(Luận văn thạc sĩ hcmute) nghiên cứu điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha bằng logic mờ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN TẤN PHÁT NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA BẰNG LOGIC MỜ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2019 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN TẤN PHÁT NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA BẰNG LOGIC MỜ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Tp Hồ Chí Minh, Tháng Năm 2019 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN TẤN PHÁT NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA BẰNG LOGIC MỜ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van Khối biến đổi v/f: Hình 4.10: Khối biến đổi v/f Khối biến đổi v/f có chức biến đổi giá trị vận tốc tính tốn từ khâu xử lý Logic mờ giá trị độ lớn góc lệch pha tương ứng với giá trị tốc độ ngõ vào yêu cầu để đưa đến khâu điều chế xung SPWM xử lý tiếp tục Khối phát xung SPWM: Hình 4.11: Khối điều chế xung SPWM Khối điều chế xung SPWM tạo xung điều khiển cho khóa đóng mở IGBT Mosfet khối nghịch lưu pha Hình 4.12: Các xung điều khiển phát từ khối điều chế xung SPWM Các xung điều khiển có dạng xung vng chu kỳ TON TOFF thay đổi tương tự hình sin Với xung điều khiển UđkS1 đến UđkS6 tương ứng vớ IGBT hoăc Mosfet nghịch lưu pha GVHD: PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM 59 Luan van HVTH: PHAN TẤN PHÁT Hình 4.13: Dạng sóng điện áp ngõ nghịch lưu điển hình điều khiển phát xung SPWM Khối xử lý Logic mờ: Hình 4.14: Khối xử lý Logic mờ Khối xử lý Logic mờ có quan trọng khâu điều khiển hệ thống Vì khối xử lý tốc độ điều khiển tính tốn từ sai số tốc độ giữ giá trị đặt tốc độ thực tế đưa giá trị điều khiển phù hợp Các giá trị điều khiển thay đổi theo giá trị thực tế diễn Bởi tính chất làm cho hệ thống trở nên xác độ tin cậy cao điều khiển 4.2.3 Điều khiển Logic mờ sử dụng chƣơng trình Khối điều khiển Logic mờ (Fuzzy Logic) khối tính tốn điều khiển chương trình Nó tính tốn từ liệu ngõ vào tín hiệu hồi tiếp từ động để đưa gá trị điều khiển với yêu cầu hệ thống Khối điều khiển Logic mờ có khâu chức hồn tồn khác việc tính tốn điều khiển Khối Logic mờ thông qua bước mờ hóa ngõ vào GVHD: PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM 60 Luan van HVTH: PHAN TẤN PHÁT (Fuzzification), luật mờ (Rules), giải mờ ngõ (De-fuzzification) Hình 4.15: Khối Logic mờ hệ thống Mờ hóa ngõ vào (Fuzzification) khối chuyển đổi tín hiệu hồi tiếp giá trị đặt thành tín hiệu dạng lời nói điều khiển thông thường với hàm liên thuộc phù hợp với u cầu điều khiển Hình 4.16: Khối mờ hóa ngõ vào điển hình Các giá trị tốc độ ngõ vào mờ hóa thành giá trị điều khiển dạng lời nói chậm (RC), chậm (CH), bình thường (BT), nhanh (NH) nhanh GVHD: PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM 61 Luan van HVTH: PHAN TẤN PHÁT (RN) Với hàm liên thuộc chuyên gia điều khiển nghiên cứu quan sát kỹ Giải mờ (De-fuzzification) khối tính tốn ngược từ hàm liên thuộc điều khiển dạng lời nói trở thành giá trị Logic điều khiển hệ thống Hình 4.17: Khối giải mờ điển hình Khối giải mờ điển hình sử dụng hàm liên thuộc điều khiển dạng lời nói chậm (Very Slow – VS), chậm (Slow – SL), bình thường (Normal – NM), nhanh (Fast – FA) nhanh (Very Fast – VF) Với giá trị tương ứng từ giá đến giá trị 20 Sau khỏi hệ thống giá trị nhân với hệ số định cho phù hợp yêu cầu hệ thống Hệ số gọi hệ số hậu xử lý Các luật mờ (Rules) khối quan trọng hệ thống Điều khiển hệ thống xác hay khơng phụ thuộc nhiều từ khâu GVHD: PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM 62 Luan van HVTH: PHAN TẤN PHÁT Hình 4.18: Khối luật mờ ngõ và ngõ Khối luật mờ sử dụng lệnh IF – THEN để tạo quy luật điều khiển IF ngõ vào trạng thái nào, THEN tương ứng với ngõ vào thời điểm Các chun gia điều khiển tính tốn theo dõi để tạo bảng quy luật điều khiển để đưa vào hệ thống 4.2.4.Kết mơ Hình 4.19: Tốc độ dòng điện động hệ thống điều khiển Logic mờ GVHD: PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM 63 Luan van HVTH: PHAN TẤN PHÁT Hình 4.20: Kết mô điều khiển tốc độ băng tải Logic mờ điều khiển PI 4.2.5 Kết luận Từ kết mơ tốc độ động thấy hệ thống đáp ứng yêu cầu điều khiển tốt độ vọt lố điều khiển lớn Còn từ kết dịng điện động nhận xét dạng sóng tần số với lý thuyết điều khiển cịn nhiều sóng đa hài hệ thống gây cần khắc phục vấn đề Kết mô điều khiển tốc độ động Logic mờ điều khiển PID điều khiển Logic mờ có kết tốt điều khiển PID nhiều Điều ta quan sát rõ ràng thời gian đáp ứng theo tốc độ yêu cầu hệ thống Hay đáp ứng tốc độ hệ thống tăng tải giảm tải hệ thống Nhưng kết dịng điện ta thấy điều khển PID có dịng điện ổn định điều khiển Logic mờ Kết luận, điều khiển Logic mờ đáp ứng nhanh xác điều khiển PID điều khiển tốc độ động cụ thể điều khiển tốc độ băng tải GVHD: PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM 64 Luan van HVTH: PHAN TẤN PHÁT 4.3 Mơ hình điều khiển tốc động động quạt thơng gió trang trại chăn nuôi gà 4.3.1 Cơ sở lý thuyết Trong chăn nuôi gia súc gia cầm khơng tính tốn cân đối giữ chi phí nguyên liệu cần thiết giá bán thành phẩm để có suất cao Mà cịn chịu ảnh hưởng môi trường sống gia súc gia cầm lớn Đặc biệt với trang trại nuôi gà nhiệt độ độ ẩm mơi trường sống ảnh hưởng lớn đến suất sinh sản, trọng lượng bệnh tật gà [12] Hình 4.21: Mơ hình thơng gió trang trại điển hình Các tiêu chuẩn mơi trường chăn ni gà nhiệt độ lý tưởng cho gà phát triển tốt 20oC, nhiệt độ tốt cho gà 10-25oC, nhiệt độ đề phịng 510oC 25-30oC nhiệt độ nguy hiểm đến gà nhỏ 5oC lớn 30oC Tiêu chuẩn nhiệt độ nêu phù hợp với gà trưởng thành Độ ẩm thích hợp trang trại nuôi gà 60 - 70% Nếu độ ẩm cao sẽ cho gà tiết nhiệt độ thể khó khăn làm ảnh hưởng đến sức khỏe phát triển gà Nếu độ ẩm qua thấp làm cho môi trường xung quanh bị khô hanh, trang trại dễ bụi, gà dễ mắc bệnh đường hơ hấp Ngồi ra, phát triển gà cịn ảnh hưởng chất độn chuồng, độ khơng khí độ sáng trang trại Nhưng mơ hình nghiên cứu quan tâm đến nhiệt độ độ ẩm trang trại giữ cho tiêu chuẩn ổn định GVHD: PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM 65 Luan van HVTH: PHAN TẤN PHÁT Với yêu cầu giữ nhiệt độ độ ẩm đạt tiêu chuẩn trước hệ thống thơng gió phải có thêm hệ thống tạo ẩm giải nhiệt khơng khí Nhiệm vụ mơ hình nghiên cứu điều chỉnh tốc độ lưu thơng khơng khí từ khâu tạo ẩm giải nhiệt để đưa vào trang trại cho phù hợp đạt tiêu chuẩn trang trại nuôi gà 4.3.2 Giải thuật điều khiển Tốc độ động thơng gió tính tốn giải thuật Logic mờ để đưa vận tốc tham chiếu để khâu điều khiển Logic mờ thứ hai để điều khiển động quạt gió Hình 4.22: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển Nhiệt độ độ ẩm so sánh với giá trị đặt để đưa giá trị sai lệch đưa đến khâu Logic mờ thứ Khâu Logic mờ sử dụng thuật toán cho tốc độ tham chiếu phù hợp để trang trại gà đặt têu chuẩn nhiệt độ độ ẩm Sau đó, giá trị tốc độ tham chiếu đưa vào so sánh khâu Logic mờ thứ hai để có sai lệch giá trị tham chiếu giá trị thực tế Khâu Logic mờ tính tốn để đưa giá trị tần số điều khiển động GVHD: PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM 66 Luan van HVTH: PHAN TẤN PHÁT 4.3.3 Chƣơng trình điều khiển Hình 4.23: Chương trình điều khiển tốc độ quạt thơng gió trang trại gà sử dụng Logic mờ Hình 4.24: Chương trình điều khiển tốc độ quạt thơng gió trang trại gà so sánh Logic mờ điều khiển PI Ở chương trình điều khiển này, giá trị đặt ban đầu nhiệt độ 20oC độ ẩm 65% Nhiệt độ phòng ban đầu giả lập 40 oC đến thời gian 0,4 giây nhiệt độ phòng đặt 25 oC Việc đặt thơng số nhiệt độ phịng để theo dõi thay đổi vào ổn định hệ thống nhiệt độ môi trường thay đổi Độ ẩm đặt ban đầu 60% sau thời gian 0.7 giây đươc đặt xuống 30% để xem GVHD: PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM 67 Luan van HVTH: PHAN TẤN PHÁT thay đổi hệ thống Chương trình giúp hệ thống hoạt động tự động mà không cần người giám sát hiệu chỉnh cho phù hợp Chuyên gia làm việc với hệ thống theo dõi hệ thống để nhận xét hiệu hệ thống nâng cấp thêm cho hệ thống để tối ưu 4.3.4 Kết mơ Hình 4.25: Kết tốc độ dòng điện động quạt thơng gió trại gà sử dụng Logic mờ GVHD: PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM 68 Luan van HVTH: PHAN TẤN PHÁT Hình 4.26: Kết điều khiển tốc độ quạt thơng gió trại gà so sánh Logic mờ điều khiển PI 4.4 Kết luận Qua kết đạt từ hệ thống thấy hệ thống đáp ứng tốc độ nhanh tốc độ đạt đến tốc độ đặt nhanh Nhưng độ vọt lố hệ thống lớn Dòng điện đơng cịn nhiều sóng hài bậc cao cần xử lý để có kết tốt Đây hệ thống tham khảo nên tốc độ động cho nhiệt độ độ ẩm tiêu chuẩn chưa xác hồn tồn Vì giải thuật Logic mờ phải cần nhiều kinh nghiệm từ chuyên gia điều khiển để đưa vào để khắc phục sai lệch hệ thống GVHD: PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM 69 Luan van HVTH: PHAN TẤN PHÁT Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Điều khiển mờ cho đáp ứng tốt nhờ ứng dụng điều khiển thông minh vào trường hợp mô điều khiển tốc độ động Hệ thống phần cứng cho hệ mờ phát triển, bao gồm bo mạch thực quy tắc mờ, thiết bị dùng cho suy luận mờ Những khó khăn việc sử dụng hệ mờ phải có kiến thức chuyên gia đối tượng điều khiển không chắn việc diễn tả cấu trúc ngôn ngữ cho quy trình điều khiển Kết cho thấy: - Thay đổi tốc độ động không đồng ba pha dễ dàng với giải thuật điều khiển Logic mờ (Fuzzy Logic) - Đáp ứng tốc độ hệ thống thay đổi nhanh giữ ổn định tốc độ tăng thêm tải giảm bớt hệ thống tốt - Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống với giải thuật điều khiển Logic mờ dễ dàng Tuy nhiên kết mô mang tính chất định tính chưa xác giới hạn thay đổi thơng số sở tốn học: - Ngõ vào sử dụng chương trình điều khiển có ngõ vào Nếu nhiều ngõ vào khó khăn đưa luật mờ để điều khiển xác hệ thống - Độ vọt lố khác cao 5.2 Hƣớng phát triển - Kết hợp nhiều ngõ vào cho hệ thống để điều khiển dễ dàng - Khắc phục khâu giải thuật điều khiển Logic mờ để giảm độ vọt lố cho hệ thống điều khiển tốc độ động - Kết hợp giải thuật điều khiển Logic mờ với giải thuật thông minh khác mạng Nơ-ron nhân tạo, giải thuật di truyền GA, giải thuật bầy đàn PSO hay GVHD: PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM 70 Luan van HVTH: PHAN TẤN PHÁT điều khiển PID để hệ thống hiệu cao có tính chất tự học từ liệu trước hệ thống - Phát triển hệ truyền động động không đồng sử dụng Logic mờ để điều khiển định hướng từ thông FOC - Sử dụng làm tài liệu tham khảo cho việc nghiên cứu vận hành máy điện GVHD: PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM 71 Luan van HVTH: PHAN TẤN PHÁT TÀI LỆU THAM KHẢO P Tripura and Y Srinivasa Kishore Babu, “Fuzzy Logic Speed Control of Three Phase Induction Motor Drive”, World Academy of Science, Engineering and Technology 60 2011 Biranchi Narayan Kar, K.B Mohanty, “Indirect Vector Control of Induction Motor Using Fuzzy Logic Controller”, Department of Electrical Engineering, National Institute of Technology, Rourkela-769008 M N Uddin, T S Radwan and M A Rahman “Performances of Fuzzy-Logic Based Indirect Vector Control for Induction Motor Drive,” IEEE Transactions on Industry Applications, Vol 38, No 5, pp 1219-1225, September/October, 2002 Basem M Badr, Ali M Eltamaly, and A I Alolah.“Fuzzy Controller for three phases induction motor drives” Electrical Engineering, College of Engineering College of Engineering, King Saud University, Riyadh, KSA Divya Rai, Swati Sharma, Vijay Bhuria.“Fuzzy speed controller design of three phase induction motor” Assistant Professor Department of Electrical Engineering, Madhav institute of technology and science, Gwalior Trần Công Bỉnh, Bài giảng hệ thống điểu khiển số điều khiển máy điện, 2010 Nguyễn Phùng Quang, Truyền động điện thông minh, Nhà Xuất Bản KHKT HN, 2004 Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước, Lý thuyết điều khiển mờ, Nhà Xuất Bản KHKT HN, 2006 Phạm Hồ Huy Ánh, Điều khiển máy điện áp dụng tính tốn mềm, Nhà Xuất Bản ĐHQG TPHCM, 2014 10 Nguyễn Phùng Quang, Matlab & simulink, Nhà Xuất Bản KHKT, 2008 11 Nguyễn Thị Phương Hà, Lý Thuyết ĐK Hiện Đại, Nhà Xuất Bản ĐHQG TPHCM, Tháng 1, 2016 12 Luận văn thạc sỹ, điều khiển động không đồng ba pha, Thư viện ĐHSPKT GVHD: PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM 72 Luan van HVTH: PHAN TẤN PHÁT S K L 0 Luan van ... đại điều khiển động không đồng ba pha Tìm hiểu, nghiên cứu sử dụng lý thuyết logic mờ điều khiển động không đồng ba pha Mô hệ truyền động điều khiển động không đồng ba pha sử điều khiển mờ phần... không đồng ba pha 1.2.2 Phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu ? ?Nghiên cứu điều khiển tốc độ động không đồng ba pha logic mờ? ?? 1.2.3 Nhiệm vụ nghiên cứu Tìm hiểu số phương pháp điều khiển. .. độ động không đồng ba pha, ứng dụng lý thuyết điều khiển Logic mờ vào hệ thống truyền động, cụ thể điều khiển tốc độ động Khảo sát đáp ứng điều khiển Logic mờ với số mơ hình có sử dụng động không