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 tuyến728

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  ∗  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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  ∗  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 hệ thống điều khiển tự động Mã số: 62.52.60.10 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TSKH NGUYỄN PHÙNG QUANG PGS.TS PHẠM NGỌC TIỆP HÀ NỘI – 2012 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành lòng kính trọng thầy hướng dẫn: GS TSKH Nguyễn Phùng Quang, PGS.TS Phạm Ngọc Tiệp dẫn quý báu phương pháp luận định hướng nghiên cứu để luận án hoàn thành Tác giả bày tỏ lời cảm ơn Trung tâm nghiên cứu triển khai công nghệ cao – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi sở vật chất thời gian để tác giả hoàn thành luận án Tác giả xin trân trọng cảm ơn nhà khoa học đồng nghiệp phản biện, lý luận, đóng góp ý kiến xây dựng trao đổi vấn đề lý thuyết thực tiễn để luận án hoàn thiện Cuối tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình người thân ln chia sẻ, gánh đỡ khó khăn dành tình cảm nguồn cổ vũ, động viên tinh thần thiếu tác giả suốt trình thực luận án LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án cơng trình nghiên cứu khoa học không trùng lặp với công trình khoa học khác Các số liệu trình bày luận án kiểm tra kỹ phản ánh hoàn toàn trung thực Các kết nghiên cứu tác giả đề xuất chưa công bố tạp chí đến thời điểm ngồi cơng trình tác giả Hà Nội, ngày … tháng … năm 2012 Tác giả luận án Đinh Anh Tuấn DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN [1] Đinh Anh Tuấn, Nguyễn Phùng Quang (2010), Cải thiện chất lượng truyền động không đồng cấu trúc tách kênh trực tiếp, sử dụng Kalman Filter để quan sát từ thơng, Tạp chí Khoa học 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 cấu chấp hành có tượng bão hịa từ, Hội nghị điện tử 2010, 24-25/10/2010, ĐH Bách Khoa TP HCM [3] Tuan D.A, Quang N.P and Duc L.M (2010), A New and Effective Controller for Induction Motors applying Direct-Decoupling Methodology based on Exact Linearization Algorithm and Adaptive Backstepping Technology, International Conference on Control, Automation and Systems 2010, pp.1941-1945, Oct 27-30, 2010 in KINTEX, Gyeonggi-do, Korea [4] Tuan D.A, Quang N.P and Quan D.M (2011), A New and Effective Controller for Induction Motors applying Direct-Decoupling Methodology based on Exact Linearization Algorithm and Kalman Filter, Ship Power Plants: Sc.-Tech Col 2011.- No 28 Odessa National Maritime Academy DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN [1] Cải thiện chất lượng truyền động không đồng cấu trúc tách kênh trực tiếp, sử dụng Kalman Filter để quan sát từ thơng, Tạp chí Khoa học Công nghệ, tr.56-61, Các Trường ĐH Kỹ Thuật, 2010 [2] Cải thiện chất lượng truyền động không đồng cấu chấp hành có tượng bão hòa từ, Hội nghị điện tử 2010, 24-25/10/2010, ĐH Bách Khoa TP HCM [3] A New and Effective Controller for Induction Motors applying Direct-Decoupling Methodology based on Exact Linearization Algorithm and Adaptive Backstepping Technology, International Conference on Control, Automation and Systems 2010, pp.1941-1945, Oct 27-30, 2010 in KINTEX, Gyeonggi-do, Korea [4] A New and Effective Controller for Induction Motors applying Direct-Decoupling Methodology based on Exact Linearization Algorithm and Kalman Filter, Ship Power Plants: Sc.-Tech Col - 2011.- No 28 Odessa National Maritime Academy MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 10 TỔNG QUAN 14 1.1 Đặt vấn đề 14 1.2 Tổng quan phương pháp điều khiển động KĐB, vấn đề tồn cần tiếp tục nghiên cứu 16 MƠ HÌNH TỐN HỌC ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ ROTOR LỒNG SĨC 23 2.1 Mơ hình hóa động không đồng không xét đến tượng bão hịa từ thơng 23 2.2 Mơ hình hóa động khơng đồng có xét đến tượng bão hịa từ thơng 26 2.2.1 Thành lập phương trình từ thơng stator rotor 28 2.2.2 Định nghĩa tham số đặc trưng cho tượng bão hòa từ động 29 2.2.3 Thành lập mơ hình điều khiển cho động khơng đồng có xét đến tượng bão hịa từ thơng 30 TUYẾN TÍNH HĨA CHÍNH XÁC VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ADAPTIVE BACKSTEPPING 36 3.1 Tổng quan phương pháp tuyến tính hóa xác hệ phi tuyến 36 3.1.1 Ý tưởng tuyến tính hố xác 36 3.1.2 Vector bậc tương đối hệ thống phi tuyến MIMO vuông 37 3.1.3 Tuyến tính hố xác quan hệ vào/ra đối tượng phi tuyến MIMO 37 3.1.4 Tuyến tính hóa xác gán điểm cực 40 3.2 Thiết kế điều khiển theo phương pháp chiếu - Backstepping 41 3.2.1 Khái quát lý thuyết ổn định Lyapunov 41 3.2.2 Phương pháp thiết kế điều chỉnh chiếu - Backstepping 43 3.3 Khả tách kênh trực tiếp mơ hình dịng động KĐB 45 3.3.1 Khả tuyến tính hố xác mơ hình dịng động KĐB có xét đến tượng bão hịa từ thơng 45 3.3.2 Tách kênh trực tiếp thực điều khiển gán điểm cực mơ hình dịng động KĐB 50 3.4 Tuyến tính hóa xác thích nghi 52 3.4.1 Tuyến tính hóa xác thích nghi điều khiển bù thành phần bất định 52 3.4.2 Tuyến tính hóa xác thích nghi mơ hình dịng động KĐB 54 THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN CHO DỊNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ 57 4.1 Thiết kế điều chỉnh dòng Lyapunov iµd, iµq miền liên tục 58 4.2 Đưa thêm thành phần tích phân vào điều khiển dòng Lyapunov để khử sai lệch tĩnh 59 4.3 Tổng hợp điều khiển thích nghi cho thành phần iµd, iµq 61 4.4 Quan sát từ thông rotor 68 4.4.1 Vai trị tính tốn xác giá trị từ thông rotor 68 4.4.2 Quan sát từ thông rotor động KĐB sử dụng lọc Kalman 68 4.5 Thiết kế điều chỉnh vịng ngồi 71 HỆ THỐNG MÔ PHỎNG, THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 74 5.1 Hệ thống mô 74 5.2 Hệ thống thí nghiệm 75 5.3 Kết mơ thí nghiệm 76 5.3.1 Khởi động, đảo chiều động với tải thay đổi 76 5.3.2 Mômen tối đa từ thông tối ưu 86 5.3.3 Các kết thí nghiệm 92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 105 PHỤ LỤC 106 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ωs , ω r Tốc độ góc vector thuộc mạch điện stator, rotor ω Tốc độ góc học rotor is Vector dòng stator isd ,isq ,isα , isβ Các thành phần vector dòng stator hệ tọa độ dq α β ir Vector dòng rotor ird ,irq ,ir α ,ir β Các thành phần vector dòng rotor hệ tọa độ dq α β iµ Vector dịng từ hóa iµ d , iµ q , iµα , iµβ Các thành phần vector dịng từ hóa hệ tọa độ dq α β Ψ Vector từ thơng móc vịng ψ d ,ψ q Các thành phần vector từ thơng móc vịng hệ tọa độ dq ψ d ,ψ q Ψs Các thành phần vector từ thơng móc vịng ban đầu hệ tọa độ dq Vector từ thông stator ψ sd ,ψ sq Các thành phần vector từ thông stator hệ tọa độ dq Ψr Vector từ thông rotor Ψ σ s ,Ψ σ r Vector từ thơng tản phía stator rotor ψ rd ,ψ rq Các thành phần vector từ thông stator hệ tọa độ dq us Vector điện áp stator u sd ,u sq Các thành phần vector điện áp stator hệ tọa độ dq Α Ma trận hệ thống Β Ma trận đầu vào Ν Ma trận tương tác phi tuyến u Vector biến đầu vào x Vector biến trạng thái y Vector biến đầu r L( x) Vector bậc tương đối Lm Hỗ cảm stator rotor Lm,0 , Lm, sat Hỗ cảm vùng tuyến tính vùng bão hịa Ls , Lr Điện cảm stator rotor Lσ s , Lσ r Điện cảm tản phía stator rotor Ma trận tách kênh Md , Mq Các thành phần hỗ cảm dọc trục d, q Mdq Thành phần hỗ cảm ngang trục d q Rs , Rr k ; kr nr , ks ns Điện trở stator rotor Các thông số đặc trưng cho tỷ lệ thành phần dòng i s ; i r i µ m Tham số từ trường tĩnh σ zp Hệ số từ tản toàn phần mM , mT Mômen quay động cơ, mômen tải J Mômen quán tính KĐB Khơng đồng TTHCX ĐCVTKG ĐCD ĐC TTR ĐLĐK ĐK QS PI FRT RTI GAS MIMO PC ISA DSP IGBT Tuyến tính hóa xác Điều chế vector khơng gian Điều chỉnh dịng Điều chỉnh Từ thơng rotor Đại lượng điều khiển Điều khiển Quan sát Proportional–integral controller Finite respone time Real time interface Globally asymptotically stable Multi-Input – Multi-Output Personal computer Integrated Systems Architecture Digital signal processor Insulated gate bipolar transistor Số cặp cực TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Cao Xuân Tuyển (2008), Tổng hợp thuật toán phi tuyến sở phương pháp Backstepping để điều khiển máy điện dị nguồn kép hệ thống máy phát điện sức gió, Luận văn tiến sỹ, ĐHBK Hà Nội [2] Đặng Anh Đức (2005), Kiểm tra khả sử dụng khâu quan sát hệ thống điều khiển tuyến tính hóa xác động khơng đồng - Rotor lồng sóc ni biến tần nguồn dòng, Luận văn cao học, ĐHKTCN Thái Nguyên [3] Dương Hoài Nam, Nguyễn Phùng Quang, (2004), Về triển vọng ứng dụng phương pháp tuyến tính hóa xác điều khiển động không đồng rotor lồng sóc, Chuyên san “Kỹ thuật điều khiển tự động” Số 11 Tạp chí tự động hóa ngày nay, tr.10-15 [4] Lê Anh Tuấn (2003), Về triển vọng phương pháp thiết kế phi tuyến Backstepping điều khiển động khơng đồng – Rotor lồng sóc Luận văn cao học ĐH Bách Khoa Hà Nội [5] Lê Tiến Dũng (2009), Sử dụng lọc Kalman để nhận dạng số thời gian Rotor TR cấu trúc điều khiển có tách kênh trực tiếp (Direct Decoupling) cho động khơng đồng Rotor lồng sóc, Luận văn cao học ĐHBK Đà Nẵng [6] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Hán Thành Trung (2003), Lý thuyết điều khiển phi tuyến, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [7] Nguyễn Doãn Phước (2007), Lý thuyết điều khiển nâng cao, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [8] Nguyễn Doãn Phước (2005), Một phương pháp thiết kế điều khiển thích nghi ổn định tiệm cận tồn cục cho tốn điều khiển thích nghi kháng nhiễu, Tuyển tập báo cáo khoa học Hội nghị tồn quốc lần thứ VI Tự động hóa, tr.414–419 [9] Nguyễn Doãn Phước (2005), Thiết kế điều khiển tuyến tính hóa xác phương pháp chiếu (backstepping), Tuyển tập báo cáo khoa học Hội nghị tồn quốc lần thứ VI Tự động hóa, tr.420–425 [10] Nguyễn Phùng Quang (2004), Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà nội [11] Nguyễn Phùng Quang, A Dittrich (2002), Truyền động điện thông minh Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà nội [12] Nguyễn Phùng Quang (1998), Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha, Nhà xuất Giáo Dục 101 [13] Nguyễn Quang Tuấn; Phạm Lê Chi; Nguyễn Phùng Quang (2005), Cấu trúc tách kênh trực tiếp điều khiển hệ thống máy phát điện không đồng nguồn kép Chuyên san “Kỹ thuật điều khiển tự động”, tr.28-35 [14] Nguyễn Thế Cường; Nguyễn Phùng Quang (2004), Ứng dụng phương pháp tuyến tính hố xác điều khiển động đồng - kích thích vĩnh cửu Chuyên san “Kỹ thuật điều khiển tự động”, tr.21-26 [15] Trịnh Văn Tuấn (2003), Sử dụng lọc Kalman để quan sát từ thơng Rotor cấu trúc điều khiển có tách kênh trực tiếp (Direct Decoupling) cho động không đồng Rotor lồng sóc Luận văn cao học, ĐHBK Hà Nội [16] Trương Thu Hà (2003), Về triển vọng phương pháp tuyến tính hóa xác điều khiển động khơng đồng Rotor lồng sóc ni biến tần nguồn dòng, Luận văn cao học, ĐHKTCN Thái Nguyên [17] C.K Chui (1990), Kalman filtering with Real-time application 2th edition Springer series in Information sciences [18] Chiasson, J.N.(2005) Modeling and high – performance control of electric machine Int A John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey [19] Quang, Ng.Ph, Andreas Dittrich (2008), Vector Control of Three-Phase AC Machines – System Development in the Practice Spinger [20] B Mohanty (2007), Input-output linearizing and decoupling control of an induction motor drive, Journal of the Institution of engineer (INDIA), Vol 88, pp.45–51 [21] Bhakti M Joshi, M.C Chandorkar (2010), Feedback linearization control of induction machine: effect of rotor resistance variation, National Power Electronics Conference, 2010, pp.1-8 [22] Campeanu A (1995), Transient performance of the saturated induction machine Springer Verlag in electrical engineering 78, pp.241-247 [23] Chiasson, J.N.(1995) A new approach to dynamic feedback linearisation control of induction motors In: 34th IEEE-CDC NewOrleans, LA Pp.2173–2178 [24] Emil Levi, V Vuckovic, S Vukosavic (1989), Study of main flux saturation effects in field-oriented induction motor drives IEEE-PAS p.219-224 [25] Emmanuel Delaleau, Jean-Paul Louis, Romeo Ortega (2001), Modeling and control of induction motors, Int J Appl Math Comput Sci., Vol 11, No 1, 105-129 [26] F Malrait, A.K Jebai, P Martin, P Rouchon (2009), Using Halmintonians to Model Saturation in Space Vector Representations of AC Electrical Machines, IEEE trans, pp 1-7 [27] H Chekireb, M Tadjine, M Djemaï (2003), Robustness analysis on sliding mode control of induction motor, Asian Journal of control, Vol 5, No 4, pp 605-613 102 [28] Heinmann, G And W Leonhard (1990) Self-tuning field-oriented control of an induction motor drive In: Proc.1990 Int PowerElect Conf Tokyo, Japan [29] H Ouadi, F.Giri, F Ikhouane (2002), Backstepping Control of Saturated Induction Motors, 15th Triennial World Congress, pp 1-6, Barcenola, Spain [30] Horst Grotstollen and Josef Wiesing (1995), Torque capability and control of a saturated induction motor over a wide range of flux weakening, IEEE transactions on industrial electronics, Vol 42 No 4, pp 374-381 [31] J.C Moreira, T Lipo (1992), Modeling of saturation ac machines including air gap flux harmonic components, IEEE Trans Ind Applicat., Vol.28, pp 343-349 [32] J Hu, M Dawsonand Z Q (1994) Adaptivetracking control of an induction motor with robustness to parametric uncertainty IEEE Proc Electrical Power Appl 141, 621–633 [33] Jul-Ki Seok, Seung-Ki Sul (1999), Optimal flux selection of an induction machine for maximum torque operation in Flux-Weakening region, IEEE transaction on power electronics, vol 14, no.4, pp 1-3 [34] K.S Sandhu, Vivek Pahwa (2009), Simulation study of three-phase induction motor with variations in moment of inertia, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, pp 72-77 [35] Lan, Ph.Ng (2006), Linear and nonlinear control approach of doubly – fed induction generator in wind power generation, Ph.D thesis, TU-Dresden [36] Levent U Gokdere, Marwan A Simaan and Charles W Brice (1997), Nonlinear controllers for saturation AC motor, IECON’97, pp 159-163, New Orleans, LA [37] Levi E., V Vuckovic, S Vukosavic (1990), Saturation compensation schemes for vector controlled induction motor drives IEEE-PAS p.591-598 [38] MA Denai, SA Atia (2002), Fuzzy and neural control of an induction motor, Int J Appl Math Comput Sci, Vol.12, No.2, pp 221-223 [39] Mikaela Ranta, Marko Hinkkanen, Anna-Kaisa Repo (2007), Small-Signal analysis of a saturated induction motor, Conf Rec IEEE-IAS Annu, New Orleans, LA, pp.1-8 [40] M.P Papadopoulos, S.A Papathanassiou, S.T Tentzerakis (1996), Modelling of induction machine main flux saturation in the arbitrary reference frame – A case study on wind turbine self-excitation, Nation Technical University of Athens [41] M Bodson, J Chiasson, RT Novonak, (1995), Nonlinear Servo Control of an Induction Motor with Saturation, in Proc 33 rd IEEE conf Decision Contr., New Orleans, LA, Dec, pp 1832-1837 [42] Patrick L Jansen, Robert D Lorenz (1996), Transducerless field orientation concepts employing saturation – induced saliencies in induction machines, IEEE transactions on industry applications, vol 32, no 6, pp 1-7 103 [43] P Vas (1981), Generalized Analysis of Saturated AC Machines, Springer Verlag, pp.57-62 [44] Quang, Ng.Ph (2004), Nonlinear Control Structures: New Application Perspective in Three-Phase AC Drives, The 8th International Conference on Mechatronics Technology, Hanoi, pp.213–219 [45] Quang, Ng.Ph; Andreas Dittrich; Lan, Ph.Ng (2005), Doubly-Fed Induction Machine as Generator in Wind Power Plant: Nonlinear Control Algorithms with Direct Decoupling Chuyên san “Kỹ thuật điều khiển tự động” tháng 12/2005, tr 11-16 [46] R Mario, S Peresada, P Valigi (1993), Adaptive input-output linearizing control of induction motor, IEEE trans Automat Contr., Vol.38, pp.208-221 [47] Robert T Novonak, John Chiasson, Marc Bodson (1999), High-Performance Motion Control of an Induction Motor with Magnetic Saturation, IEEE Transaction on control systems technology, Vol.7, No.3, pp 315-327 [48] Robert D Lorenz and Donald W Novotny (1990), Saturation effects in field oriented induction machines, IEEE transactions on industrial electronics, Vol 26 No 2, pp 283-289 [49] Sullivan, C.R and S.R Sanders (1996) Control Systems for Induction Machines with Magnetic Saturation IEEE transactions on industrial electronics, Vol 43, No 1, pp 142-152 [50] Sullivan, C.R and S.R Sanders (1995), Models for induction machines with magnetic saturation of the main flux path IEEE transactions on industrial electronics, Vol 31, pp 907-917 [51] Tan, H and J Chang (1999) Adaptive backstepping control of induction motor with uncertainties In: IEEE-ACC SanDiego, pp 213-218, California [52] Vas, K.E Hallenius, J.E Brown (1986) Cross saturation in smooth air-gap electrical machines IEEE Trans On Energy Conversion Ec-1, pp.103–112 104 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN [1] Đinh Anh Tuấn, Nguyễn Phùng Quang (2010), Cải thiện chất lượng truyền động không đồng cấu trúc tách kênh trực tiếp, sử dụng Kalman Filter để quan sát từ thơng, Tạp chí Khoa học 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 cấu chấp hành có tượng bão hịa từ, Hội nghị điện tử 2010, 24-25/10/2010, ĐH Bách Khoa TP HCM [3] Tuan D.A, Quang N.P and Duc L.M (2010), A New and Effective Controller for Induction Motors applying Direct-Decoupling Methodology based on Exact Linearization Algorithm and Adaptive Backstepping Technology, International Conference on Control, Automation and Systems 2010, pp.1941-1945, Oct 27-30, 2010 in KINTEX, Gyeonggi-do, Korea [4] Tuan D.A, Quang N.P and Quan D.M (2011), A New and Effective Controller for Induction Motors applying Direct-Decoupling Methodology based on Exact Linearization Algorithm and Kalman Filter, Ship Power Plants: Sc.-Tech Col 2011.- No 28 Odessa National Maritime Academy 105 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Thông số động dùng cho mơ thí nghiệm Động dùng để mơ thí nghiệm động khơng đồng rotor lồng sóc Siemens, với thơng số (dưới bão hịa từ thơng) sau: • Cơng suất định mức P = 5,5kW; • Biên độ điện áp danh định U = 350V; • Tần số danh định f = 50Hz; • Hệ số cosϕ = 0,838; • Số đơi cực zp = 2; • Tốc độ danh định n N = 1485 vịng/phút (157rad/s); • Dịng pha danh định IN = 12A Hình 6.1 Động KĐB Siemens, • Điện trở stator Rs = 2,52195Ω; Model: 1PH7103-2HF00-0BA0 • Điện trở rotor Rr = 0,976292Ω; • Điện cảm stator L s = 0,1825148H; • Điện cảm stator L r = 0,1858366H; • Hỗ cảm stator rotor Lm = 0,1763H; • Mơmen qn tính J = 0,117kGm2 ; • Hệ số từ tản σ = 0,0836206658; • Hằng số thời gian rotor Tr = 0,13406s; • Hệ số trượt danh định s = 0,02699; Trong có tích hợp sẵn incremental encoder H01 loại 1024 xung vịng có bảng giải thích đầu đầu giắc encoder sau: Số chân Chức B- +5V Sense R+ R- A+ Hình 6.2 Mặt ngồi đầu nối incremental encoder 6FX2003-0CE12 106 A- U as B+ Không sử dụng 10 0V 11 0V Sense 12 +5V Phụ lục 2: Các chương trình mơ Matlab Chương trình mơ Matlab bao gồm chương trình Simulink, Plecs Ngồi ra, cịn có chương trình file.m file.c Hình 6.3 Mơ hình tổng thể hệ thống Matlab/Simulink 107 Hình 6.4 Mơ hình động KĐB có bão hịa từ thơng Matlab/Simulink/Plecs Hình 6.5 Bộ điều chỉnh vịng ngồi từ thơng tốc độ Matlab/Simulink 108 Hình 6.6 Mơ hình quan sát từ thơng Matlab/Simulink Hình 6.7 Bộ điều chỉnh dịng Adaptive Backstepping mơ hình tác kênh trực tiếp cho động khơng bão hịa từ thơng Matlab/Simulink 109 Hình 6.8 Bộ điều chỉnh dịng Adaptive Backstepping mơ hình tác kênh trực tiếp cho động có bão hịa từ thơng Matlab/Simulink Hình 6.9 Bộ điều chỉnh dịng Adaptive Backstepping Matlab/Simulink 110 Hình 6.10 Mơ hình tính tốn tham số tượng bão hịa từ thơng Matlab/Simulink Phụ lục 3: Các thơng số khác hệ thống thí nghiệm 3.1 Thông số động dùng làm tải Để tạo mômen cản cho động KĐB nhằm thực thuật tốn điều chỉnh động nối trục với động đồng đóng vai trị thiết bị tạo phụ tải dạng mơmen cản cho hệ Do đó, biến tần DRIVE500 cấu hình để điều khiển động đồng chế độ điều khiển mơmen Giá trị mơmen tải đặt phản hồi từ đầu vào/ra tượng tự DRIVE500, tín hiệu chỉnh định giám sát mơi trường Matlab/Simulink thơng qua tín hiệu ADC DAC ±10V card DS1103 Tốc độ quay hệ đo thông qua Incremental Encoder 1024 xung gắn đồng trục với 02 động Động đồng hãng Siemens sử dụng làm phụ tải nối đồng trục với động KĐB cần nghiên cứu, với model: 1FT6102-8AB71-1TB0 Trong có tích hợp sẵn phanh EBD-4B, 24V/31W Số chân Chức U Pha U V Pha V W Pha W + Nguồn (+) phanh - Nguồn (-) phanh Hình 6.11 Mặt đầu nối động tải sử dụng connector size 1,5 111 Biến tần làm việc chế độ hãm dùng để điều khiển tải với model: REFU elektronik, drive 500; RD524B5.5L-1; RD52.1-4B-005-L-V1-FW 3.2 Thông số DSP - DS1103 Bộ DSP - DS1103 sản phẩm xử lý tín hiệu số hãng Dspace Đức sản xuất Được tích hợp thao tác phần cứng (Card DS1103), phần mềm (Control Desk Simulink) tạo thành điều khiển, tính tốn tạo tốc độ cao mô thời gian thực thao tác trực tiếp hệ thống Trong thực tế, DSP1103 ứng dụng nhiều lĩnh vực như: Điều khiển Robot, điều khiển động truyền động, điều khiển cấu trúc mềm Hình 6.12 Hình ảnh Card DS1103 Hình 6.13 Cấu trúc kết nối Matlab/Simulink, Control Desk DS1103 Card DS1103 điều khiển số DSP/RISC hỗn hợp cho phép xử lý mạnh mẽ phép toán số thực cho phép nhiều giải pháp ghép nối tín hiệu vào Card DS1103 cắm vào khe mở rộng ISA motherboard máy tính Tín hiệu card nối tới hộp trung gian CP1103 thông qua đường cáp riêng biệt, hộp trung gian có chức cách ly để chống nhiễu ngoại vi thâp nhập vào máy tính Cấu trúc phần cứng DS1103 chia làm phần chính: Phần MASTER: điều khiển khối ngoại vi điểu khiển khối I/O • MASTER: chip VXL PPC • Khối ngoại vi điều khiển: Timer A, Timer B, Interrupt • Khối I/O: khối biến đổi ADC, khối DAC, khối giao tiếp nối tiếp, khối xuất nhập bit Phần SLAVE: phần PPC khối điều khiển ngọai vi truy cập Căn vào nhiệm vụ hoạt động mà khối Slave chia làm hai khối có chức khác nhau: khối giao tiếp CAN khối xử lý tín hiệu số Dưới đặc điểm bật điều khiển số này: • CPU loại PowerPC 604e Motorola chạy tốc độ 333Mhz; • CPU hệ thống phụ loại TI's TMS320F240; • 32 đường vào/ra số, 12 kênh PWM; • 16 kênh ADC, 16 bit, 4μs, ±10V; kênh ADC, 12 bit, 800ns, ±10V; • kênh DAC, 14bit, 6μs, ±10V; • kênh giao diện Incremental Encoder; 112 • Cơng cụ phần mềm phát triển: Matlab/Simulink, RTI, RTW, TDE, Control Desk Phần mềm ControlDesk Standard cung cấp công cụ mạnh để mô mơ hình Chúng thiết kế để hiển thị thông số mô việc điều khiển thiết bị Việc xây dựng thiết bị hay nhiều cửa sổ khác Chúng gọi “layout windows” Thư viện cơng cụ Instrumentation Navigator cho phép xem lấy tồn cơng cụ để mô thiết bị Việc xây dựng panel thiết bị qua bao gồm bước sau: Tạo layout, để khởi tạo panel thiết bị người dùng phải tạo layout; sau chọn, xếp thiết bị nối thiết bị với tham số mô layout Người sử dụng lưu file chứa panel thiết bị với liệu nạp thành file độc lập giống phần hệ thống thí nghiệm Như vậy, người dùng xem lại sửa thơng số panel Sau kết nối thiết bị với tham số mô hệ thống thí nghiệm Sau bảng chân (pin) đầu nối card DS1103 sử dụng luận án: Bảng 6.1 Các chân nối incremental encoder sử dụng card DS1103: Số chân Số chân card Sub-D Chức Sử dụng Khối hàm RTI P3-93 P3B-49 VCC2(+5V) +5V P3-45 P3B-41 PHI0(1) A+ P3-46 P3A-41 /PHI0(1) A- DS1103ENC_POS_C1 P3-47 P3B-25 PHI90(1) B+ DS1103ENC_SET_POS_C1 P3-48 P3A-25 /PHI90(1) B- P3-99 P3B-50 GND 0V Bảng 6.2 Các chân nối PWM cho ba pha sử dụng card DS1103: Số chân card Số chân Sub-D Chức Sử dụng P2-65 P2B-28 SPWM1 PWM pha u P2-67 P2B-12 SPWM3 PWM pha v P2-69 P2B-45 SPWM5 PWM pha w Khối hàm RTI/Matlab DS1103L_DSP_PWM3 DS1103L_DSP_PWMSV Bảng 6.3 Các chân nối ADC cho điện áp DC mômen sử dụng card DS1103: Số chân card Số chân Sub-D Chức Sử dụng Khối hàm RTI/Matlab P1-3 P1B-34 ADCH1 Điện áp DC DS1103MUX_ADC_CON1 P1-4 P1A-34 ADCH2 Mômen DS1103MUX_ADC_CON2 113 Bảng 6.4 Các chân nối ADC cho dòng điện ba pha sử dụng card DS1103: Số chân card Số chân Sub-D Chức Sử dụng Khối hàm RTI/Matlab P1-35 P1B-23 ADCH17 Dòng pha u DS1103ADC_C17 P1-36 P1A-23 ADCH18 Dòng pha v DS1103ADC_C18 Bảng 6.5 Các chân nối PWM cho phanh sử dụng card DS1103: Số chân card Số chân Chức Sub-D Sử dụng P2-71 P2B-29 SPWM7 PWM phanh P2-75 P2B-46 GND GND Khối hàm RTI/Matlab DS1103SL_DSP_PWM Bảng 6.6 Các chân nối I/O cho đầu vào/ra số sử dụng card DS1103: Số chân card Số chân Chức Sub-D Sử dụng P2-5 P2B-18 IO0 Enable P2-6 P2A-18 IO1 Reset P2-7 P2B-2 IO2 Brake FB P2-1 P2B-1 GND GND Khối hàm RTI/Matlab DS1103BIT_IN_Gx DS1103BIT_OUT_Gx 3.3 Khối điện tử công suất BAUMÜLLER bus623 Khối công suất BUS623 biến tần điều khiển tín hiệu PWM dạng TTL cho 06 van công suất IGBT tín hiệu kích hoạt cổng điều khiển van Bản thân BUS623 tích hợp nhiều chức khả bảo vệ như: khả nhận dạng mạch lực, bảo vệ ngắn mạch DC trung gian, bảo vệ ngắn mạch phía pha, bảo vệ áp, nhiệt khối cơng suất Trên BUS623 bố trí IC nhớ 93C66 lưu thông tin nhận dạng mạch lực Khi mạch điều khiển chế tạo phù hợp với giải công suất mạch lực, trước hoạt động cần nhận dạng mạch lực Việc nhận dạng theo hai cách: nhận dạng số nhận dạng analog Khi nhận dạng số, mạch sử dụng 04 chân sau: LT_OUT, LT_IN, LT_SEL, LT_CLKIN chân tương ứng với 93C66 Ngồi ra, BUS623 cịn cung cấp tín hiệu tương tự điện áp mạch DC trung gian, dòng chiều trung gian đặc biệt tín hiệu dịng điện pha i A, i B, iC thơng qua hai sensor LEM dịng điện Các tín hiệu sử dụng luận án bao gồm: • Tín hiệu PWM, BUS cung cấp chân tín hiệu PWM, tương ứng với 06 van cơng suất Các tín hiệu thuộc kiểu TTL; • Tín hiệu đo dịng pha: quan sát mạch thực tế cho thấy có hai sensor LEM đo dòng thực tế hai pha, dòng pha lại phép cộng hai dòng pha đo đảo dấu; 114 • Ba pha đầu BUS623 đưa tín hiệu đo dạng áp liên tục đầu nối X60 • Phần nhận dạng mạch động lực có tín hiệu điều khiển, báo trạng thái báo lỗi; • Tín hiệu đo điện áp dịng điện chiều trung gian U DC, IDC; • Và tín hiệu đo khác như: đo nhiệt độ tản nhiệt, đo công suất 3.4 Một số hình ảnh hệ thống thực nghiệm Hình 6.14 Mơ hình tổng thể hệ thống thí nghiệm bao gồm bao gồm: (1) Induction motor 5.5 KW, 1450 rpm; (2) PC/Matlab/Simulink + Card DS1103; (3) Mạch công suất: Baumüller BUS623; (4) Tải: Drive REFU500 + Synchronous motor 5.5 KW, 1500 rpm Hình 6.15 Mơdule giao diện DS1103 Hình 6.16 Phần động lực khối điện tử với thiết bị ngoại vi công suất Baumüller BUS623 115 ... tài: ? ?Cải thiện chất lượng truyền động điện động không đồng rotor lồng sóc vùng tốc độ đồng phương pháp điều khiển phi tuyến” Đối tượng nghiên cứu: Động điện không đồng ba pha rotor lồng sóc có...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  ∗  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... dựng mơ hình động KĐB có xét đến bão hịa từ thơng tổng hợp điều khiển theo phương pháp phi tuyến để cải thiện chất lượng hệ thống vùng tốc độ đồng Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu