Nghiên cứu thiết kế cấu trúc điều khiển mới BS_SM sử dụng thuật toán siêu xoắn thông số biến đổi VGSTA cho điều khiển vectơ của hệ truyền động SPIM hiệu suất cao.pdf

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế cấu trúc điều khiển BS_SM sử dụng thuật toán siêu xoắn thông số biến đổi VGSTA cho điều khiển vectơ hệ truyền động SPIM hiệu suất cao Mã số đề tài: 112007003 Chủ nhiệm đề tài: TS Phạm Thúy Ngọc Đơn vị thực hiện: Khoa Công nghệ Điện, Trường Đại Học Cơng Nghiệp TP Hồ Chí Minh LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Lãnh đạo Nhà trường, phòng Quản ký Khoa Học Hợp tác Quốc tế, phịng Tài Kế tốn, Ban chủ nhiệm khoa Công nghệ Điện trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh phòng ban chức tạo tạo điều kiện tốt cho tơi để hồn thành đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thành viên tham gia thực đề tài thành viên Hội đồng Nghiệm thu đề tài đồng nghiệp, nhà khoa học có ý kiến đóng góp q báu giúp tơi hồn thiện đề tài nghiên cứu Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2021 Chủ nhiệm đề tài TS Phạm Thúy Ngọc MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT PHẦN I THÔNG TIN CHUNG I Thông tin tổng quát II Kết nghiên cứu III Sản phẩm đề tài, công bố kết đào tạo IV Tình hình sử dụng kinh phí V Kiến nghị (về phát triển kết nghiên cứu đề tài): VI Phụ lục CHƯƠNG I: TỔNG QUAN Đặt vấn đề Tổng quan tình hình nghiên cứu tính cấp thiết tiến hành nghiên cứu Mục tiêu đề tài Đối tượng, Phạm vi nghiên cứu, cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Giới thiệu sơ lược tình hình nghiên cứu 10 2.2 Điều khiển vector (FOC) cho hệ truyền động SPIM 11 2.2.1 Nguyên lý điều khiển FOC 11 2.2.2 Bộ điều khiển PI cho điều khiển vector hệ truyền động SPIM 16 CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN VGSTA BS_SM TRONG ĐIỀU KHIỂN VECTOR FOC CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG SPIM 18 3.1 Mơ hình tốn SPIM hệ thống truyền động 18 3.1.1 Mơ hình tốn SPIM 18 3.1.2 Mơ hình toán hệ truyền động SPIM 20 3.2 Kỹ thuật điều khiển VGSTA BS đề xuất cho điều khiển tốc độ từ thơng rotor vịng ngồi 21 3.3 Bộ điều khiển SM đề xuất cho điều khiển dòng vòng 23 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ BIỆN LUẬN 26 4.1 Mục đích: 26 4.2 Kết mô biện luận 26 4.3 Kết luận: 32 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 33 Kết luận 33 Những đóng góp đề tài nghiên cứu 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 PHẦN III PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM 37 Hợp đồng thực đề tài nghiên cứu khoa học 37 Thuyết minh đề tài phê duyệt 37 Quyết định nghiệm thu 37 Hồ sơ nghiệm thu (biên họp, phiếu đánh giá, bảng tổng hợp điểm, giải trình, phiếu phản biện) 37 Sản phẩm nghiên cứu (bài báo, vẽ, mơ hình ) 37 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AC AI ANN B BCL BNL BS BQS BPN DC DFOC DTC DKTD DKD EV FLC FOC IM IFOC NN PCH PID PI PWM SPIM SM SPVSI SV VGSTA TT Dịng xoay chiều Trí tuệ nhân tạo Mạng nơ ron nhân tạo Hệ số ma sát Bộ chỉnh lưu Bộ nghịch lưu Backstepping Bộ quan sát Giải thuật huấn luyện lan truyền ngược Dòng chiều Điều khiển tựa theo từ thông rotor trực tiếp Điều khiển trực tiếp mô men Điều khiển tốc độ Điều khiển dòng Xe điện Điều khiển logic mờ Điều khiển tựa theo từ thông rotor Động không đồng ba pha Điều khiển tựa theo từ thông rotor gián tiếp Mạng nơ ron nhân tạo Điều khiển Hamiltonia Bộ điều khiển vi tích phân tỷ lệ Bộ điều khiển tích phân tỷ lệ Điều chế độ rộng xung Động khơng đồng sáu pha Mơ hình trượt Biến tần nguồn áp sáu pha Điều chế vector không gian Thuật tốn siêu xoắn với thơng số thay đổi Từ thơng PHẦN I THƠNG TIN CHUNG I Thơng tin tổng quát 1.1 Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế cấu trúc điều khiển BS_SM sử dụng thuật toán siêu xoắn thông số biến đổi VGSTA cho điều khiển vectơ hệ truyền động SPIM hiệu suất cao 1.2 Mã số: 112007003 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài TT Họ tên (học hàm, học vị) Đơn vị công tác TS Phạm Thúy Ngọc Khoa Công nghệ Điện Khoa Công nghệ Điện ThS Lê Đức Thuận Vai trò thực đề tài Chủ nhiệm đề tài Thành viên tham gia 1.4 Đơn vị chủ trì: Khoa Cơng nghệ Điện 1.5 Thời gian thực hiện: 1.5.1 Theo hợp đồng: Từ tháng 03 năm 2021 đến tháng 03 năm 2022 1.5.2 Gia hạn (nếu có): Khơng 1.5.3 Thực thực tế: Từ tháng 03 năm 2021 đến tháng 11 năm 2021 1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): Khơng 1.7 Tổng kinh phí phê duyệt đề tài: 48 triệu đồng II Kết nghiên cứu 2.1 Đặt vấn đề: Các hệ truyền động sử dụng động nhiều pha có nhiều ưu điểm vượt trội so với hệ truyền động động không đồng ba pha truyền thống, đặc biệt ứng dụng địi hỏi cơng suất lớn, độ tin cậy cao ngành công nghiệp ô tô, xe điện, xe điện lai, hệ thống đẩy tàu thủy, hàng không vũ trụ, quân hạt nhân, Nhằm cải tiến nâng cao chất lượng điều khiển nâng cao khả ứng dụng thực tiễn hệ truyền động động không đồng sáu pha (SPIMD) Trong đề xuất cấu trúc điều khiển phi tuyến này, thuật toán siêu xoắn với thông số thay đổi (Variable-Gain- Super-Twisting - VGSTA) sử dụng để tối ưu điều khiển Backstepping (BS) cho điều khiển tốc độ vịng ngồi, thành phần tích phân sai số dõi theo tích hợp để cải thiện bền vững Thuật tốn VGSTA phát triển cho điều khiển trượt (SM) nhằm cải thiện chất lượng điều khiển dòng vòng Với hệ số điều khiển cập nhật liên tục q trình hoạt động thuật tốn VGSTA mặt cung cấp thành phần điều khiển đầu điều khiển dịng tức thời, xác, mặt khác nâng cao tính bền vững, ổn định hệ thống SPIMD 2.2 Mục tiêu: Xây dựng cấu trúc điều khiển phi tuyến kết hợp điều khiển Backstepping điều khiển trượt (VGSTA_BS_SM) cho điều khiển vector (IFOC) hệ truyền động SPIM có độ xác cao, làm việc ổn định, bền vững trước nhiễu tải thay đổi tham số 2.3 Phương pháp nghiên cứu Trên sở lý thuyết điều khiển hợp tác có tiếp cận đến kết công bố nhất, báo cáo phân tích ưu nhược điểm phương pháp, tiếp tục nghiên cứu phát triển để khắc phục hạn chế tồn Các phương pháp nghiên cứu báo cáo bao gồm: - Nghiên cứu hệ thống điều khiển phi tuyến thích nghi - Sử dụng phần mềm để mô để kiểm chứng tính hiệu nghiên cứu 2.4 Tổng kết kết nghiên cứu Đề tài xây dựng thành cơng chứng minh tính hiệu cấu trúc điều khiển phi tuyến Backstepping điều khiển trượt (VGSTA BS_SM) cho điều khiển vector không cảm biến hệ truyền động động không đồng sáu pha (SPIM) Kết cơng bố tạp chí International Journal of Intelligent Engineering and Systems (ISSN: 2185-3118) (Scopus) 2.5 Đánh giá kết đạt kết luận Với kết đạt được, cấu trúc điều khiển phi tuyến Backstepping điều khiển trượt (VGSTA BS_SM) cho điều khiển vector không cảm biến hệ truyền động động không đồng sáu pha (SPIM) cải tiến nâng cao chất lượng điều khiển hệ truyền động động không đồng sáu pha nói riêng hệ truyền động xoay chiều nói chung Góp phần nâng cao khả ứng dụng thực tiễn hệ truyền động SPIM 2.6 Tóm tắt kết Tiếng Việt Đề tài xây dựng thành cơng cấu trúc điều khiển phi tuyến thích nghi nhằm nâng cao hiệu suất ổn định cho hệ truyền động động không đồng sáu pha Trong đề tài này, thuật toán siêu xoắn VGSTA phát triển cho điều khiển BS_SM với hệ số cập nhật liên tục trình vận hành, mặt, cung cấp phản hồi đầu xác, tức thời, mặt khác, tăng cường tính bền vững ổn định hệ thống truyền động SPIM , Việc sử dụng giải thuật VGSTA cho điều khiển BS vịng ngồi điều khiển SM vòng lựa chọn hiệu để điều khiển hệ thống phi tuyến với tham số khơng chắn khắc phục nhược điểm điều khiển BS_SM thơng thường, nỗ lực điều khiển lớn tượng Chatering Các kết mô đạt xác nhận điều khiển cung cấp phản ứng động nhanh xác thay đổi thông số máy, nhiễu tải điều kiện làm việc khác nhau, đặc biệt, cải thiện đáng kể tượng Chatering Tiếng Anh The project has successfully built a new adaptive nonlinear control structure to enhances the performance and stability of the six phase induction motor drives In this project, the VGSTA algorithm is developed for BS_SM controller with the gains are updated continuously during the operation process, on the one hand, it provides precise, instantaneous output responses, on the other hand, enhances the robustness and stability of SPIM drive systems, The use the VGSTA for both outer-loop BS controller and innerloop SM controller is an effective choice for the control of uncertain nonlinear systems since it overcomes the main drawbacks of the conventional BS_SM controller, that is, large control effort and chattering phenomenon The obtained simulation results have confirmed that the proposal controller give fast and accurate dynamic responses under change in the machine parameters, load disturbances and different working conditions, especially, significantly chattering phenomenon alleviation III Sản phẩm đề tài, công bố kết đào tạo 3.1 Kết nghiên cứu TT Tên sản phẩm 01 báo khoa học: Ngoc Thuy Pham, Thuan Duc Le, “A Novel Proposed Control Structure BS_SM Using Variable Gain Super Twisting Algorithm For Vector Control Of HighPerformance SPIM Drives”, International Journal of Intelligent Engineering and Systems, Vol.15, No.1, pp 155166, 2022 Yêu cầu khoa học hoặc/và tiêu kinh tế - kỹ thuật Đăng ký Đạt Bài báo khoa học thuộc danh mục Scopus Bài báo khoa học thuộc danh mục Scopus 3.2 Kết đào tạo: Khơng IV Tình hình sử dụng kinh phí TT A B Kinh phí Kinh phí duyệt thực (triệu đồng) (triệu đồng) 41,556,100 41,556,100 1,943,900 4,500,000 1,943,900 4,500,000 48,000,000 48,000,000 Nội dung chi Chi phí trực tiếp Th khốn chun mơn Ngun, nhiên vật liệu, Thiết bị, dụng cụ Cơng tác phí Dịch vụ thuê Hội nghị, hội thảo,thù lao nghiệm thu kỳ In ấn, Văn phịng phẩm Chi phí khác Chi phí gián tiếp Quản lý phí Chi phí điện, nước Tổng số Ghi V Kiến nghị (về phát triển kết nghiên cứu đề tài): - Trong phạm vi nghiên cứu đề tài, giải thuật đề xuất chưa kiểm chứng đối tượng SPIM với phụ tải cụ thể, hướng nghiên cứu tương lai, tác giả dự định phát triển phần cứng để thử nghiệm thực tế kỹ thuật điều khiển xây dựng đề tài cho hệ thống truyền động mơ hình xe điện trước tiên thơng qua thử nghiệm cơng suất nhỏ phịng thí nghiệm VI Phụ lục - Hợp đồng thực đề tài nghiên cứu khoa học - Thuyết minh đề tài phê duyệt - Quyết định nghiệm thu - Hồ sơ nghiệm thu - Sản phẩm nghiên cứu Tp Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 03 năm 2022 Chủ nhiệm đề tài Phòng QLKH&HTQT Đơn vị quản lý chuyên môn TS Phạm Thúy Ngọc PGS.TS Trịnh Ngọc Nam TS Trần Thanh Ngọc CHƯƠNG I: TỔNG QUAN Đặt vấn đề Trong nghiên cứu gần cho thấy, hệ truyền động sử dụng động nhiều pha có nhiều ưu điểm vượt trội so với hệ truyền động động không đồng pha truyền thống, đặc biệt ứng dụng địi hỏi cơng suất lớn, độ tin cậy cao ngành công nghiệp ô tô, xe điện, xe điện lai, hệ thống đẩy tàu thủy, hàng không vũ trụ, quân hạt nhân, Nhằm cải tiến nâng cao chất lượng điều khiển nâng cao khả ứng dụng thực tiễn hệ truyền động động không đồng sáu pha (SPIMD), đề tài đề xuất cấu trúc điều khiển phi tuyến sử dụng điều khiển Backstepping điều khiển trượt (BS_SM) cho điều khiển vector không cảm biến hệ truyền động động không đồng sáu pha Trong đề xuất cấu trúc điều khiển phi tuyến này, thuật tốn siêu xoắn với thơng số thay đổi (Variable-Gain- Super-Twisting - VGSTA) sử dụng để tối ưu điều khiển Backstepping (BS) cho điều khiển tốc độ vịng ngồi, thành phần tích phân sai số dõi theo tích hợp để cải thiện bền vững Thuật tốn VGSTA phát triển cho điều khiển trượt (SM) nhằm cải thiện chất lượng điều khiển dòng vòng Với hệ số điều khiển cập nhật liên tục trình hoạt động thuật tốn VGSTA mặt cung cấp thành phần điều khiển đầu điều khiển dịng tức thời, xác, mặt khác nâng cao tính bền vững, ổn định hệ thống SPIMD Tổng quan tình hình nghiên cứu tính cấp thiết tiến hành nghiên cứu 2.1 Tình hình nghiên cứu quốc tế Đây hướng nghiên cứu tập trung nghiên cứu vài thập kỷ gần nhằm phát triển điều khiển cho hệ thống truyền động SPIM Có số cơng bố cho lĩnh vực Tuy nhiên, nghiên cứu công bố chủ yếu liên quan đến cấu trúc điều khiển truyền thống, chưa có nghiên cứu công bố liên quan đến cấu trúc điều khiển phi tuyến kết hợp sử dụng BS SM đề xuất 2.2 Tình hình nghiên cứu nước Đây hướng nghiên cứu mới, tác giả khơng tìm thấy cơng bố lĩnh vực nghiên cứu liên quan nước 2.3 Đánh giá kết cơng trình nghiên cứu cơng bố Để cải thiện chất lượng điều khiển, gần phương pháp điều khiển phi tuyến nghiên cứu phát triển thay cho điều khiển PID truyền thống với hệ số điều khiển cố định thỏa mãn yêu cầu hệ truyền động SPIM ... minh số mô hình thiết bị khác liên quan b Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu cấu trúc điều khiển BS, SM sử dụng thuật tốn siêu xoắn thơng số biến đổi VGSTA ứng dụng cho điều khiển vectơ hệ truyền động. .. thơng số thay đổi Từ thơng PHẦN I THƠNG TIN CHUNG I Thơng tin tổng quát 1.1 Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế cấu trúc điều khiển BS_SM sử dụng thuật tốn siêu xoắn thơng số biến đổi VGSTA cho điều khiển. .. xuất cấu trúc điều khiển phi tuyến sử dụng điều khiển Backstepping điều khiển trượt (BS_SM) cho điều khiển vector không cảm biến hệ truyền động động không đồng sáu pha Trong đề xuất cấu trúc điều