- ĐINH ANH TUẤN CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTOR LỒNG SÓC Ở VÙNG TRÊN TỐC ĐỘ ĐỒNG BỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN Chuyên ngành: Thiết bị và hệ thống điều khiển tự động Mã số TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2012 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: GS. - TS Đào Văn Tân Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại phòng 318 C1 trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Vào hồi 9 giờ, ngày 27 tháng 7 năm 2012 Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc Gia Thư viện Tạ Quang Bửu DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN [1] Đinh Anh Tuấn, Nguyễn Phùng Quang (2010), Cải thiện chất lượng truyền động không đồng bộ bằng cấu trúc tách kênh trực tiếp, sử dụng Kalman Filter để quan sát từ thông, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, tr.56-61, Các Trường ĐH Kỹ Thuật. - [2] Đinh Anh Tuấn, Nguyễn Phùng Quang, Phạm Ngọc Tiệp (2010), Cải thiện chất lượng truyền động không đồng bộ trong các cơ cấu chấp hành có hiện tượng bão hòa từ, Hội nghị cơ điện tử ĐH Bách Khoa TP. - Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại. - Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện. - MỞ ĐẦU Lĩnh vực điều chỉnh tự động truyền động điện xoay chiều ba pha đã đi qua một chặng đường dài. - các thiết bị phần cứng ngày một nâng cao về dung lượng bộ nhớ, tốc độ xử lý, số lượng cổng giao tiếp vào/ra và nhu cầu đòi hỏi công việc thiết kế hệ thống tối giản nhưng hiệu quả và chất lượng cao được đặt ra. - Theo trào lưu đó, đề tài này được thực hiện nhằm tìm tòi, đóng góp một phương pháp mới khắc phục một số những thiếu sót và hạn chế còn lại trong thiết kế hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện xoay chiều ba pha nhất là các hạn chế khi động cơ xảy ra hiện tượng bão hòa từ thông Ψ, vận hành ở chế độ làm việc phi tuyến ở vùng trên tốc độ đồng bộ với điều kiện gia tốc nhanh và bị giới hạn các giá trị dòng/áp. - Vì vậy, tác giả chọn đề tài: “Cải thiện chất lượng truyền động điện động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc ở vùng trên tốc độ đồng bộ bằng phương pháp điều khiển phi tuyến”. - Bố cục của luận án được chia thành 5 chương: Chương 1 tổng quan các vấn đề trong điều khiển động cơ KĐB nhất là khi xét tới hiện tượng bão hòa từ thông, từ đó tổng hợp lại các vấn đề còn tồn tại cần tiếp tục nghiên cứu. - Chương 2 mô hình hóa động cơ KĐB với cấu trúc mới đã mang cả đặc điểm phí tuyến tham số lẫn cấu trúc. - Chương 3, giới thiệu phương pháp thiết kế phi tuyến tách kênh trực tiếp có gán điểm cực, thích nghi. - phương pháp thiết kế bộ điều chỉnh backstepping trên cơ sở tiêu chuẩn ổn định Lyapunov. - Thiết kế bộ điều khiển phản hồi trạng thái (tách kênh) trên cơ sở mô hình mới. - Chương 4 tổng hợp các bộ điều chỉnh dòng ,dqiiµµ. - Thiết kế các bộ điều chỉnh vòng ngoài và quan sát từ thông rotor. - 1 TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Bài toán giải quyết hoàn hảo việc điều khiển động cơ không đồng bộ (KĐB) vẫn không dừng lại mà nó dần chuyển sang một hình thái khác, nhằm tìm ra những phẩm chất mới… Với động cơ KĐB một 1 thách thức quan trọng là mô hình động học của nó có dạng phi tuyến, trong đó: mô hình động cơ có đặc điểm là phi tuyến cấu trúc và có đặc điểm phi tuyến cả tham số lẫn cấu trúc do bão hòa từ gây nên. - Khi ứng dụng phương pháp điều khiển tựa theo từ thông rotor người ta đã giả thiết các tham số ωs không đổi trong một chu kỳ trích mẫu và tuyến tính hoá gần đúng trong một chu kỳ cho mô hình gián đoạn nghĩa là có hệ số hằng trong một chu kỳ trích mẫu và hệ số hàm trong toàn dải. - Nhưng trong chế độ vận hành phi tuyến của động cơ, giả thiết như vậy không còn phù hợp nữa. - Chế độ vận hành phi tuyến là chế độ mà tại đó các biến điều khiển và/hoặc biến trạng thái bị giới hạn dẫn đến trạng thái bão hòa. - Chế độ vận hành phi tuyến của động cơ KĐB khi điều khiển tối ưu mômen xảy ra khi cần gia tốc hoặc hãm động cơ với tốc độ đáp ứng cao trong cả ba vùng làm việc danh định, suy giảm từ thông phía thấp và phía cao (trên tốc độ đồng bộ). - Để tận dụng tối đa hiệu quả của mạch từ thì điểm làm việc định mức của động cơ trên đường đặc tính từ hóa thường được chọn rất gần với vùng bão hòa. - Tại vùng làm việc danh định và suy giảm từ thông phía thấp thì ngoài biến điều khiển là điện áp bị giới hạn còn có biến trạng thái dòng điện cũng đi vào bão hòa. - Trong chế độ xác lập, bản thân vùng làm việc thường xuyên của từ thông đã không phải là tuyến tính. - Trong vùng điều khiển từ thông không đổi khi có sự gia tăng quá độ của giá trị từ thông vào vùng bão hòa do nhiễu tác động… trong điều kiện không còn dự trữ điện áp để đảm bảo quá trình động học mômen diễn ra nhanh sẽ dẫn đến nguy cơ suy giảm chất lượng điều khiển và tính ổn định của hệ trong những khoảng thời gian ngắn hạn và tức thời. - Khi biến điều khiển bị bão hòa sẽ dẫn đến hiện tượng mất khả năng điều khiển dòng tạo mômen isq và do đó làm cho tần số góc stator ωs không còn khả năng kiểm soát và như vậy các giả thiết cho phép ωs là hằng số trong một chu kỳ trích mẫu không còn thỏa mãn các điều kiện giả thiết cho các phương án xây dựng thuật toán của bộ điều chỉnh dòng tuyến tính hay phi tuyến. - Ngoài ra, để áp đặt nhanh mômen quay trên cơ sở điều chỉnh dòng stator ta phải thực hiện giải pháp tách kênh gián tiếp nhờ các bộ điều chỉnh dòng. - 1.2 Tổng quan các phương pháp điều khiển động cơ KĐB, các vấn đề còn tồn tại và cần tiếp tục nghiên cứu Hình 1.1 dưới đây cho phép khái quát về các phương pháp thiết kế ĐK vector dòng stator hiện nay. - 2 Hình 1.1 Khái quát về các phương pháp thiết kế ĐK vector dòng si Hình 1.2 dưới đây cho phép khái quát về các công trình nghiên cứu sử dụng mô hình có bão hòa từ (tham số phi tuyến) hiện nay. - Hình 1.2 Khái quát về các công trình nghiên cứu sử dụng mô hình có bão hòa từ (tham số phi tuyến) Các vấn đề còn tồn tại cần tiếp tục nghiên cứu là. - Vấn đề cải thiện chất lượng truyền động ở vùng trên tốc độ đồng bộ trong chế độ vận hành phi tuyến. - Vấn đề thực hiện cách ly hoàn toàn dòng tạo từ thông và dòng tạo mômen quay trong toàn dải làm việc. - Vấn đề bão hòa từ thông hoặc khi điều kiện làm việc thay đổi đặc biệt là nhiệt độ dẫn đến thay đổi giá trị điện trở rotor. - 3 2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTOR LỒNG SÓC 2.1 Mô hình hóa động cơ không đồng bộ không xét đến hiện tượng bão hòa từ thông Để mô hình hóa động cơ KĐB khi không xét đến hiện tượng bão hòa từ thông, ta phải chấp nhận các điều kiện sau đây: các cuộn dây stator bố trí đối xứng. - bỏ qua tổn hao sắt từ và sự bão hòa từ. - Ta có hệ phương trình điện áp và từ thông như sau. - (2.2) 2.2 Mô hình hóa động cơ không đồng bộ có xét đến hiện tượng bão hòa từ thông a) b) Hình 2.2 a) Sơ đồ thay thế tương đương dạng chữ T của động cơ KĐB b) Dạng hàm xấp xỉ của đường đặc tính từ hóa Đường đặc tính từ hóa hình 2.2b có dạng ( )10m, m,sat T Ti f ,L ,L. - Dòng điện từ hóa iµ tạo nên từ thông móc vòng chính Ψ trong động cơ, có dạng: sri iiµ. - αjβjqψiµdiµqiµiµβiµαsωsϑrψ Hình 2.3 Biểu diễn vector dòng từ hóa iµ trên hệ tọa độ βα và dq 2.2.1 Thành lập các phương trình từ thông stator và rotor Biểu thức của từ thông stator và rotor ,ssΨΨ có dạng: 00sd s sd d s sd d d dq q dsq s sq q s sq q q dq d qLi Li Mi MiLi Li Mi Miσ σ µµσ σ µµψψ ψψψ ψ. - ,,d q dqMMM là hỗ cảm thành phần trục d, q và hỗ cảm ngang trục 2.2.2 Định nghĩa tham số đặc trưng cho hiện tượng bão hòa từ của động cơ Tham số từ trường tĩnh đặc trưng cho điểm làm việc của động cơ trên đặc tính từ hóa: /miµ= Ψ, các hệ số có ích khác. - Thành lập mô hình điều khiển cho động cơ không đồng bộ có xét đến hiện tượng bão hòa từ thông Xét sơ đồ tương đương chữ T của động cơ KĐB hình 2.4: Hình 2.4 Sơ đồ thay thế tương đương dạng chữ T của động cơ KĐB minh họa hiện tượng bão hòa từ thông Dòng iµ được tính từ các giá trị của sd sqi ,i trên hình 2.5: Hình 2.5 Mô hình tính ,dqiiµµ trong Matlab/Simulink từ ,sd sqii và rdψ với 0rqψ= Khử dòng rotor cũng như từ thông stator dẫn đến hệ phương trình mô tả động cơ KĐB có xét đến hiện tượng bão hòa từ thông như sau. - Hệ (2.2) và (2.28) đều có thể được viết dưới dạng: ssdxxu xdtω=Α +Β +Ν (2.30) Mô hình động cơ KĐB cho hai trường hợp không và có xét tới hiện tượng bão hòa từ thông trên hệ tọa độ dq hình 2.6 như sau: 6 Hình 2.6 Đặc điểm phi tuyến của mô hình động cơ KĐB trên hệ tọa độ dq Ngoài ra, phương trình mômen, chuyển động của động cơ có dạng: 32M p rd qrmmz iLµσψ=. - Khảo sát mô hình của động cơ khi không xét tới hiện tượng bão hòa từ thông thể hiện ở mô hình phi tuyến cấu trúc (2.2. - Thành lập mô hình toán có xét đến yếu tố này thể hiện ở mô hình mang cả đặc điểm phi tuyến cấu trúc lẫn tham số (2.28). - 3 TUYẾN TÍNH HÓA CHÍNH XÁC VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ADAPTIVE BACKSTEPPING 3.1 Tổng quan về phương pháp tuyến tính hóa chính xác hệ phi tuyến 3.1.1 Ý tưởng tuyến tính hoá chính xác (TTHCX) Với ý tưởng chính là chuyển tọa độ cho đối tượng phi tuyến bằng bộ điều khiển phản hồi trạng thái sao cho hệ kín trở thành tuyến tính. - Hình 3.1 Hệ tuyến tính với vector trạng thái và đầu vào mới Xét hệ phi tuyến MIMO như sau. - Xác định ma trận: ()px • Xây dựng bộ điều khiển. - Tuyến tính hóa chính xác và gán điểm cực Với aki, k = 1, 2. - rk là những hệ số được xác định từ các điểm cực cho trước dẫn đến bộ điều khiển thích hợp là: 11. - (3.20) 3.2 Thiết kế bộ điều khiển theo phương pháp cuốn chiếu - Backstepping Từ hàm ĐK Lyapunov ta dễ dàng xác định được bộ điều khiển phản hồi ( )uxα= để
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt