- ĐỖ TRỌNG TẤN NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TỪ TRƯỜNG DỌC TRỤC KIỂU ROTO LỒNG SÓC Chuyên ngành: Điều khiển và tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS. - 1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ DÙNG Ổ TỪ. - Phân loại động cơ dùng ổ từ theo cấu trúc. - 12 Cấu trúc tích hợp ổ từ ngang trục – động cơ. - 13 Cấu trúc tích hợp ổ từ dọc trục – động cơ. - Động cơ tự nâng khe hở dọc trục. - 17 CHƯƠNG II MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG CƠ TỪ TRƯỜNG DỌC TRỤC KIỂU ROTO LỒNG SÓC. - Cấu trúc chi tiết của động cơ. - Xây dựng mô hình toán học cho động cơ. - 22 CHƯƠNG III XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN TỰA TỪ THÔNG CHO ĐỘNG CƠ TỪ TRƯỜNG DỌC TRỤC KIỂU ROTO LỒNG SÓC. - Cấu trúc điều khiển vector tựa từ thông cho động cơ từ trường dọc trục kiểu roto lồng sóc. - 32 Luật điều khiển. - 32 Cấu trúc điều khiển. - Tổng hợp các mạch vòng điều khiển. - 35 Mạch vòng điều khiển dòng điện. - 35 Mạch vòng điều khiển từ thông. - 38 Mạch vòng điều khiển tốc độ. - 39 Mạch vòng điều khiển vị trí dọc trục. - 42 CHƯƠNG IV MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰA TỪ THÔNG CHO ĐỘNG CƠ TỪ TRƯỜNG DỌC TRỤC KIỂU ROTO LỒNG SÓC. - 46 Thông số động cơ. - 46 Mô hình mô phỏng động cơ. - 12 Hình I-11: Cấu trúc cơ bản của động cơ kết hợp ổ từ thông thường. - 12 Hình I-12: Cấu trúc hệ tích hợp ổ từ ngang trục với động cơ. - 13 Hình I-13: Cấu trúc hệ tích hợp ổ từ dọc trục với động cơ. - 14 Hình I-14: Cấu trúc một động cơ tự nâng khe hở dọc trục. - 15 Hình I-17: Stato động cơ tự nâng. - 19 Hình II-1: Cấu trúc chi tiết của động cơ tự nâng từ trường dọc trục kiểu rô to lồng sóc [2. - 20 Hình II-2: Hình ảnh rô to lồng sóc của động cơ tự nâng trong thực tế. - 22 Hình III-1: Sơ đồ cấu trúc điều khiển động cơ tự nâng từ trường dọc trục roto lồng sóc. - 34 Hình III-2: Cấu trúc mạch vòng điều khiển dòng điện tách biệt. - 37 Hình III-3: Mô hình mô phỏng Simulink cuả bộ điều khiển dòng PI. - 38 vii Hình III-4: Cấu trúc mạch vòng điều khiển từ thông. - 39 Hình III-5: Cấu trúc mạch vòng điều khiển tốc độ. - 40 Hình III-6: Mô hình mô phỏng Simulink bộ điều khiển tốc độ. - 42 Hình III-7: Mạch vòng điều khiển vị trí dọc trục. - 43 Hình III-8: Mô hình mô phỏng Simulink bộ điều khiển vị trí dọc trục. - 45 Hình IV-1: Mô hình mô phỏng động cơ từ trường dọc trục kiểu roto lồng sóc. - 53 Hình IV-11: Đặc tính dòng điện 3 pha động cơ. - 54 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng IV-1: Thông số động cơ từ trường dọc trục kiểu roto lồng sóc. - Xuất phát từ thực tiễn đó luận văn được tôi lựa chọn là “Nghiên cứu hệ điều khiển động cơ từ trường dọc trục kiểu roto lồng sóc. - Không cần bộ điều khiển vòng kín để duy trì ổn định do lực nâng là cố định. - Kích thước nhỏ gọn - Không cần bộ điều khiển để duy trì do lực nâng là cố định. - Các thành phần của ổ từ : nam châm điện, bộ biến đổi công suất, cảm biến đo khoảng cách, bộ điều khiển - Nam châm điện : tạo ra lực từ nâng trục động cơ. - Hình I-11: Cấu trúc cơ bản của động cơ kết hợp ổ từ thông thường. - Những bộ ổ từ này đều phải đòi hỏi điều khiển riêng biệt. - Cấu trúc này giống như một động cơ xoay chiều từ thông dọc trục. - Hình I-13 thể hiện cấu trúc một hệ tích hợp ổ từ dọc trục với động cơ. - Cấu trúc và điều khiển vẫn còn khá phức tạp. - Cấu trúc tổng quan của một động cơ tự nâng khe hở dọc trục được thể hiện ở Hình I-14. - Hình I-14: Cấu trúc một động cơ tự nâng khe hở dọc trục. - Lực từ ngang trục được điều khiển bởi hệ điều khiển vòng kín để vị trí ngang trục (x, y) và độ nghiêng trục (θx, θy) để đảm bảo trục được giữ ở chính giữa. - Tương tự, momen quay được điều khiển để tốc độ quay roto đạt giá trị đặt. - Như vậy, roto của động cơ tự nâng có 6 bậc tự do, trong đó 4 bậc (x, y, θx, θy) được điều khiển bởi ổ từ ngang trục. - Còn lại 2 bậc (z, θ) được điều khiển bởi động cơ. - Nhận xét Ta thấy 1 số đặc điểm nổi bật của động cơ tự nâng từ trường dọc trục như sau. - Đơn giản : Động cơ tự nâng khe hở dọc trục có cấu trúc đơn giản nhất trong các loại động cơ sử dụng ổ từ cả về cấu trúc lẫn hệ điều khiển. - Chương II sẽ trình bày về: Mô hình hóa động cơ từ trường dọc trục kiểu roto lồng sóc. - 20 CHƯƠNG II MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG CƠ TỪ TRƯỜNG DỌC TRỤC KIỂU ROTO LỒNG SÓC II.1. - a- Mô hình cấu trúc động cơ tự nâng khe hở dọc trục (AGBM). - Lực từ ngang trục được điều khiển bởi hệ điều khiển vòng kín vị trí ngang trục (x, 21 y) và độ nghiêng trục (θx, θy) để đảm bảo trục được giữ ở chính giữa. - Vị trí dọc trục z và sự dịch chuyển quay θ dọc trục z được điều khiển thông qua điều khiển mô-men quay và lực nâng dọc trục để đảm bảo khe hở giữa 2 bên rô to với stator là cân bằng nhau. - Như vậy, rô to của động cơ tự nâng có 6 bậc tự do, trong đó 4 bậc (x, y, θx, θy) được điều khiển bởi ổ đỡ từ ngang trục. - Trong luận văn này tôi lựa chọn phương pháp điều khiển tựa từ thông roto để điều khiển động cơ. - Chương III sẽ trình bày về cấu trúc điều khiển tựa từ thông. - 32 CHƯƠNG III XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN TỰA TỪ THÔNG CHO ĐỘNG CƠ TỪ TRƯỜNG DỌC TRỤC KIỂU ROTO LỒNG SÓC III.1. - Mô-men quay có thể được điều khiển một cách hiệu quả bằng việc sử dụng thành phần dòng iq. - Do vậy ta sẽ thực hiện một hệ thống điều khiển riêng rẽ hai dòng điện icd và iq. - Thông qua đó sẽ điều khiển được mô-men tổng T và lực dọc trục tổng F. - Cấu trúc điều khiển Như đã phân tích và chỉ ra ở trên, mô-men quay của động cơ tự nâng từ trường dọc trục roto lồng sóc có thể được điều khiển bởi thành phần dòng điện trục q (qi), trong khi lực dọc trục có thể được điều khiển bởi thành phần dòng điện trục d (cdi). - Hình 3.1 chỉ ra sơ đồ cấu trúc điều khiển cho truyền động của loại động cơ từ trường dọc trục roto lồng sóc với bộ điều khiển tách biệt dòng trục q và trục d. - Đầu ra của bộ điều khiển vị trí được sử dụng để làm 34 đầu vào cho mạch vòng điều khiển từ thông bên trong khối tính toán thành phần dòng điện đặt trục d. - Hình III-1: Sơ đồ cấu trúc điều khiển động cơ tự nâng từ trường dọc trục roto lồng sóc Tốc độ roto được đo từ bộ encoder được so sánh với tốc độ đặt và giá trị sai khác sẽ làm đầu vào cho bộ điều khiển tốc độ wR. - Đầu ra của bộ điều khiển tốc độ được sử dụng để tính giá trị đặt cho dòng điện trục q (qrefi). - Tất cả các bộ điều khiển sử dụng trong cấu trúc này đều là bộ điều khiển PI, ngoại trừ bộ điều khiển vị trí dọc trục là PID. - Tổng hợp các mạch vòng điều khiển Mạch vòng điều khiển dòng điện Đa phần các bộ điều khiển dòng cho động cơ xoay chiều hiện đại đều bao gồm một vòng điều khiển dòng bên trong. - Nhiệm vụ chính của bộ điều khiển dòng là làm cho dòng điện trong 3 pha của động cơ bám theo các tín hiệu đặt mong muốn. - Cấu trúc của mạch vòng điều khiển dòng thể hiện trên hình 3.2. - (3.13) Từ đó, ta có hàm truyền vòng kín của vòng điều khiển dòng. - Hàm truyền của vòng điều khiển dòng là: 38 11dsidref eqiGi T s. - (3.17) 39 Hình III-4: Cấu trúc mạch vòng điều khiển từ thông Hàm truyền vòng điều khiển từ thông là: 11dsdref eqGTs. - (3.18) Mạch vòng điều khiển tốc độ Với tất cả các loại động cơ, độ lệch giữa mô-men điện từ T và mô-men tải LT tạo nên gia tốc rô to bám theo đặc tính cơ của động cơ. - Mô-men quay có thể được điều khiển bằng dòng trục q như (3.4), ta thiết lập được mạch vòng điều khiển tốc độ như Hình III-5. - Vòng điều khiển tốc độ bao gồm một mạch vòng trong điều khiển dòng điện và hàm truyền mô tả động cơ. - Ảnh hưởng của phép đo tốc độ thường được kết hợp với hằng số thời gian tương đương của điều khiển dòng điện. - Khi sử dụng bộ điều khiển P, hàm truyền bộ điều khiển sẽ là: 22e1111222eqrfT P T PnnJTJssssK K K K. - Thông thường để giải quyết vấn đề này, ta thêm một khâu vi phân vào bộ điều khiển tốc độ. - Hàm truyền bộ điều khiển tốc độ lúc này sẽ bằng : 1. - (3.21) Hàm truyền vòng hở của mạch vòng điều khiển tốc độ là: 0121. - (3.23) 42 Hình III-6: Mô hình mô phỏng Simulink bộ điều khiển tốc độ Mạch vòng điều khiển vị trí dọc trục Để cho đơn giản, ta giả thiết vị trí ngang trục của rô to đã được giữ ổn định bởi 2 ổ đỡ từ ngang trục rồi. - 43 Hình III-7: Mạch vòng điều khiển vị trí dọc trục Dễ dàng nhận thấyzK là âm, do vậy hệ là không ổn định, để ổn định hệ thống, cần 1 hệ điều khiển có chứa thành phần vi phân. - Sơ đồ khối vòng điều khiển vị trí dọc trục như Hình III-7 ở trên.Vòng điều khiển vị trí dọc trục có chứa hàm truyền vòng hở của vòng điều khiển dòng điện bên trong. - (3.27) Trong đó PKlà hệ số khuyếch đại và DK là hằng số vi phân của bộ điều khiển vị trí dọc trục. - Hàm điều khiển trên thực tế sẽ là: ()1IDPID pfK K sG s Ks T s. - 46 CHƯƠNG IV MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰA TỪ THÔNG CHO ĐỘNG CƠ TỪ TRƯỜNG DỌC TRỤC KIỂU ROTO LỒNG SÓC Matlab/Simulink là một công cụ rất mạnh cho phép chúng ta mô phỏng các hệ thống điện tử công suất, hệ thống truyền động với các thuật toán điều khiển phức tạp. - Ở phần này chúng ta sẽ đi xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống điều khiển vector cho động cơ từ trường dọc trục roto lồng sóc. - Tham số động cơ được đưa ra ở bảng 4.1. - 55 KẾT LUẬN Luận văn đã xây dựng mô hình toán học động cơ từ trường dọc trục kiểu roto lồng sóc. - Sau đó dựa trên mô hình toán học của động cơ, luận văn đi xây dựng cấu trúc điều khiển vector cho hệ truyền động động cơ. - Đối với phương pháp điều khiển véc tơ, yêu cầu về mô hình động cho động cơ là cần thiết, các đại lượng vector được trình bày trên hệ tọa độ từ thông rô to (hay còn gọi là hệ trục tọa độ d,q). - Cấu trúc điều khiển bao gồm hai mạch vòng điều khiển gồm mạch vòng dòng điện bên trong và hai mạch vòng tốc độ và vị trí bên ngoài
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt