảm biến Hall. Cảm biến Hall đ•ợc lắp vào động cơ để đo từ thông khe hở o , từ đó tuỳ theo yêu cầu của hệ truyền động mà tính s trực tiếp từ o hay chuyển đổi thành r rồi mới tính s từ r Xác định trực tiếp góc quay từ tr•ờng bằng từ thông khe hở. 34
  35. Nguồn DC Biến đổi dq/ Biến đổi /abc * Bộ ĐK * * 0 Ids * Ias R i s 0 1 * Nghịch cos s -sin s Ibs - 3 / 2 -1/2 l•u - 0 sin s cos s * * PWM * i Ics * I s 3 / 2 -1/2 M R qs M -M Tính sin , cos s s ĐK 0 0 0 x 2 y2 Hình 2-14: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển vectơ trực tiếp sử dụng cảm biến Hall đo r Sơ đồ gồm hai kênh điều khiển : mômen và từ thông khe hở. Các thành * * phần dòng điện điều khiển Iqs và Ids t•ơng ứng là các tín hiệu ra của các bộ điều chỉnh mômen và từ thông khe hở. Các thành phần dòng điện này đ•ợc biến đổi thành các đại l•ợng hình sin trong hệ toạ độ tĩnh nhờ phép biến đổi * * * dq/ . Các thành phần dòng điện hình sin ias , ibs , ics là tín hiệu điều khiển của bộ nghịch l•u biến điệu độ rộng xung PWM. Thành phần sin s, cos s tính từ các thành phần của từ thông khe hở trên hai trục toạ độ tĩnh đo đ•ợc bằng các cảm biến từ thông : 2 2 0 0 0 (2-24) 0 0 cos s ; sin s 0 0 với 0 , 0 : các thành phần từ thông khe hở dọc trục và ngang trục 35
  36. Nh• vậy góc quay từ tr•ờng s hay sin s, cos s đ•ợc tính trực tiếp từ các thành phần từ thông khe hở. Các thành phần 0 đ•ợc đo bằng các cảm biến từ thông. Biên độ 0 đ•ợc sử dụng làm phản hồi của mạch vòng điều chỉnh 0.  Xác định trực tiếp góc quay từ tr•ờng bằng từ thông rôto. ở phần tr•ớc đã xác định góc quay từ tr•ờng trực tiếp bằng từ thông khe hở. Ph•ơng pháp này có •u điểm là khối tính toán đơn giản nh•ng vì o không trùng với h•ớng r nên thực ra góc s tính đ•ợc dựa vào o nh• trên không chính xác. Do vậy cho hệ truyền động có yêu cầu cao hơn ta phải tính s từ các thành phần của r .Từ đó hệ thống điều khiển vectơ tựa theo từ thông rôto đ•ợc xây dựng trên cơ sở của hệ thống hình trên với bổ xung khối tính toán từ thông rôto . Từ hai công thức tính từ thông khe hở và từ thông rôto : 0 = Lm(is + ir) (2-25) r = Lm is +Lr ir = Lm is + (Lm + Lr )ir = 0 + Lr ir Thay ir ở ph•ơng trình thứ nhất của (2-25) vào ph•ơng trình thứ hai ta có công thức tính r : 0 r 0 Lr is Lm Lr r 0 1 Lr is Lm Từ đó rút ra: Lr r 0 Lr is (2-26) Lm Từ (2-26) ta suy ra trên hệ toạ độ tĩnh : Lr r 0 Lr is Lm (2-27) Lr r 0 Lr is Lm 36
  37. Từ đó xây dựng sơ đồ khối cơ bản của ph•ơng pháp điều khiển trực tiếp từ thông rôto : * * Ids Ias dq I * I * Biến tần qs bs abc I * cs s Khối tính Ias Ibs Ics r từ thông rôto 0 0 ĐK Hình 2-15: Hệ thống điều khiển sử dụng cảm biến Hall đo từ thông rôto. Trong đó khối tính r đ•ợc xây dựng theo công thức (2-27) nh• sau: KhốI TíNH TOáN Lr 0 Lm + - 2 2 r Ia Ids L x y abc r Ib Ic dq Iqs - L x r arctg s y L r 0 L m + Hình 2-16: Cấu trúc khối tính r Trong thực tế do việc gắn cảm biến từ thông vào động cơ để đo có nhiều bất lợi do mỗi động cơ phải cài một sensor đo từ thông không thích hợp cho 37
  38. sản xuất đại trà và cơ cấu đo gắn trong đó bị ảnh h•ởng bởi nhiệt độ và nhiễu nên hay sử dụng sơ đồ tính từ thông gián tiếp từ các đại l•ợng khác: b) Xỏc định r bằng tớnh toỏn:  Tính toán từ thông rôto dựa trên mô hình động cơ ở hệ toạ độ cố định stato: Từ thông rôto đ•ợc tính toán từ các thành phần dòng điện stato trên hệ toạ độ cố định và tốc độ động cơ . Từ hai ph•ơng trình 3 và 4 của hệ (2-9): d L 1 r m i dt T s T r r r r d r Lm 1 is r r dt Tr Tr và kết hợp các công thức: 2 2 r r r r r cos s ;sin s r r Ta có sơ đồ tính s sau: 1 Tr L I m r sin s T s r : 2 2 r r r Lm Is T : cos s r r 1 T r Hình 2-17: Tính toán từ thông rôto theo mô hình động cơ trên . 38
  39.  Tính toán từ thông theo mô hình quan sát Mô hình quan sát từ thông đủ bậc trong đó tính toán cả dòng stato và từ thông rôto đ•ợc xây dựng theo ph•ơng trình ở ch•ơng 2-7: ^ . ^ ^ X A X B.us G(is is ) ^ ^ A A B G ^ d is 11 12 is 1 1 ^ . ^ us (is is ) dt A21 A22 0 G2 r r Hay viết cách khác: . ^ ^ ^ ^ i A i A B u G (i i ) s 11 s 12 r 1 s 1 s s . ^ ^ ^ ^ r A21 is A22 r G2 (is is ) us is Động cơ G1 - i s i B1 1 s p + G2 A11 1 r A A 12 21 p A22 Mô hình dòng điện Mô hình từ thông Hình 2-18: Tính toán r theo mô hình quan sát. Sau khi đã có r , r ta tính góc quay từ tr•ờng bằng các công thức: r r cos s ;sin s r r Từ đó ta có đ•ợc mô hình toàn bộ hệ thống điều khiển trực tiếp nh• sau: 39
  40. Sơ đồ d•ới dạng vectơ gồm hai nhánh song song : một là động cơ thực tế và một là mô hình quan sát động cơ lấy thông số là dòng điện, điện áp stato, sau khi tính toán đ•ợc vectơ dòng điện stato mẫu is đem so với dòng stato thực tế từ đó tính ra vectơ từ thông r . Bộ đ/c Bộ đ/c Ri * I * u * u * r R qs qs a dq * ub Nghịch l•u * Bộ đ/c Ri * * Ids uds uc PWM abc Iqs is dq I ds abc us s Tính toán từ ĐK thông rôto Hình 2-19: Mô hình điều khiển vectơ kiểu trực tiếp lấy s từ bộ quan sát 2.6. Tổng hợp các bộ điều chỉnh 2.6.1. Tổng hợp hệ theo hàm chuẩn: Cấu trúc hệ gồm các mạch vòng điều chỉnh lệ thuộc lẫn nhau (cấu trúc mạch vòng phù hợp với các hệ điều chỉnh công nghiệp) y R1 R2 R3 Fs1 Fs2 Fs3 M Hình 2-20: Cấu trúc tổng quát một hệ điều chỉnh 40
  41. *Đặc tính động của hệ: là đáp ứng của hệ khi l•ợng vào là hàm nhảy cấp 1(t). y - Tốc độ điều chỉnh: (gia tốc % của hệ thống) =w/Tv - Độ quá điều chỉnh: (mong 2% w s% muốn nhỏ): %=100(ym=w)/w - Số lần dao động. - Thời gian điều chỉnh: Tđc , y Tv Tđc cần nhỏ Hình 2-21: Đặc tính quá độ của hệ thống. Việc điều chỉnh các thông số trên phụ thuộc lẫn nhau. Ví dụ nếu giảm Tđc sẽ làm tăng %. Vậy phải đ•a ra một sự dung hoà giữa các tiêu chuẩn để có đ•ợc hệ thống tối •u. * Tiêu chuẩn môđun tối •u: Đặc tính mođun của hàm truyền kín của hệ là một hàm không tăng, không cộng h•ởng và = 1 trong dải tần số sao cho rộng nhất. 2 H( ) H( ) có cộng h•ởng - Hàm không tăng: 2 0 1 H( 2 ) - Không cộng h•ởng: 0 ( 2 )2 - Bằng 1: limH( 2) =1 c=1/Tc Hình 2-22: Đặc tính tần của hàm truyền kín tối •u Từ tiêu chuẩn đó muốn môđun hệ kín là một khâu bậc hai thì hàm 1 F chuẩn bậc hai có dạng: ch 2 2 (tiêu chuẩn môđun tối •u) 1 2Tc p 2Tc p 41
  42. Nếu muốn môđun hệ kín là một khâu bậc ba thì hàm chuẩn bậc ba có 1 4T p dạng: F c (tiêu chuẩn môđun tối •u đối xứng) ch 2 2 3 3 1 4Tc p 8Tc p 8Tc p Trong đó Tc đ•ợc chọn sao cho nhỏ nhất để c =1/Tc là lớn nhất. F .R Hàm truyền kín của mỗi môđun dạng: s s . Nếu đã biết hàm 1 Fs .Rs truyền hệ thống Fs ta có thể dựa vào các tiêu chuẩn tối •u để xác định hàm truyền bộ điều chỉnh Rs . 2.6.2. Tuyến tính hoá mô hình động cơ Hệ ph•ơng trình (2-17) mô tả động cơ hệ ph•ơng trình phức tạp, có độ phi tuyến cao dẫn đến một sơ đồ rất phức tạp và khó có thể tổng hợp mạch theo các ph•ơng pháp thông th•ờng đ•ợc. Do vậy ta phải dùng ph•ơng pháp tuyến tính hoá quanh điểm làm việc: Gọi điểm làm việc ổn định của động cơ là điểm có tốc độ 0 ứng mômen tải m0 (và gọi tất cả các thông số tại điểm đó đều có chỉ số d•ới là 0). Hệ thống xê dịch quanh điểm làm việc ổn định một l•ợng rất nhỏ kéo theo tất cả các đại l•ợng cũng đều bị thay đổi một l•ợng rất nhỏ nào đó, ví dụ = o + Thay tất cả các đại l•ợng biến đổi đ•ợc vào (2-17): isq=isq0+ isq , = o + , m=m0+ m ta đ•ợc: 1 T p 1 1 . isd s0 . isq isq0 . s . rd . u sd T LmTr Ls 1 T p 1 1 1 . isq s0 . isd isd0 . s 0 . rd rd0 . . usq T Lm Lm Ls (1 Tr p). rd Lm . isd 1 Lm r . isq r0 . rd rd0 Tr 3 Lm mM .p. ( rd0 . isq isq0 . rd ) 2 Lr (2-28) 42
  43. Từ đó ta có sơ đồ cấu trúc động cơ đã tuyến tính hoá: mc i rd T sd L 3L .p usd 1 . m m c m P 1+T p isq0 c L 1+T r 2Lr pJ s 1 L T rd m r 0 1 r 0 - s0 rd Lm 0 r 0 s0 i s s isd0 Lm - T - r rd0 u - i sq 1 . T sq 1+T Ls 1 - p L rd m 0 Hình 2-23: Sơ đồ mô tả động cơ trên hệ toạ độ dq đã tuyến tính hoá quanh điểm làm việc q0 2.6.3. Tổng hợp Risq và R Sơ đồ trên còn nhiều phức tạp mặc dù đã bỏ bớt khâu nhân và chia. Ta còn phải tiếp tục làm đơn giản bớt bằng các giả thiết sau: Giả thiết điều chỉnh tốc độ động cơ ở mức d•ới tốc độ định mức. Khi đó giống nh• điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều, ta sẽ theo luật từ thông không đổi nhánh từ hoá có = 0. Theo ph•ơng trình 2 của (2-17) ta suy ra rd rd isd = 0. Vậy (2-28) có dạng: 1 T p 1 1 . i L i . . . u T sq m sd0 s L rd0 L sq m s 1 r . isq T r rd0 3 L m .p. m ( . i ) M rd0 sq 2 Lr 43
  44. m c usq 1 . T isq 3L p m m c Pc rd0 Ls - 1+T p 2Lr pJ - Lm . Tr rd0 isd0 rd0 Hình 2-24: Sơ đồ cấu trúc khi r = const Biến đổi sơ đồ : mc 1 isq usq . T 3Lmpc m Pc rd0 Ls - 1+T 2Lr pJ - p A L i C m sd0 1 T . p rd0 r p+D +i rd0 sd0 B Hình 2-25: Mô hình sau khi đã biến đổi. L i Đặt A m sd0 rd0Tr 1 B = rd0 + isd0 Lm 3 L p 2 C rd0 m c 2Lr J 44
  45. T 1 1 T p T p D T (1 AT ) T p 1 A. 1 T p 1 D A T Tổng hợp mạch: mạch điều khiển gồm khâu điều chỉnh tốc độ và khâu điều chỉnh dòng điện. Coi khâu nghịch l•u có quán tính rất nhỏ, cỡ 1ms (Tnl = 0.001) * * * isq usq K 1 R Ri nl 1 . C sq 1+T p p+D i nl Ls sq p B Hình 2-26: Tổng hợp các mạch vòng dòng điện và tốc độ. Nhận thấy t•ơng tự nh• khi tổng hợp mô hình động cơ một chiều, khâu phản hồi B giống khâu phản hồi sức điện động. Mà ta biết quán tính của khâu này thì rất nhỏ so với quán tính cơ nên một cách gần đúng có thể bỏ qua để tổng hợp đ•ợc. K K Fs = nl nl i L (1 T p)(D p) 1 s nl L (1 T p)(1 p) s nl D Theo tiêu chuẩn tối •u môđun ta có: 1 p 1 D p D Ri sq Knl Knl 2 Tnl p 2 Tnl p Ls D Ls Nh• vậy theo luật điều khiển môđun tối •u hàm truyền kín của mạch vòng dòng điện là: 1 F ki 2 2 1 2.Tnl .p 2. Tnl .p 45
  46. Để đơn giản bớt cho phần tổng hợp sau ta bỏ bớt thành phần bậc 2 của 1 Fki: Fki . 1 2.Tnl .p 1 C Hàm truyền đối t•ợng của mạch vòng tốc độ Rs : Fs . 1 2Tnl .p p Đối với mạch điều chỉnh tốc độ, do quán tính của hệ thống lớn nên khi tổng hợp theo chuẩn tối •u ta không thể đặt hằng số Tc cỡ miligiây nh• khi áp dụng cho mạch vòng dòng điện đ•ợc.Nếu đặt Tc quá nhỏ sẽ gây hai bất lợi: thứ nhất để tốc độ ổn định từ 0 tới định mức trong khoảng thời gian miligiây thì dòng sinh mômen lúc đó phải có giá trị rất lớn, cỡ vài nghìn ampe, điều này không thể chấp nhận đ•ợc. Thứ hai là tín hiệu đặt của mạch vòng dòng điện là tín hiệu đầu ra của mạch vòng tốc độ. Nếu tần số dao động của mạch vòng ngoài đ•a vào cũng xấp xỉ tần số dao động của mạch vòng trong thì hệ thống dễ mất ổn định. Ta phải làm sao cho chu kỳ dao động của mạch vòng trong rất nhỏ so với mạch vòng ngoài thì hệ kín mới đảm bảo ổn định đ•ợc. áp dụng tiêu chuẩn môđun tối •u đối xứng ở (2 - 28) cho mạch vòng tốc độ ta đ•ợc: Fs R Fch 1 Fs R F F R ch s 1 F ch 1 C 1 4T p . .R c 2 2 3 3 1 2Tnl .p p 8Tc p 8Tc p (1 2Tnl .p).(1 4Tc p) 1 1 2Tnl .p 1 4Tc p R 2 . 2 . C.8Tc p(1 Tc p) C 8Tc p 1 Tc p 1 2(Tnl 2Tc ) p Nếu đơn giản chỉ lấy R là khâu PI: R 2 C.8Tc p 2.6.4. Tổng hợp Risd: Để giảm bớt phức tạp trong việc tổng hợp ta dựa vào lý luận sau: Khi khởi động ta làm theo quy trình nh• máy điện một chiều: sau khi ổn định việc cấp nguồn phía kích từ isd xong mới cấp mômen quay isq nên có thể coi khi 46
  47. đ•a isd vào thì mạch phía phần ứng ch•a có hoạt động. Nhờ vậy ta có thể bỏ qua ảnh h•ởng của phía phần ứng trong quá trình khởi động . Lúc đó mạch (2-23) có dạng: mc isd usd Knl 1 . T Lm 3Lm.pc Pc Ris isq0 1+Tnlp L 1+T 1+Trp 2Lr pJ d p 1 m s LmTr r0 rd0 - isq0 Hình 2-27: Nhánh kích từ của mô hình động cơ trên hệ toạ độ dq. i sd u K 2 sd nl 1 . T Lm isq0 3Lmpc Risd 1+T p nl Ls 1+T p 1+Trp 2Lr J.p 1 r0 isq0 LmTr rd0 isq0 Hình 2-28: Biến đổi nhánh kích từ. K nl . 1 T K nlT 1 Đơn giản bớt và lấy Fsi . . . 1 Tnl p Ls 1 T p Ls (1 Tnl p)(1 T p) T p 1 Suy ra Ri theo hàm chuẩn bậc hai. sd T 2K nl Tnl p Ls 2.7. Bộ quan sát từ thông Trong phần này ta sẽ xây dựng bộ quan sát từ thông thích nghi mới của động cơ không đồng bộ cho điều khiển trong dải tốc độ rộng. 47
  48. Một ĐC KĐB đ•ợc mô tả bằng ph•ơng trình trạng thái nh• sau: __ __ A A B __ d is 11 12 is 1 ___ . ___ us (2-29) dt A21 A22 0 r r viết gọn: X AX Bu is CX trong đó: __ ___ __ is r us is , r , u s is r us 1 1 A11 ar11I Ts Tr 1 1 A12 I r J ar12 I a112 J Lm Tr Lm A21 I ar 21I Tr 1 A22 I r J ar 22 I a122 J Tr 1 B1 I b1I Ls I C 0 ar11 0 ar12 a112 A A 0 a a a A 11 12 r11 122 r12 A21 A22 ar 21 0 ar 22 a122 0 ar 21 a122 ar 22 1 0 I 0 1 0 1 J 1 0 Mô hình quan sát đủ bậc trong đó tính toán cả dòng stato và từ thông rôto đ•ợc xây dựng theo ph•ơng trình sau: 48
  49. ^ ___ ___ __ . ^ __ ^ __ X A X B.u s G(is is ) __ __ ^ ^ __ (2-30) A A B __ G ^ __ d is 11 12 is 1 1 ___ . ___ u s (is is ) dt ^ A 21 A 22 ^ 0 G 2 r r Trong đó ^ nghĩa là giá trị tính toán đ•ợc. Chất l•ợng tính toán từ thông rôto bao gồm độ chính xác tĩnh và thời gian hội từt thông tính toán về giá trị thực (chế độ động). Chất l•ợng này sẽ góp phần quan trọng nâng cao chất l•ợng điều chỉnh của hệ thống truyền động điện biến tần - động cơ không đồng bộ không dùng cảm biến tốc độ. Mô hình quan át đ•ợc thiết kế thoả mãn hai chỉ tiêu: độ chính xác tĩnh cao và thời gian hội tụ đủ bé. Chỉ tiêu thứ hai có nghĩa là các thông số sẽhội tụ về giá trị thực của động cơ trong thời gian đủ nhỏ mà không làm ảnh h•ởng đến chất l•ợng động của toàn hệ thống. Trong ph•ơng trình (2-30), có G là một ma trận trọng số dùng để bù sai lệch giữa các thông số thực của động cơ và các thông số trong mô hình quan sát sao cho mô hình quan sát mô tả các thông số động cơ giống thực tế nhất. Ph•ơng pháp lựa chọn G: vì động cơ là đối t•ợng ổn định, nghiệm cực của ph•ơng trình mô tả động cơ luôn nằm ở phía trái mặt phẳng phức nên để mô hình quan sát hoạt động ổn định ta phải lựa chọn G nh• sau: chọn G sao cho nghiệm cực của ph•ơng trình quan sát tỷ lệ với nghiệm cực của ph•ơng trình trạng thái mô tả động cơ theo một hệ số d•ơng. Nếu mô hình quan sát có nghiệm cực tỷ lệ nh• vậy với nghiệm cực của động cơ thì có nghĩa là mô hình quan sát có nghiệm cực cũng nằm ở phía bên trái trục ảo của mặt phẳng phức (phần thực của nghiệm có giá trị âm). Nh• vậy mô hình quan sát làm việc ổn định. Các b•ớc tính toán để xác định các phần tử của ma trận G: - Tìm các nghiệm cực của ph•ơng trình trạng thái biểu diễn động cơ. - Giải ph•ơng trình trạng thái của khâu quan sát để tìm nghiệm cực của mô hình, trong đó có chứa các phần tử của ma trận G nh• là các ẩn số. 49
  50. - Cho nghiệm cực của mô hình quan sát tỷ lệ với nghiệm cực của động cơ theo một hệ số tỷ lệ k d•ơng bất kỳ. Từ đó tính ra từng phần tử ma trận G theo k. Sau khi đã tìm đ•ợc G ta sẽ tiến hành hiệu chỉnh hệ số k sao cho các đại l•ợng quan sát đ•ợc ở mô hình quan sát là is , is , r , r có giá trị gần đúng với các đại l•ợng của động cơ, sai lệch giữa chúng ở cả chế độ tĩnh và chế độ động là nhỏ nhất. Việc tìm hệ số tỷ lệ k sao cho phù hợp nhất sẽ đ•ợc thực hiện ở ch•ơng 4 khi sử dụng phần mềm mô phỏng Simulink MATLAB. Mô hình quan sát đã nêu ở trên có cấu trúc nh• hình vẽ, trong đó G đóng vai trò ma trận hiệu chỉnh: us is ĐC KĐB (-) B C ^ is ^ A G Hình 2-29: Mô hình tổng quát bộ quan sát từ thông rôto. Nếu tách riêng mô hình quan sát thành hai khâu: khâu quan sát dòng điện và khâu quan sát từ thông thì bộ quan sát sẽ có cấu trúc nh• hình 2-30: 50
  51. us is Động cơ G 1 - is B 1 is 1 p + G2 A11 1 r A12 A21 p A22 Mô hình dòng điện Mô hình từ thông Hình 2-30: Mô hình dòng điện stato và từ thông rôto trong bộ quan sát. Theo (3-20), G là một ma trận độ rộng 4 x 2 trong đó ta giả thiết các phần tử của nó nh• sau: g1 g 5 g g G 2 6 g 3 g 7 g 4 g8 Tới đây ta phải giải tìm G : theo phân tích đã nói ở trên ta lần l•ợt giải tìm nghiệm cực của động cơ và mô hình. Ph•ơng trình trạng thái mô tả động cơ nh• sau: pX=AX+Bu (pI-A)X=Bu Từ đó rút ra ph•ơng trình đặc tính: pI -A= 0 (2-31) 51
  52. p 0 a a 11 12 0 0 p a21 a22 p a a 11 12 0 a21 p a22 ( p a11 )(p a22 ) a12 a21 0 2 p (a11 a22 ) p a11a22 a12 a21 0 Ph•ơng trình đặc tính này có 2 ma trận nghiệm p1 và p2 thoả mãn điều kiện sau: p1+p2=a11+a22 và p1.p2=a11.a22+a12.a21 (2-32) Tìm nghiệm cực của mô hình quan sát : Lấy (2-2) -(2-30) đ•ợc: __ __ __ __ ^ __ ^ ^ __ p.(X- X) A.(X- X) G.(is -is ) __ __ __ ^ __ p. E A. E G.(is -is ) __ __ __ __ ^ p. E A. E G.(is is ) __ __ __ __ ^ p. E A. E G.C(X- X) __ __ __ p. E A. E G.C. E __ [ pI (A GC)]E 0 Ph•ơng trình đặc tính của nó có dạng: pI - (A+GC) =0 trong đó: ar11 g1 g5 ar12 a112 a' a' g a g a a A GC 11 12 2 r11 6 112 r12 a'21 a'22 ar 21 g3 g7 ar 22 a122 g4 ar 21 g8 a122 ar 22 Khi đem giải nh• giải ph•ơng trình (2-31) đ•ợc 2 p -[a’11+a’22].p + a’11. a’22 - a’12. a’21 =0 Giả sử ph•ơng trình này cũng có 2 nghiệm cực p1’, p2’ tỷ lệ dương với nghiệm cực của ph•ơng trình trạng thái mô tả động cơ p1 , p2 nh• sau: p1’=k.p1 và p2’=k.p2 (k > 0) Tổng và tích hai nghiệm p1’, p2’ được rút ra từ phương trình trên: 52
  53. p1’+p2’= a’11+ a’22 và p1’.p2’= a’11. a’22 - a’12. a’21 (2-33) 2 Có thể suy ra đ•ợc p1’+p2’=k(p1+p2) và p1’+p2’=k (p1.p2) Từ (2-32) và (2-33) suy ra: a’11+ a’22 =k.(a11+a22) 2 a’11.a’22 =k .(a11.a22) (2-34) Ph•ơng trình thứ nhất của (2-34) t•ơng đ•ơng: a g a a g a a a r11 1 r22 122 5 k. r11 r22 122 a122 g2 ar11 g6 ar22 a122 ar11 ar22 Đồng nhất từng phần tử của hai ma trận ở hai vế ta đ•ợc: ar11 +g1+ ar22 = k(ar11 + ar22) -a122 +g5 = k(-a122) a122 +g2 = k(a122) ar11 +g6+ ar22 = k(ar11 + ar22) Từ 4 ph•ơng trình đó rút ra kết quả: g1= g6 = (k-1)(ar11+ar22) (2-35) g2 = -g5 = (k-1)(-a122) Ph•ơng trình 2 của (2-34) t•ơng đ•ơng: (ar11 g1 )ar 22 g 5 a122 ar12 (ar 21 g 3 ) a112 g 4 (ar11 g1 )a122 ar 22 g 5 ar12 g 7 a112 (ar 21 g8 ) ar 22 g 2 (ar11 g 6 )a122 a112 (ar 21 g 3 ) ar12 g 4 a122 g 2 (ar11 g 6 )ar 22 a112 g 7 ar12 (ar 21 g8 ) a a a a a a a a k 2 . r11 r 22 r12 r 21 r11 122 112 r 21 ar11a122 a112 ar 21 ar11ar 22 ar12 ar 21 Đến đây lại sử dụng ph•ơng pháp đồng nhất ma trận nh• đã làm ở trên ta đ•ợc: g1 g 6 g 2 g5 g g 3 8 (2-36) g 4 g 7 2 (ar11 g1 )ar 22 g5a122 ar12 (ar 21 g3 ) a112 g 4 k (ar11ar 22 ar12ar 21 ) 2 ar 22 g 2 (ar11 g 6 )a122 a112 (ar 21 g3 ) ar12 g 4 k (ar11a122 a112ar 21 ) Kết hợp (2-35) trong khi giải hệ gồm ph•ơng trình 3 và 4 của (2-36): 53
  54. 2 2 [ar11 (k 1)(ar11 ar22 )]ar22 (k 1)a122 ar12 (ar21 g3 ) a112 g4 k (ar11ar22 ar12ar21) 2 (k 1)a122ar22 [ar11 (k 1)(ar11 ar22 )]a122 a112 (ar21 g3 ) ar12 g4 k (ar11a122 a112ar21) Hệ trên t•ơng đ•ơng: 2 2 2 kar11ar22 (k 1)ar22 (k 1)a122 ar12ar21 ar12 g3 a112 g4 k (ar11ar22 ar12ar21 ) 2 (k 1)a122ar22 kar11a122 (k 1)ar22a122 a112ar21 a112 g3 ar12 g4 k (ar11a122 a112ar21 ) Rút gọn: a g a g (k 2 k)a a (k 2 1)a a (k 1)(a 2 a 2 ) r12 3 112 4 r11 r22 r12 r21 r22 122 (2-37) 2 2 a112 g3 ar12 g4 (k k)ar11a122 (k 1)a112ar21 2(k 1)ar22a122 Từ (2-37) lấy (pt 1)*ar12 +(pt 2)*a112 đ•ợc ph•ơng trình : 2 2 2 2 2 (ar12 a112 )g3 (k k)ar11 (ar22ar12 a112a122 ) (k 1)(ar22ar12 a122ar12 2ar22a122a112 ) 2 2 2 (k 1)ar21 (ar12 a112 ) Xét các định nghĩa: 1 1 A I J a I a J 12 L T r r12 112 m r 1 A22 I r J ar 22 I a122 J Tr Nhận thấy nếu đặt c = Lm/(1- ) thì ar22 = - c.ar12, a122 = - c.a112 Thay vào ph•ơng trình trên đ•ợc: 2 2 2 2 2 (ar12 a112 )g 3 (k k)ar11 (( ca r12 )ar12 a112 ( ca112 )) (k 1)ar12 (ar 22 a122 2ca122 a112 ) 2 2 2 (k 1)ar 21 (ar12 a112 ) 2 2 2 2 2 2 2 2 (ar12 a112 )g 3 c(k k)ar11 (ar12 a112 ) (k 1)ar12 (ar 22 a122 2a122 ) 2 2 2 (k 1)ar 21 (ar12 a112 ) 2 2 2 g 3 (k k)ca r11 (k 1)c ar12 (k 1)ar 21 2 g 3 (k 1)(ca r11 ar 21 ) c(k 1)(ar11 ar 22 ) Thay trở lại g3 vào ph•ơng trình thứ 2 của (2-37) đ•ợc: 2 2 2 2 2 a112 [ (k k)ca r11 (k 1)c ar12 (k 1)ar21 ] ar12 g 4 (k k)ar11a122 (k 1)a112 ar21 g 4 (k 1)ca122 Vậy ta đã tìm đ•ợc ma trận G 54
  55. g g g g T G 1 2 3 4 g 2 g1 g 4 g 3 Trong đó: g1 = (k-1)(ar11+ar22) g2 = (k-1).a122 2 g3 = (k -1)(c.ar11+ ar21) -(k-1)c(ar11+ ar22) g4= - c(k-1)a 55
  56. Ch•ơng 3 Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ không dùng cảm biến tốc độ Sensor tốc độ không đ•ợc sử dụng trong hệ thống điều khiển đơn giản, điều khiển trong các môi tr•ờng không thích hợp hoặc khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao. Khi đó bộ quan sát từ thông với thuật toán thích nghi thông số sẽ lấy tốc độ tính toán đ•ợc làm thông số. Trong tr•ờng hợp này, công thức tính toán đánh giá tốc độ đ•ợc tìm bằng cách sử dụng thuyết Lyapunov trong việc chứng minh sự ổn định của mô hình quan sát. 3.1. Sơ đồ hệ thống điều khiển vectơ không dùng cảm biến tốc độ Trong sơ đồ tr•ớc ta xác định tốc độ động cơ bằng máy phát tốc độ. Nh•ng việc đo trực tiếp có thể gây khó khăn cho việc lắp ráp và cồng kềnh, bất tiện cho ng•ời vận hành. Từ đó nảy sinh ý t•ởng đặt khối tính tốc độ ngay trong biến tần để hệ thống gọn nhẹ, ng•ời sử dụng chỉ cần nối nguồn cấp vào động cơ, đặt tham số là có thể vận hành. Máy phát tốc đ•ợc thay thế bằng khối tính toán tốc độ. Khối này sẽ tính tốc độ rôto, từ thông rôto từ dữ liệu đầu vào là dòng điện và điện áp pha stato. 56
  57. Bộ đ/c R Bộ đ/c Ri * * * * r Iqs uqs ua dq * ub Nghịch l•u * Bộ đ/c Ri * * Ids uds uc PWM abc Iqs is dq Ids abc u s Khối tính toán ĐK tốc độ Hình 3-1: Hệ thống điều khiển không sử dụng cảm biến tốc độ. Giả sử các thông số Rs và Rr của động cơ không thay đổi trong quá trình làm việc, còn tính tốc độ vẫn còn sai lệch, mô hình quan sát sẽ đ•ợc biểu diễn nh• sau: d ^ ^ ^ ^ X A X Bu G(i i ) dt s s s . X AX Bu trong khi mô hình động cơ là: s is CX Sai lệch trong tính toán dòng stato và từ thông rôto đ•ợc mô tả bằng ph•ơng trình sau: d ^ E (A GC)E - A X dt ^ E X X Trong đó: ^ 0 J / c ^ A A A c L /1- , 0 J m Chọn hàm Lyapunov nh• sau: 57
  58. ^ ( )2 V E T E Trong đó là một hằng số d•ơng bất kỳ. Đạo hàm theo thời gian của V sẽ là: . d ^ ^ d 2 2 d . T V E E E T E dt dt dt d ^ ^ T ^ 2 W A GC E A X E E T A GC E A X dt d ^ ^ T ^ 2 W E T A GC T A X E E T A GC E A X dt d ^ ^ T ^ 2 W E T A GC T E A X E E T A GC E E T A X dt d ^ ^ T ^ 2 W E T A GC T A GC E A X E E T A X dt ^ T ^ Tính riêng thành phần A X E ET A X : ^ i 0 0 / c 0 s eids ^ ^ 0 J / c 0 0 0 / c is eiqs Vì A và X ^ , E 0 J 0 0 0 e r r ^ 0 0 0 e r r ^ ^ ^ ^ Trong đó: eir ir ir , eir ir ir , e r r r , e r r r ^ T ^ T r eids eids r ^ ^ ^ T ^ T r eiqs eiqs r nên A X E E A X ^ . . ^ c e dr c e dr r r ^ ^ e qr e qr r r 58
  59. 2 ^ ^ ^ ^ e e e e c r is r is r r r r 2 ^ ^ ^ ^ ^ ^ e e c r is r is r r r r r r 2 ^ ^ e e c r is r is ^ ^ ^ d 2 (e e ) 2 Vậy W E T (A GC)T (A GC) E is r is r dt c ^ ^ (trong đó eis is is ,eis is is ) Ma trận khuếch đại G đã đ•ợc tính sao cho (A+GC) âm, vậy số hạng thứ nhất của đạo hàm sẽ là âm. Nếu cho tổng các số hạng còn lại bằng không thì đạo hàm của V sẽ xác định âm, mô hình quan sát từ thông có thích nghi tốc độ sẽ ổn định. ^ ^ ^ (e e ) Cân bằng hai số hạng còn lại ta đ•ợc: is r is r c Tốc độ động cơ có thể thay đổi rất nhanh. Vì vậy thực tế cần sử dụng sơ đồ tính tốc độ có thêm khâu tỷ lệ và tích phân đê cải thiện việc bám theo tốc độ thực: ^ ^ ^ ^ ^ K p (eis r eis r ) K (eis r eis r )dt I (3-1) ^ ^ P I trong đó KP và KI là các hệ số khuếch đại d•ơng bất kỳ. 59
  60. us is ĐC KĐB ^ r + - B C ^ is ^ A ^ Thuật toán tính toán tốc độ G Hình 3-2:Mô hình hệ thống không dùng cảm biến tốc độ ở dạng vectơ. Thông số đo đ•ợc từ động cơ ids iqs ^ ^ ^ i ds - P KP Mô hình ^ - ^ qr quan sát i ^ qs - K đủ bậc I I p ^ dr khối tính tốc độ Hình 3-3: Cấu trúc khối tính tốc độ. 60
  61. 3.2. Đánh giá ổn định của khâu tính toán tốc độ Sự ổn định của khâu tính toán tốc độ này đ•ợc thử nghiệm bằng thuyết Lyapunov. * Ph•ơng pháp trực tiếp Lyapunov để khảo sát ổn định hệ điều khiển phi tuyến: Còn gọi là ph•ơng pháp thứ hai của Lyapunov đ•ợc xây dựng từ cuối thế kỷ XIX. Sở dĩ gọi là ph•ơng pháp thứ hai vì ph•ơng pháp thứ nhất là ph•ơng pháp gián tiếp để giải nghiệm ph•ơng trình vi phân và dựa vào nghiệm ph•ơng trình vi phân để phân tích ổn định. Ph•ơng pháp thứ hai này xét ổn định trực tiếp từ ph•ơng trình vi phân mà không cần giải nghiệm của chúng. Cả hai ph•ơng pháp này đều đ•ợc đánh giá là những công trình toán học nổi tiếng của Lyapunov. Nó đ•ợc ứng dụng trong toán học, điều khiển học, cơ học và nhiều lĩnh vực khác. Một hệ điều khiển hay một hệ động lực học nói chung đều đ•ợc biểu diễn bằng một ph•ơng trình Côsi dạng: dx 1 F (x , x , , x ) dt 1 1 2 n dx 2 F (x , x , , x ) dt 2 1 2 n (3-2) dx n F (x , x , , x ) dt n 1 2 n Nội dung của ph•ơng pháp Lyapunov thứ hai: Dựa vào mối liên hệ của các hàm F1, F2, , Fn đ•ợc xây dựng khi xây dựng hàm Lyapunov. Dựa vào dấu của hàm Lyapunov và đạo hàm của hàm Lyapunov để xác định tính ổn định của hệ thống. Hàm Lyapunov và đạo hàm của nó: Hàm V(x1, x2, , xn) và V=0 tại x1= x2= = xn= 0 đ•ợc gọi là hàm Lyapunov. Đạo hàm của hàm V: 61
  62. dV V dx V dx V dx . 1 . 2 . n dt x1 dt x2 dt xn dt dV V V V .F1 .F2 .Fn dt x1 x2 xn dV W (x , x , x ) dt 1 2 n Biểu thức W cũng là một hàm phụ thuộc (x1, x2, , xn) .Nếu x1=x2= =xn= 0 thì W= 0 =dV/dt hay nói cách khác W(x1, x2, , xn) cũng là một hàm Lyapunov. Do vậy hàm W(x1, x2, , xn) cũng cần phải đ•ợc xác định dấu của nó trong một miền lân cận bao quanh gốc O. Việc xét t•ơng quan dấu của hàm V với dấu của hàm W sẽ đ•a đến các định lý về tính ổn định của hệ ph•ơng trình vi phân phi tuyến. Định lý Lyapunov về ổn định của hệ phi tuyến: “ ứng với hệ ph•ơng trình phi tuyến đã cho của một hệ điều khiển n biến x1, x2, , xn mà ta chọn đ•ợc một hàm Lyapunov V(x1, x2, , xn) để sao dV cho đạo hàm theo thời gian của nó (x , x , , x ) cũng có dấu xác dt 1 2 n định(hoặc dấu bất biến) nh•ng dấu của W ng•ợc với dấu của V thì hệ thống phi tuyến là ổn định ” Theo định lý trên ta chọn một hàm V nh• sau: ^ T Lm 2 V E E ( I ) Ls Lr K I Đạo hàm V theo thời gian có sử dụng (32) đ•ợc: ^ ^ 2 . 2K L (e e ) V E T (AT A)E p m is r is r Ls Lr V xác định d•ơng và đạo hàm của V xác định âm, vì vậy mô hình bộ quan sát từ thông sử dụng thuật toán tính toán thích nghi tốc độ có sơ đồ nh• hình 3-2 sẽ ổn định. 62
  63. Ch•ơng 4. Mô Phỏng đánh giá chất l•ợng 4.1. Tính toán các thông số động cơ. Ch•ơng này sẽ mô phỏng để kiểm nghiệm sự đúng đắn trong các tính toán ở ch•ơng tr•ớc với một động cơ có bảng thông số nh• sau: Thông số Giá trị Công suất định mức Pđm 2,2kW Số đôi cực 2.pc 4 Dòng từ hoá isd 5A Từ thông định mức đm 0,25Wb Điện trở stato Rs 1,26 Điện trở roto Rr 0,2 Điện cảm từ hoá Lm 50mH Mômen quán tính J 0,017 kgm2 Điện cảm rò phía stato Ls 4,7mH Điện cảm rò phía roto Lr 4,7mH Tính toán các đại l•ợng cần thiết cho việc mô phỏng. Điện cảm stato và rôto: Ls=Lr= Ls + Lm =54,7mH = 0,0547(H) Hằng số thời gian rôto: Tr=Lr/Rr=0,2735 Hằng số thời gian stato: Ts=Ls/Rs=0,0434 L 2 Hệ số tản từ: 1 m 0,1645 Ls .Lr Các hệ số khác sử dụng trong việc lập mô hình động cơ: 1 101,6074 Lm 63
  64. 1 1 1 1 111,1585 140,1007 18,5754 158,6761 Ls T Ts Tr T 0,0063 T 1 r 5,47 3,6563 Lm Tr 3p L p c m 2,7422 c 117,6471 2Lr J Bộ nghịch l•u: tuỳ thuộc vào tỷ lệ điện áp điều khiển, điện áp ra và độ trễ khi thực hiện chuyển đổi lệnh điều khiển mà ta có các thông số Knl, Tnl. Giả sử quán tính bộ nghịch l•u là 1ms tức 0,001 giây , khi điện áp vào là 10V thì điện áp ra là 220V tức là Tnl =0,001 và Knl = 220/10=22 L i A m sd0 3,6563 rd0Tr 1 B = rd0 + isd0 =30,4018 Lm 3 L p 2 C rd0 m c =80,6563 2Lr J 1 D A =162,3324 T 1 1 2Tnl .p 1 4Tc p Bộ điều chỉnh tốc độ: R . 2 . C 8Tc p 1 Tc p 1 2(Tnl 2Tc ) p Đơn giản hoá R 2 C.8Tc p 1 0,002p 1 0.4p 1 0,402p Nếu lấy T = 0.1s thì R 0,0124. . 0,0124 c 0.08 p 1 0.1p 0.08p 1 0,402p 1 0,402p Rút gọn R 0,0124 0.08p 6.4516p p D 162,3324 p 1 0.0062p Bộ điều chỉnh dòng isq: Ri sq K nl 4.891p 0.03013p 2 Tnl p Ls T p 1 1 0,0063p Bộ điều chỉnh dòng isd: Risd T 0,0308p 2K nl Tnl p Ls 64
  65. 4.2. Các b•ớc tiến hành mô phỏng Vì quá trình tìm hàm truyền của các bộ điều chỉnh Risd, Risq, R đều dựa trên các giả thuyết, đơn giản hoá và làm tròn nên kết quả tính toán sẽ chỉ là giá trị gần đúng.Do vậy ta sẽ lần l•ợt kiểm nghiệm và hiệu chỉnh các bộ điều chỉnh dòng điện và tốc độ, sau đó mới mô phỏng hệ thống biến tần - động cơ không đồng bộ với các bộ quan sát, tính toán khác. Mô hình toàn bộ hệ thống không dùng cảm biến tốc độ : Mc W Mc Clock Ids 0.0063s+1 22 1 t Uds 0.0308s 0.001s+1 2 W datkichtu Iqs Risd1 nghich luu 3.4 IsQS 0.6s+1 0.0062s+1 22 5.6 FIrQS Uqs Mux x 6.4516s 0.03013s 0.001s+1 FIrd 7 wQS datW Risq1 Rw1 nghich luu 8.9 IsDC bien Dongco 10 teta 11 FIrDC IsQS Ud dq/ab FIrQS Uq d alpha wQS 0 q Id Mux IsDC beta FIrq 0s Iq teta Khoitinhtocdo Hình 4-1:Mô hình hệ thống truyền động điện điều khiển động cơ không dùng cảm biến tốc độ. Hệ thống điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ gồm: động cơ thực đã đ•ợc mô hình hoá, có đầu vào từ các bộ điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh dòng điện qua nghịch l•u. Các tín hiệu đo đ•ợc là dòng và áp đ•ợc đ•a vào khâu tính tốc độ. 65
  66. Cấu trúc khối tính tốc độ: gồm một mô hình quan sát và một khâu tính tốc độ động cơ từ dòng động cơ, dòng tính toán và từ thông rôto. Ngoài ra còn có các bộ chuyển đổi toạ độ từ hệ toạ độ quay dq sang hệ toạ độ tĩnh và một khối tính góc quay từ tr•ờng từ r . Khâu quan sát sẽ đ•a kết quả tính đ•ợc gồm is và r sang khối tính tốc độ và r còn dùng để tính góc quay từ thông rôto phục vụ cho các bộ chuyển đổi toạ độ dq/ . Trong các tính toán ch•ơng tr•ớc, khi tính tốc độ, từ thông đều có các hằng số d•ơng tuỳ chọn là k, Kp , Ki . Hằng số k cho ma trận điều chỉnh sai lệch G, còn Kp, Ki là các hệ số khuếch đại và hằng số tích phân cho công thức tính tốc độ. Hình 4-2: Sơ đồ tổng quát khối tính các thông số is, r và . Khâu quan sát: Có cấu trúc nh• sau: ^ . ^ ^ X A X B.us G(is is ) 66
  67. IsQS 1 Demux 2 Us FIrQS 1 K*u 1 K*u B s Is C 2 A X AX W w 3 G Is G.Is k k w 4 Hình 4-3: Sơ đồ khối của khâu quan sát. Trong đó các ma trận: 1 B B1 0 ; B1 I b1I 111,1585.I Ls C I 0 Ma trận A là một khâu tính toán A A i A i A A 11 12 . s 11 s 12 r A21 A22 r A21is A22 r 1 1 A11 ar11I 158,6761.I Ts Tr 1 1 A12 I r J ar12 I a112 J371,5079.I 101,6074 .J Lm Tr Lm A21 I ar 21I 0,1828.I Tr 1 A22 I r J ar 22 I a122 J 3,6563.I .J Tr 67
  68. Hình 4- 4: Cách lập khối tính tích ma trận A.X A12. r = (ar12I +a112.J) r = (371,5079.I -101,6074 .J) . r Hình 4-5: Khối tính tích A12. r A22. r = (ar 22 + a122) r = (-3,6563.I + .J). r Hình 4-6: Khối tính tích A22. r Ma trận G đ•ợc thiết kế nh• sau: g1 g 2 g1is g 2is g 2 g1 is g 2is g1is Tích ma trận G và is: G.is . g3 g 4 is g3is g 4is g 4 g3 g 4is g3is 68
  69. Isa 1 Demux Isb Is g1 2 k x k g2 x4 x1 1 g3 G.Is 3 x5 w w g4 x2 SubSystem x6 x3 x7 Hình 4-7: Khối tính tích G.is Trong đó khối tạo g1, g2, g3, g4: g1 = (k-1)(ar11+ar22) =-162,3324(k-1) g2 = (k-1).a122 =(k-1). 2 2 g3 = (k -1)(c.ar11+ ar 21) -(k-1)c(ar11+ ar 22) =-1,3789(k -1)- 1,5976(k-1) g4 = - c(k-1)a122 =-0,00984.(k-1). k2-1 1 -1.3789 k x 1 1 k-1 -162.3324 1 g1 1 2 2 w x1 g2 -1.5976 3 g3 2 -0.00984 4 x2 g4 3 Hình 4- 8: Tính các phần tử của ma trận G 69
  70. Khối tính tốc độ: Dựa theo ph•ơng trình: ^ ^ ^ ^ ^ K p (eis r eis r ) K (eis r eis r )dt I IsaDC IsDC 1 DemuxIsbDC Kp Isa eias 2000 1 2 Demux x W IsQS Isb eibs 1 5 s x1 Ki tp FIrQS Ura 3 Demux Urb Hình 4-9: Sơ đồ cấu trúc khối tính tốc độ. Khâu tính góc quay từ thông rôto: Ura 1 Demux atan2 1 FIr Urb r 0r arctg rr 70
  71. Kết quả: *) Sai lệch giữa tốc độ thực và tốc độ tính toán đ•ợc theo dõi bằng đồ thị sau: - Khi không tải: toc do thuc 120 100 toc do tinh 80 60 40 20 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Hình 4-10: Đồ thị so sánh tốc độ thực tế và tính toán khi không tải. - Khi có tải: đặt thử một tải Mc = 5.7Nm vào hệ thống 120 100 80 60 40 20 0 -20 -40 -60 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Hình 4-11: Đồ thị so sánh tốc độ thực tế và tính toán khi có tải. 71
  72. Nhận xét: Hai đ•ờng tốc độ tính toán và thực tế gần trùng nhau chứng tỏ bộ quan sát làm việc khá tốt kể cả khi không tải lẫn có tải. 15 dong Isa thuc 10 5 0 -5 sai lech -10 dong Isa tinh toan -15 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Hình4-12: Sai lệch dòng is 15 dong Isb tinh toan 10 5 0 -5 sai lech -10 dong Isb thuc -15 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 72
  73. Hình 4-13: Sai lệch dòng is tu thong thuc 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 -0.05 -0.1 -0.15 sai lech -0.2 -0.25 tu thong tinh toan 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Hình 4-14: Sai lệch từ thông rôto r . tu thong thuc 0.25 0.2 0.15 sai lech 0.1 0.05 0 -0.05 -0.1 -0.15 -0.2 -0.25 tu thong tinh toan 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Hình 4-15: Sai lệch từ thông rôto r . 73
  74. 160 toc do thuc 140 120 toc do tinh toan 100 80 60 40 sai lech 20 0 -20 -40 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Hình 4-16: Sai lệch tốc độ 74
  75. Kết luận Hệ thống điều khiển động cơ không đồng bộ không dùng cảm biến tốc độ có nhiều •u điểm so với hệ thống truyền động điện kinh điển sử dụng máy phát tốc độ cả về mặt kinh tế và kỹ thuật. Việc nghiên cứu phát triển hệ thống này có tính thời sự, khoa học, góp phần giải quyết những vấn đề kỹ thuật cho những hệ thống truyền động điện làm việc trong những điều kiện đặc biệt cũng nh• giảm giá thành của hệ thống truyền động điện động cơ xoay chiều. Bản đồ án đã góp phần vào việc hoàn thiện, nâng cao chất l•ợng của hệ thống điều khiển động cơ không sử dụng cảm biến tốc độ, đã đề xuất một ph•ơng pháp tính tốc độ và từ thông rôto. Với sự phân tích lý thuyết và kết quả mô hình hoá đã có thể khẳng định thuật toán đ•ợc đề xuất không yêu cầu bát kỳ một điều kiện phụ nào và độc lập với hệ thống điều khiển động cơ không đồng bộ, chỉ cần biết các thông tin về điện áp và dòng điện stato động cơ, do vậy dễ dàng thực hiện trong thực tế. Trên cơ sở nghiên cứu tính ổn định và hội tụ của mô hình tính từ thông rôto đã đề ra một ph•ơng pháp cho phép lựa chọn nhanh và chính xác ma trận phản hồi sai lệch của mô hình tính toán từ thông, đảm bảo tính ổn định, tốc độ hội tụ với mọi tốc độ ở hai chiều quay của động cơ. Kết quả lý thuyết cũng nh• thực nghiệm đã khẳng định độ chính xác tính toán tốc độ và từ thông rôto không phụ thuộc vào sơ kiện của mô hình tính toán cũng nh• của động cơ. Thuật toán tính toán tốc độ và từ thông rôto đã đ•ợc kiểm nghiệm về lý thuyết bằng ứng dụng cho hệ thống điều khiển vectơ trực tiếp động cơ không đồng bộ. Thuật toán đã đề xuất cung cấp đầy đủ thông tin của vectơ từ thông cho phép đơn giản cấu trúc của hệ thống điều khiển. Thuật toán tính toán tốc độ và từ thông rôto đã đ•ợc kiểm nghiệm trong mô hình thực nghiệm hệ thống truyền động điện biến tần - động cơ không đồng bộ trên máy tính. Toàn bộ hệ thống đã đ•ợc mô phỏng bằng ngôn ngữ - Matlab- Simulink và chạy trên máy tính. 75
  76. Các kết quả mô hình hoá trên máy tính cho thấy đã có đủ cơ sở để khẳng định hệ thống truyền động điện không dùng cảm biến tốc độ với thuật toán tính toán tốc độ và từ thông rôto đã đề xuất trong luận án hoàn toàn có thể áp dụng đ•ợc trong thực tế do đặc tính đó có các đặc tính tĩnh và động tốt và có độ chính xác cao nh• các hệ thống kinh điển dùng máy phát tốc độ. H•ớng nghiên cứu tiếp của đề tài là xây dựng thuật toán nhận dạng thích nghi tham số động cơ. Ta biết điện trở stato và rôto thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ động cơ, vì vậy rất khó sử dụng giá trị chính xác cho tính toán. Ta sẽ đề xuất một cải tiến của sơ đồ tính toán từ thông rôto để giải quyết vấn đề trên. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Điện - Điện Tử tr•ờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và tận tình giúp đỡ để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Đặc biệt cảm ơn ThS. Phạm Tâm Thành giảng viên tr•ờng Đại Học Hàng Hải Việt Nam ng•ời h•ớng dẫn em đã tận tình giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Em mong đ•ợc sự góp ý của thầy cô cùng các bạn để em có thể hoàn thiện hơn cuốn đồ án này Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn ! 76
  77. Tài liệu tham khảo 1. Nguyễn Phùng Quang (1996), Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha,Nhà xuất bản Giáo Dục. 2. Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải, Nguyễn Văn Liễn, D•ơng Văn Nghi (1999), Điều chỉnh tự động truyền động điện, Nhà xuất bản Khoa Học và Kĩ Thuật. 3. Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Mạnh Tiến, Đoàn Quang Vinh (2005), Điều khiển động cơ xoay chiều cấp từ biến tần bán dẫn, Nhà xuất bản Khoa Học và Kĩ Thuật. 4. Nguyễn Phùng Quang (2005), Matlab & Simulink dành cho kĩ s• điều khiển tự động, Nhà xuất bản Giáo Dục. 77