- 1 1.1.2 .MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐỘNG CƠ KĐB-RTLS. - MÔ HÌNH TRẠNG THÁI LIÊN TỤC CỦA ĐỘNG CƠ KĐB-RTLS6 1.1.3.1 MÔ HÌNH TRẠNG THÁI LIÊN TỤC CỦA ĐỘNG CƠ KĐB-RTLS TRÊN HỆ TỌA ĐỘ CỐ ĐỊNH STATOR. - 7 1.1.3.2 MÔ HÌNH TRẠNG THÁI LIÊN TỤC CỦA ĐỘNG CƠ KĐB-RTLS TRÊN HỆ TỌA ĐỘ TỪ THÔNG ROTOR. - CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ KĐB. - CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA. - ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ KĐB. - 13 1.2.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KĐB. - 13 1.2.3 CÁC PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ KĐB. - 16 CHƯƠNG II TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KĐB 19 2.1. - CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN TÁCH KÊNH TRỰC TIẾP DÀNH CHO ĐỘNG CƠ KĐB. - 31 CHƯƠNG III :ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI MỜ CHO ĐỘNG CƠ KĐB BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ MỜ 38 3.1. - CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PID CHỈNH ĐỊNH MỜ CHO ĐỘNG CƠ KĐB BA PHA. - 43 3.2.1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KĐB TRONG MATLAB SIMULINK. - 50 3.2.2.1 MÔ HÌNH GIÁN ĐOẠN CỦA ĐCKĐB TRÊN HỆ TỌA ĐỘ TỪ THÔNG ROTOR (dq. - 73 3.2.2.3 ĐIỀU KHIỂN LOGIC MỜ PID CHO ĐỘNG CƠ KĐB. - và dq Hình 1.3: Sơ đồ khối mô hình của động cơ KĐB-RTLS trên hệ toạ độ dq Hình 1.4: Mô hình phi tuyến của động cơ KĐB-RTLS trên hệ toạ độ dq …………10 Hình 1.5: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ Hình 2.1: Cấu trúc tổng quát một hệ điều chỉnh Hình 2.2: Đặc tính quá độ của hệ thống Hình 2.3: Đặc tính tần của hàm truyền kín tối ưu Hình 2.4: Sơ đồ mô tả động cơ trên hệ toạ độ dq tuyến tính hoá quanh điểm làm việc…21 Hình 2.5: Sơ đồ cấu trúc khi r = const. - Lí do chọn đề tài: Điều khiển truyền động điện động cơ điện không đồng bộ (ĐCKĐB) là lĩnh vực được nghiên cứu từ nhiều thập kỷ. - Các cấu trúc điều khiển cho động cơ xoay chiều ba pha rất đa dạng, phong phú. - Xuất phát từ những luận điểm đã nêu trên, đề tài của luận văn được lựa chọn là: “Điều khiển thích nghi cho động cơ không đồng bộ”. - Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu -Nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ vào việc chỉnh định các tham số bộ điều chỉnh PID điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha trong trường hợp điện trở roto thay đổi. - -Xây dựng mô hình và mô phỏng trên Matlab – Simulink 3. - Dưới là cách biểu diễn qui ước các đại lượng điện của động cơ bằng một vector hai chiều trên hệ toạ độ. - và dq 4 1.1.2 .MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐỘNG CƠ KĐB-RTLS Trước tiên ta tìm cách mô tả mô hình toán học của động cơ KĐB-RTLS bằng các phương tŕnh được viết trên chính hệ thống các cuộn dây stator và rotor. - (1.12) mM, mw: mômen của động cơ và tải J: momen quán tính. - MÔ HÌNH TRẠNG THÁI LIÊN TỤC CỦA ĐỘNG CƠ KĐB-RTLS Các phương trình mô tả động học của động cơ KĐB-RTLS được viết trên hệ tọa độ của chính hệ thống cuộn dây stator và rotor .Với mỗi phương pháp thiết kế bộ điều khiển thì việc chọn hệ toạ độ để mô tả ĐC là rất quan trọng, quyết định đến chất lượng của bộ điều khiển .Riêng với phương pháp điều khiển dựa trên từ thông rotor thì về lý thuyết có thể thiết kế bộ điều khiển trên bất cứ hệ tọa độ nào, bởi vì đặc tính năng lượng của động cơ là không đổi khi thay đổi hệ tọa độ. - Phương trình điện áp rotor (mạch rotor là ngắn mạch nên điện áp mạch rotor bằng không) krkkrkrrjdtdiR Dưới đây ta sẽ mô tả động cơ KĐB-RTLS trên hai hệ toạ độ rất quen thuộc trong các bài giảng về ĐC. - 1.1.3.1 MÔ HÌNH TRẠNG THÁI LIÊN TỤC CỦA ĐỘNG CƠ KĐB-RTLS TRÊN HỆ TỌA ĐỘ CỐ ĐỊNH STATOR Hệ toạ độ cố định. - MÔ HÌNH TRẠNG THÁI LIÊN TỤC CỦA ĐỘNG CƠ KĐB-RTLS TRÊN HỆ TỌA ĐỘ TỪ THÔNG ROTOR Hệ toạ độ dq là hệ quay với vận tốc góc là s so với hệ toạ độ. - Kết hợp hai phương trình trên với các phương trình từ thông: frrfsmfrfrmfssfsiLiLiLiL Ta sẽ có được mô hình của động cơ KĐB-RTLS được mô tả bằng hệ phương trình sau rqrrdssqrmrqrqsrdrsdrmrdsqsrqmrrdmsqrssdssqsdsrqmrdmrsqssdrssdTiTLdtdTiTLdtduLLTLiTTidtdiuLLLTiiTTdtdi Cuối cùng, ta có phương trình mômen quay sqrdrmpMiLLzm Như vậy ta có sơ đồ khối của động cơ KĐB-RTLS trên hệ tọa độ dq như hình (H1.3), với mrdrdL. - squ sdu s r s rsTTT111 víi Mm 'rd sqi sdi Hình 1.3: Sơ đồ khối mô hình của động cơ KĐB-RTLS trên hệ toạ độ dq 10 Để thấy được bản chất phi tuyến vể cấu trúc của động cơ KĐB-RTLS trên hệ tọa độ dq thì ta có thể viết lại phương trình (1.23) dưới dạng mô hình trạng thái sau: f fs sdx udt. - N N BF AF sfsu dtdfx fx Hình 1.4:Mô hình phi tuyến của động cơ KĐB-RTLS trên hệ toạ độ dq 11 Từ mô hình ta thấy, ngoài hai đại lượng đầu vào sqsduu , còn thêm một đầu vào là s. - là vận tốc góc của trục rotor, phụ thuộc vào trạng thái của mô hình. - Do đó từ (1.25) ta thấy đặc điểm phi tuyến của động cơ KĐB-RTLS thể hiện ở các điểm sau. - Đây là đặc điểm thể hiện tính phi tuyến cấu trúc của động cơ. - CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ KĐB 1.2.1. - CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA 1.2.1.1 CẤU TẠO *Cấu tạo phần tĩnh (stato): Gồm vỏ máy, lõi sắt và dây quấn a) Vỏ máy: Thường làm bằng gang. - 1.2.1.2 .ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ KĐB -Cấu tạo đơn giản. - n1 tốc độ quay từ trường quay của stato (tốc độ đồng bộ của động cơ ) 1.2.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KĐB Khi nối dây quấn stato vào lưới điện xoay chiều ba pha, trong động cơ sẽ sinh ra một từ trường quay. - Đây cũng chính là phương trình tốc độ của động cơ. - PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ Công suất điện từ của động cơ : Pđt=3I22. - Bên cạnh những ưu điểm động cơ không đồng bộ ba pha cũng có các nhược điểm sau. - Ta đã đưa ra mô hình động cơ viết trên hệ tọa độ tổng quát uv và các mô hình viết trên các hệ tọa độ đặc biệt αβ, dq phục vụ cho công tác thành lập mô hình gián đoạn ở chương sau. - 19 CHƯƠNG II TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KĐB 2.1. - TUYẾN TÍNH HÓA MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ Hệ phương trình (1.23) mô tả động cơ hệ phương 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 phương pháp thông thường được. - Do vậy ta phải dùng phương 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 dưới là 0). - (2.1) Từ đó ta có sơ đồ cấu trúc động cơ đã tuyến tính hoá: Hình 2.4: Sơ đồ mô tả động cơ trên hệ toạ độ dq đã tuyến tính hoá quanh điểm làm việc Lm . - Khi đó giống như điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều, ta sẽ theo luật từ thông không đổi nhánh từ hoá rd có rd = 0. - T1+Tp mL1rd0 1 Ls 23 Hình 2.6: Mô hình sau khi đã biến đổi. - Ls A 24 Hình 2.7: Tổng hợp các mạch vòng dòng điện và tốc độ. - Nhận thấy tương tự như khi tổng hợp mô hình động cơ một chiều, khâu phản hồi B giống khâu phản hồi sức điện động. - 26 Lúc đó mạch (2-4) có dạng: Hình 2.8: Nhánh kích từ của mô hình động cơ trên hệ toạ độ dq. - Hình 2.9: Biến đổi nhánh kích từ. - Do đó, lý thuyết điều khiển tuyến tính và mô hình tuyến tính đã có nhiều ứng dụng trong khảo sát, thiết kế hệ thống điều khiển. - CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN TÁCH KÊNH TRỰC TIẾP DÀNH CHO ĐỘNG CƠ KĐB *Tính phi tuyến của mô hình dòng điện ĐCKĐB Tính phi tuyến của động cơ được thể hiện rõ ràng bởi phương trình: Do phương pháp truyến tính hóa chính xác yêu cầu đầy đủ thông tin về biến trạng thái,nên ta chỉ tuyến tính hóa chính xác mô hình dòng điện. - Ta có mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha: Hai phương trình đầu của hệ trên mô tả mô hình dòng điện của động cơ và được bổ sung thêm phương trình góc quay ϑs thành hệ mới có dạng: Ta kí hiệu một số biến và tham số tạm thời như sau. - Biến đầu vào: 32 + Biến đầu ra: Hệ trên trở thành: Hay: Đưa về dạng thu gọn: Trong đó: Mô hình này sẽ được sử dụng để thiết kế vòng điều khiển dòng phi tuyến theo nguyên lý tuyến tính hóa chính xác. - Dưới đây là cấu trúc điều khiển vòng trong mới bổ sung thêm hai khối có tách kênh trực tiếp sử dụng phương pháp tuyến tính hóa chính xác: 37 38 CHƯƠNG III ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI MỜ CHO ĐỘNG CƠ KĐB BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ MỜ 3.1. - PHƯƠNG PHÁP CHỈNH ĐỊNH MỜ CỦA ISAKA, ZHAO, TOMIZUKA Mô hình tóan học của bộ điều khiển PID là. - DDpKTK Hình 3.1: Bộ chỉnh định mờ. - 24mT3usw2usv1usu Hình 3.8: Mô hình ĐCKĐB trên hệ tọa độ αβ 6n5omega4mM3P'rd2isq1isdabdqad. - 24mT3usw2usv1usu Hình 3.9: Mô hình ĐCKĐB trên hệ tọa độ dq 46 3Theta2ws1P'rdz1isdxisqxwk1k2k3k4SubSystemisdK3p'rdMHTTisqp'rdK4wrMHTQK1K2usdusqwswp'rdisdisqMHDT5w4isq3isd2usq1usdisd*r(k)isd*(k-1)isd*(k)x(k)x(k-1)1isd*rz1z1z1-K-VD1xx(k-1)x(k)isqs(k)isqs(k-1)isqsr(k)1isq*rz1z1z1-K-VD1xHình 3.10: Sơ đồ cấu trúc khối điều khiển từ thông (PI) Hình 3.11: Sơ đồ cấu trúc khối điều khiển tốc độ (PI) Hình 3.12: Sơ đồ cấu trúc khâu quan sát từ thông ĐCKĐB 47 Mô hình ĐCKĐB trên hệ tọa độ αβ khi sử dụng Matlab Simulink Dựa vào hệ phương trình điện áp đầy đủ của ĐCKĐB và sơ đồ cấu trúc, ta hoàn toàn có thể xây dựng được một block mới trên Simulink có đầy đủ những tính chất của một động cơ. - Scope20ConstantusuusvuswmTisaisb|P'rd|mMomeganMASM_ab usuusvuswAC n(rp m )is b (A )m Mis a(A) Hình 3.14: Đặc tính bão hòa của ĐCKĐB trên hệ tọa độ αβ Mô hình ĐCKĐB trên hệ toạ độ dq khi sử dụng đồ hoạ Simulink (hình 3.16) 49 Dựa vào hệ phương trình điện áp đầy đủ của ĐCKĐB và sơ đồ cấu trúc, ta hoàn toàn có thể xây dựng được một block mới trên Simulink có đầy đủ những tính chất của một động cơ. - 24mT3usw2usv1usu Hình 3.15: Mô phỏng mô hình ĐCKĐB ở chế độ không tải và không có điều khiển. - Mục đích của việc xây dựng mô hình gián đoạn là thiết kế các khâu điều chỉnh .Trước tiên ta thiết kế khâu quan sát từ thông Chúng ta hãy xem xét đến mô hình liên tục của ĐCKĐB trên hệ toạ độ từ thông Rotor. - Ta có hệ phương trình cơ bản của động cơ trên hệ toạ độ dq. - Mô hình (2.28) và (2.29) là mô hình cơ điện đầy đủ của ĐCKĐB trong trường hợp động cơ được nuôi bằng biến tần nguồn áp .Hệ phương trình (2.28) có thể được viết lại dưới dạng mô hình trạng thái trong phương trình (2.30). - trong đó: fsu, fx, fA, fB, N, s là các vector đã được định nghĩa hoàn toàn tương tự như mô hình động cơ khi có xét đến đặc tính từ hoá. - Mô hình (3.14) có thể được viết lại dưới dạng tường minh hơn bằng các ma trận con như sau. - Khâu quan sát là mô hình quen thuộc được mở rộng thêm phần hiệu chỉnh sửa sai. - Hình 3.17:Cấu trúc cơ bản của khâu quan sát. - Trong đề tài này, đối tượng của chúng ta cần quan tâm đến là động cơ dị bộ xoay chiều ba pha. - Do vậy ta cần xây dựng mô hình khâu quan sát từ thông(hay còn gọi là khâu quan sát Luenberger) để có thể ước lượng được từ thông r. - Khâu quan sát từ thông trên hình 2.10 được xây dựng trên cơ sở có đo tốc độ quay. - Từ mô hình 2.10 ta có phương trình. - Từ đó ta dẫn đến mô hình khâu quan sát không có đo tốc độ như sau. - Hình 3.19: Cấu trúc khâu quan sát không đo tốc độ. - Từ sơ đồ cấu trúc của khâu quan sát có đo tốc độ quay, ta có thể tính đầu ra của mô hình một cách tổng quát như phương trình (2.38). - Với ma trận K (k>0) được xác định như (3.5) ta đi đến xây dựng mô hình của khâu quan sát khi có đo tốc độ trên hệ toạ độ cố định trên sator. - Hình 3.20: Mô hình khâu quan sát liên tục trên hệ toạ độ cố định trên Stator. - Hình 3.21: Cấu trúc khâu quan sát Luenberger. - Từ sơ đồ cấu trúc hình 3.2 ta tính được đầu ra của mô hình một cách tổng quát sau. - Sẽ đáp ứng được đủ những yêu cầu trên.Chúng ta xem xét sơ đồ cấu trúc hình 3.3 của khâu quan sát trên hệ toạ độ từ thông Rotor. - Hình 3.22: Sơ đồ cấu trúc của khâu quan sát khi có đo tốc độ quay. - sqsdsqsdsqsdsqsdsqsdsikikikikikikikikiikkkkkkkkiK Hình 3.23:Sơ đồ tính ma trận [K si~] c. - Chúng tôi xin trình bày phương pháp xây dựng sơ đồ khối simulink Hình3.24: Mô hình thực hiện trên Simulink của khâu quan sát liên tục trên hệ ab. - Đây là những biến trung gian được định nghĩa để sử dụng trong mô hình của khâu quan sát liên tục trên hệ toạ độ ab. - Kết hợp cấu trúc cơ bản của khâu quan sát, ta hoàn toàn xây dựng được dễ dàng mô hình trên dựa vào mô hình của ĐCKĐB trên hệ toạ độ ab đã được thực hiện trong phần 2.1.4. - Dựa vào sơ đồ hình 3.3 chúng ta xây dựng được khối quan sát từ thông trên dq dưới đây. - usdusqisdisqwP'rdwsThetanDiscrete_Observer3Theta2ws1P'rdz1isdxisqxwk1k2k3k4SubSystemisdK3p'rdMHTTisqp'rdK4wrMHTQK1K2usdusqwswp'rdisdisqMHDT5w4isq3isd2usq1usd 65 Hình 3.26: Mô hình dòng của khâu quan sát trên hệ toạ độ dq. - Hình 3.27: Mô hình từ thông của khâu quan sát trên hệ toạ độ dq. - Khối Constant có giá trị bằng 0,001 được giải thích hoàn toàn tương tự như mục 2.3.1 để thể hiện hiện tượng từ dư của động cơ Hình 3.28: Mô hình tính tốc độ Rotor của khâu quan sát. - Như đã trình bày ở phần trên chúng ta có phương trình trạng thái mô tả động cơ xCiuBxAdtxdss Chúng ta có phương trình trạng thái của phần quan sát. - 69 Từ đây chúng ta có thể xác định được sai lệch giữa khâu quan sát với đối tượng mô hình chuẩn ( động cơ. - Để thiết kế khâu quan sát thoả mãn điều kiện trên ở đây chúng tôi thiết kế theo phương pháp thích nghi với mô hình chuẩn - (MRAS) ystemS daptiveA eferenceR odelM( ở đây chúng ta lấy động cơ làm mô hình chuẩn ) như đã đề cập ở phần 2.2. - Bằng phương pháp thực nghiệm chúng ta đã dịch điểm cực của khâu quan sát làm việc với mô hình mẫu (động cơ). - Chúng tôi biết rằng vận tốc của động cơ có thể thay đổi nhanh vì vậy để xác định được tốc độ vˆ chúng ta dùng luật PI là được. - 71 trong đó :rsvsaiieˆ~ˆ~ kp,kI: là các hệ số của khâu PI Hình 3.30: Sơ đồ cấu trúc của khâu quan sát không đo tốc độ quay. - Kết quả xây dựng được khối “Discrete_Obsever”như sau: Hình 3.31: Mô hình thực hiện trên Matlab- Simulink. - Trong mô hình 4.2 có cấu trúc giống như mô hình của khâu quan sát có đo tốc độ quay như khối mô hình dòng (MHD), khối mô hình từ thông (MHTT), khối tính tốc độ Rotor (MHTQ), khối ma trận hiệu chỉnh K . - Hình 3.33 : Mô hình hệ thống điều khiển ĐCKĐB Kết quả khi tốc độ đặt là 3000vòng/phút: dqabdq
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt