Luận án tiến sĩ kỹ thuật điện phát triển giải thuật ước lượng thông số cơ điện và điều khiển servo động cơ không đồng bộ ba pha

I BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Tấn Nó PHÁT TRIỂN GIẢI THUẬT ƯỚC LƯỢNG THƠNG SỐ CƠ ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN SERVO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 9520216 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1.Chức danh, tên HD1: TS Trương Nguyên Vũ 2.Chức danh, tên HD2: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Hà Nội – 2021 II LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết khoa học trình bày luận án thành nghiên cứu thân tơi suốt q trình làm nghiên cứu sinh chưa xuất công bố tác giả khác Các kết đạt xác trung thực TÁC GIẢ LUẬN ÁN III LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin trân trọng cảm ơn đến Ban Lãnh đạo Học Viện Khoa Học Công Nghệ - Viện Hàn Lâm Khoa Học Công Nghệ Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập nghiên cứu Tơi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn Quý Thầy nhiệt tình định hướng, hỗ trợ tơi hồn thành luận án Xin cảm ơn Anh (Chị) cán phòng ban tạo điều kiện, trao đổi kinh nghiệm chuyên mơn hỗ trợ vật tư, kinh phí, thiết bị để tơi hồn thành thực nghiệm luận án với kết tốt Cuối cùng, xin cảm ơn đến gia đình, bạn bè, người thân động viên dành cho tơi tình cảm, chia sẻ lúc khó khăn Hà Nội, ngày …… tháng … năm 20…… Tác giả luận án IV MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA I LỜI CAM ĐOAN II LỜI CẢM ƠN III MỤC LỤC IV DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT VIII DANH MỤC CÁC BẢNG X DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ XI MỞ ĐẦU .1 Tính cấp thiết luận án Mục tiêu, đối tượng, phương pháp phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Các đóng góp luận án Cấu trúc nội dung luận án .4 CHƯƠNG TỔNG QUAN .5 1.1 Đặt vấn đề .5 1.2 Những cơng trình nghiên cứu liên quan .7 1.3 Các vấn đề nghiên cứu luận án 14 1.4 Kết luận 15 CHƯƠNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 17 2.1 Động điện chiều .17 2.1.1 Cấu tạo .17 2.1.2 Nguyên lý hoạt động .17 V 2.1.3 Mơ hình động điện chiều 18 2.2 Chuyển đổi hệ tọa độ điều khiển động xoay chiều 19 2.2.1 Chuyển đổi hệ tọa độ 19 2.2.2 Hàm truyền Clarke 20 2.2.3 Hàm truyền Park 21 2.3 Động PMSM 21 2.3.1 Cấu tạo động PMSM 21 2.3.2 Nguyên lý hoạt động 22 2.3.3 Mơ hình tốn động PMSM 23 2.4 Động không đồng ba pha 24 2.4.1 Khái niệm 24 2.4.2 Cấu tạo 25 2.4.3 Nguyên lý hoạt động 26 2.4.4 Mơ hình tốn động IM 28 2.5 Các phương pháp điều khiển động điện xoay chiều 29 2.6 Kết luận 37 CHƯƠNG LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT VÀ ỨNG DỤNG TRONG ƯỚC LƯỢNG THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 38 3.1 Lý thuyết điều khiển trượt 38 3.2 Phương pháp khắc phục chattering điều khiển trượt 42 3.2.1 Phương pháp thay hàm sign hàm sigmoid 42 3.2.2 Phương pháp điều khiển trượt bậc cao FONTSM 44 3.3 Ứng dụng điều khiển trượt ước lượng thông số hệ thống 46 3.3.1 Sử dụng trượt cổ điển 48 VI 3.3.2 Sử dụng trượt NTSM 50 3.4 Kết luận 52 CHƯƠNG ƯỚC LƯỢNG THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 54 4.1 Ước lượng thông số điện động điện chiều 54 4.2 Kết mô thực nghiệm 60 4.2.1 Kết mô 60 4.2.2 Kết thực nghiệm .69 4.3 Kết luận 73 CHƯƠNG ƯỚC LƯỢNG THÔNG SỐ CƠ ĐIỆN ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU (PMSM) 74 5.1 Ước lượng thông số điện động PMSM 74 5.2 Kết mô thực nghiệm 79 5.2.1 Kết mô 79 5.2.2 Kết thực nghiệm .85 5.3 Kết luận 87 CHƯƠNG ƯỚC LƯỢNG THÔNG SỐ CƠ ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ (IM) 89 6.1 Thiết kế điều khiển trực tiếp mô-men 89 6.2 Ước lượng thông số điện động không đồng 91 6.3 Kết mô thực nghiệm 95 6.3.1 Kết mô 95 6.3.2 Kết thực nghiệm .101 6.4 Kết luận 104 CHƯƠNG KẾT LUẬN .106 7.1 Những nội dung nghiên cứu luận án 106 VII 7.2 Những đóng góp khoa học luận án 107 7.3 Định hướng nghiên cứu phát triển 108 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO 110 PHỤ LỤC 118 VIII DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu/ Viết tắt Đơn vị Ý nghĩa R Ω Điện trở cuộn dây động điện chiều L H Độ tự cảm i A Dòng điện động điện chiều Kt Nm/A Ke V/(rad/sec) v V  rad Góc rotor động điện chiều T Kg/m Mô-men động điện chiều Tl Nm Mô-men tải Tf Nm Mô-men ma sát tĩnh b Nms/rad TL Nm v   V Điện áp stator động PMSM i   A Dòng điện stator động PMSM Rs Ω Điện trở stator động PMSM e Rad Góc rotor f Wb Từ thơng Hằng số mô-men động điện chiều Hằng số Back-emf động điện chiều Điện áp động điện chiều Hệ số ma sát nhớt Tất ngoại lực tác động bao gồm nhiễu hệ thống Số cặp cực động đồng nam châm vĩnh cửu np J Kg.m2 vs   V Điện áp stator hệ tọa độ (α-β) is   A Dòng điện stator hệ tọa độ (α-β)  s   Wb Từ thông stator hệ tọa độ (α-β) vr   V Điện áp rotor hệ tọa độ (α-β) Rr Ω Điện trở rotor  r   Wb Từ thông rotor hệ tọa độ (α-β) Mơ-men qn tính IX  Rad/s Vận tốc góc rotor Ls mH Cảm kháng Stator Lr mH Cảm kháng Rotor Lm mH Hỗ cảm te Kg.N.m2 Mô-men vsd q V Điện áp stator hệ di động (d-q) isd  q A Dòng điện stator hệ di động (d-q)  sd q Wb Từ thông stator hệ di động (d-q) s Rad/s Vận tốc góc từ thơng stator PMSM Pernament Magnet Sychronous Motor IM Induction Motor DC Direct Current AC Alternate Current FOC Field Oriented Control DTC Direct Torque Control SLM Sliding Mode TSM Terminal Sliding Mode NTSM Nonsingular Terminal Sliding Mode HOTSM High-Order Terminal Sliding Mode FONTSM Full-Order Nonsingular Terminal Sliding Mode CNC Computer Numerical Control LPF Low Pass Filter X DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Bảng đóng ngắt khóa bán dẫn dựa vào mơ-men góc từ thơng 34 Bảng 2.2 So sánh phương pháp điều khiển trực tiếp mô-men (DTC) phương pháp điều khiển tựa từ thông (FOC) 36 Bảng 4.1 Thông số động điện chiều sử dụng mô 60 Bảng 4.2 Bảng so sánh kết ước lượng tốc độ rotor điều khiển 61 Bảng 4.3 Kết sai số dòng điện ước lượng từ điều khiển 64 Bảng 4.4 Bảng kết ước lượng tốc độ Rˆ  1.5R, Lˆ  1.5L 66 Bảng 4.5 Bảng kết ước lượng tốc độ Rˆ  3R, Lˆ  L 67 Bảng 4.6 Bảng so sánh kết tốc độ ước lượng điều khiển 68 Bảng 4.7 Thông số động điện chiều thực nghiệm 69 Bảng 4.8 Đáp ứng tốc độ thực nghiệm lý thuyết ước lượng 70 Bảng 4.9 Đáp ứng dòng điện thực nghiệm lý thuyết ước lượng 72 Bảng 5.1 Thông số kỹ thuật động PMSM sử dụng mô 80 Bảng 5.2 Kết ước lượng tốc độ điều khiển 81 Bảng 5.3 Kết ước lượng tốc độ điều khiển 83 Bảng 5.4 Thông số động PMSM thực nghiệm 85 Bảng 5.5 Kết ước lượng tốc độ điều khiển 86 Bảng 6.1 Thông số kỹ thuật động IM sử dụng mô 95 Bảng 6.2 Kết ước lượng tốc độ điều khiển 97 Bảng 6.3 Kết ước lượng tốc độ điều khiển 99 Bảng 6.4 Thông số động IM thực nghiệm 101 Bảng 7.1 Bảng tổng hợp kết ước lượng 106 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO D Cherifi, Online Stator and Rotor Resistance Estimation Scheme Using Sliding Mode Observer for Indirect Vector Controlled Speed Sensorless Induction Motor, Am J Comput Sci Technol., 2019, (1), Y C Luo, Z S Ke, and Y P Kuo, Sensorless vector controlled induction motor drive with optimization algorithm speed controller design strategy, Proc - 2014 Int Symp Comput Consum Control, 2014, 2014 (1), 888–891 B Hekimoglu, Optimal Tuning of Fractional Order PID Controller for DC Motor Speed Control via Chaotic Atom Search Optimization Algorithm, IEEE Access, 2019, (1), 38100–38114 S K Kommuri, K C Veluvolu, M Defoort, and Y C Soh, Higher-order sliding mode observer for speed and position estimation in pmsm, Math Probl Eng., 2014, 2014 (1), 1–12 A Ferreira de Loza, L Fridman, L T Aguilar, and R Iriarte, High-order sliding-mode observer–based input-output linearization, Int J Robust Nonlinear Control, 2019, 29 (10), 3183–3199 Y S Mohamed and A A Zaki, Stator Resistance and Speed Estimation for Induction Motor Drives As Influenced by Saturation, Online J Electron Electr Eng., 2009, (2), 416–424 Q Wang and Z G Wu, Robust Output Feedback Control for Input-Saturated Systems Based on a Sliding Mode Observer, Circuits, Syst Signal Process., 2021, 40 (5), 2267–2281 K Shao, J Zheng, H Wang, F Xu, X Wang, and B Liang, Recursive sliding mode control with adaptive disturbance observer for a linear motor positioner, Mech Syst Signal Process., 2021, 146 (1), 1–16 W Xu, S Qu, L Zhao, and H Zhang, An Improved Adaptive Sliding Mode Observer for Middle- And High-Speed Rotor Tracking, IEEE Trans Power Electron., 2021, 36 (1), 1043–1053 111 10 T Ma, L Li, and H Li, Observer-based finite-time adaptive sliding mode control for itô stochastic jump systems with actuator degradation, IEEE Access, 2020, (1), 18590–18600 11 M M Mahmouh and M Khater, Robust Chatter-Free Sliding Mode Observer of Sensorless Induction Motor Drives, ERJ Eng Res J., 2007, 30 (1), 9–15 12 Z Ma and G Sun, Dual terminal sliding mode control design for rigid robotic manipulator, J Franklin Inst., 2018, 355 (18), 9127–9149 13 H Chen and S Wo, RBF neural network of sliding mode control for timevarying 2-DOF parallel manipulator system, Math Probl Eng., 2013, 2013 (1), 1–12 14 N P Quang, Điều khiển vector truyền động điện xoay chiều ba pha, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2016, Hà Nội 15 S Krim, S Gdaim, and M F Mimouni, Robust Direct Torque Control with Super-Twisting Sliding Mode Control for an Induction Motor Drive, Complexity, 2019, 2019 (1), 1–24 16 T G Habetler, F Profumo, M Pastorelli, and L M Tolbert, Direct Torque Control of Induction Machines Using Space Vector Modulation, IEEE Trans Ind Appl., 1992, 28 (5), 1045–1053 17 Y Feng, J Zheng, X Yu, and N V Truong, Hybrid terminal sliding-mode observer design method for a permanent-magnet synchronous motor control system, IEEE Trans Ind Electron., 2009, 56 (9), 3424–3431 18 M Usama and J Kim,Robust adaptive observer-based finite control set model predictive current control for sensorless speed control of surface permanent magnet synchronous motor, Trans Inst Meas Control, 2021, 43 (6), 1416– 1429 19 J Chen, J Huang, and Y Sun, Resistances and Speed Estimation in Sensorless Induction Motor Drives Using a Model with Known Regressors, IEEE Trans Ind Electron., 2019, 66 (4), 2659–2667 112 20 Y Zhang and X F Cheng, Sensorless Control of Permanent Magnet Synchronous Motors and EKF Parameter Tuning Research, Math Probl Eng., 2016, 2016 (1), 1–12 21 A Taheri, H P Ren, and C H Song, Sensorless Direct Torque Control of the Six-Phase Induction Motor by Fast Reduced Order Extended Kalman Filter, Complexity, 2020, 2020 (1), 1–10 22 M Zhang, F Xiao, R Shao, Z Deng, and H S Su, Robust Fault Detection for Permanent-Magnet Synchronous Motor via Adaptive Sliding-Mode Observer, Math Probl Eng., 2020, 2020 (1), 1–6 23 Z Boulghasoul, Z Kandoussi, A Elbacha, and A Tajer, Fuzzy Improvement on Luenberger Observer Based Induction Motor Parameters Estimation for High Performances Sensorless Drive, J Electr Eng Technol., 2020, 15 (5), 2179–2197 24 Y C Luo and C L Tsai, Speed estimation vector-controlled induction motor drive based on fuzzy logic control flux estimator, J Low Freq Noise Vib Act Control, 2019, 38 (3–4), 1220–1233 25 L N Tan, T P Cong, and D P Cong, Neural Network Observers and Sensorless Robust Optimal Control for Partially Unknown PMSM with Disturbances and Saturating Voltages, IEEE Trans Power Electron., 2021, 36 (10), 12045–12056 26 B Fan, Z Yang, W Xu, and X Wang, Rotor resistance online identification of vector controlled induction motor based on neural network, Math Probl Eng., 2014, 2014 (1), 1–11 27 H O Ozer, Y Hacioglu, and N Yagiz, High order sliding mode control with estimation for vehicle active suspensions, Trans Inst Meas Control, 2018, 40 (5), 1457–1470 28 A K Junejo, W Xu, C Mu, M M Ismail, and Y Liu, Adaptive Speed Control of PMSM Drive System Based a New Sliding-Mode Reaching Law, IEEE Trans 113 Power Electron., 2020, 35 (11), 12110–12121 29 H Armghan, M Yang, A Armghan, N Ali, M Q Wang, and I Ahmad, Design of integral terminal sliding mode controller for the hybrid AC/DC microgrids involving renewables and energy storage systems, Int J Electr Power Energy Syst., 2020, 119 (December 2019), 1–15 30 C Ren, X Li, X Yang, and S Ma, Extended state observer-based sliding mode control of an omnidirectional mobile robot with friction compensation, IEEE Trans Ind Electron., 2019, 66 (12), 9480–9489 31 D H Shah and D M Patel, Design of sliding mode control for quadruple-tank MIMO process with time delay compensation, J Process Control, 2019, 76, 46– 61 32 Y Feng, X Yu, and F Han, On nonsingular terminal sliding-mode control of nonlinear systems, Automatica, 2013, 49 (6), 1715–1722 33 S S S Farahani, N Masoomabadi, and M Jahed-motlagh, Robust Congestion Control Using Sliding Mode Control In TCP/IP Computer Networks, Int J Ind Electron Control Optim., 2020, (4), 503–510 34 P Ignaciuk and M Morawski, Discrete-Time Sliding-Mode Controllers for MPTCP Networks, IEEE Trans Syst Man, Cybern Syst., 2021, 51 (10), 6029– 6039 35 Y Feng, F Han, and X Yu, Chattering free full-order sliding-mode control, Automatica, 2014, 50 (4), 1310–1314 36 F E Hoyos, A Rincón, J A Taborda, N Toro, and F Angulo, Adaptive quasisliding mode control for permanent magnet DC motor, Math Probl Eng., 2013, 2013 (1), 1–12 37 I Jmel, H Dimassi, S Hadj-Said, and F M’Sahli, An adaptive sliding mode observer for inverted pendulum under mass variation and disturbances with experimental validation, ISA Trans., 2020, 102 (1), 264–279 38 X T Tran and H J Kang, Adaptive hybrid High-Order terminal sliding mode 114 control of MIMO uncertain nonlinear systems and its application to robot manipulators, Int J Precis Eng Manuf., 2015, 16 (2), 255–266 39 N Ettalabi, M Bouzi, B Bossoufi, K Anoune, and E Mouncef, Fuzzy-sliding mode speed control of permanent magnet synchronous motor using NPC converter, Int J Eng Res Technol., 2020, 13 (7), 1649–1657 40 A Mechernene, M Loucif, and M Zerikat, Induction motor control based on a fuzzy sliding mode approach, Rev Roum des Sci Tech Ser Electrotech Energ., 2019, 64 (1), 39–44 41 G Wang, X Hao, N Zhao, G Zhang, and Di Xu, Current Sensor FaultTolerant Control Strategy for Encoderless PMSM Drives Based on Single Sliding Mode Observer, IEEE Trans Transp Electrif., 2020, (2), 679–689 42 Z Yang, L Wan, X Sun, L Chen, and Z Chen, Sliding Mode Control for Bearingless Induction Motor Based on a Novel Load Torque Observer, J Sensors, 2016, 2016 (1), 1–10 43 S M Kazraji, R B Soflayi, and M B B Sharifian, Sliding-Mode Observer for Speed and Position Sensorless Control of Linear-PMSM, Electr Control Commun Eng., 2014, (1), 20–26 44 T Bai and J Liu, Sensorless control of permanent magnet synchronous motor based on adaptive sliding mode observer, 2019 6th Int Conf Syst Informatics, ICSAI 2019, 2019, (1), 33–38 45 P V Surjagade, S R Shimjith, and A P Tiwari, Second order integral sliding mode observer and controller for a nuclear reactor, Nucl Eng Technol., 2020, 52 (3), 552–559 46 C Chen, W Song, and S Ding, Continuous Integral Terminal Sliding Mode Control for Double-Layer Peltier System Based on Finite-Time Observer, Math Probl Eng., 2020, 2020 (1), 1–10 47 H Hou, X Yu, L Xu, K A Rsetam, and Z Cao, Finite-Time Continuous Terminal Sliding Mode Control of Servo Motor Systems, IEEE Trans Ind 115 Electron., 2019, 46 (1), 1–9 48 Y Feng, M Zhou, F Han, and X Yu, Speed control of induction motor servo drives using terminal sliding-mode controller, Stud Syst Decis Control, 2018, 115, 341–356 49 Y Feng, M Zhou, F Han, and X Yu, Full-Order Terminal Sliding-Mode Observer for Induction Motor, Chinese Control Decis Conf., 2017, 29 (1), 742–745 50 Y Feng, M Zhou, X Zheng, F Han, and X Yu, Full-order terminal slidingmode control of MIMO systems with unmatched uncertainties, J Franklin Inst., 2018, 355 (2), 653–674 51 M T Rizi and H Eliasi, Nonsingular terminal sliding mode controller for voltage and current control of an islanded microgrid, Electr Power Syst Res., 2020, 185 (1), 1–16 52 V Behnamgol and A R Vali, Terminal sliding mode control for nonlinear systems with both matched and unmatched uncertainties, Iran J Electr Electron Eng., 2015, 11 (2), 109–117 53 Y Feng, X Yu, and Z Man, Non-singular terminal sliding mode control of rigid manipulators, Automatica, 2002, 38 (12), 2159–2167 54 Y Feng, M Zhou, X Zheng, F Han, and X Yu, Terminal sliding-mode control of induction motor speed servo systems, Proc IEEE Int Work Var Struct Syst., 2016, 2016 (5), 351–355 55 J Li, H Du, Y Cheng, G Wen, X Chen, and C Jiang, Position tracking control for permanent magnet linear motor via fast nonsingular terminal sliding mode control, Nonlinear Dyn., 2019, 97 (4), 2595–2605 56 Z Hou, P Lu, and Z Tu, Nonsingular terminal sliding mode control for a quadrotor UAV with a total rotor failure, Aerosp Sci Technol., 2020, 98 (1), 1–18 57 K Zhao, R Zhou, J She, A Leng, W Dai, and G Huang, Nonsingular fast 116 terminal sliding mode observer and fractional-order software phase-locked loop for speed-sensorless control of interior permanent magnet synchronous motor, J Adv Comput Intell Intell Informatics, 2021, 25 (1), 83–89 58 X Du, X Fang, and F Liu, Continuous Full-Order Nonsingular Terminal Sliding Mode Control for Systems with Matched and Mismatched Disturbances, IEEE Access, 2019, 7, 130970–130976 59 H Zhang, Q Liu, J Zhang, S Chen, and C Zhang, Speed Regulation of Permanent Magnet Synchronous Motor Using Event Triggered Sliding Mode Control, Math Probl Eng., 2018, 2018 (1), 1–11 60 WRC, Basic of AC Drives, Siemens Tech Educ Progr, 2012, 1–104 61 Y Xu, M Wang, W Zhang, and J Zou, Sliding mode observer for sensorless control of surface permanent magnet synchronous motor equipped with LC filter, IET Power Electron., 2019, 12 (4), 686–692 62 Q Wang, H Yu, M Wang, and X Qi, An Improved Sliding Mode Control Using Disturbance Torque Observer for Permanent Magnet Synchronous Motor, IEEE Access, 2019, 7, 36691–36701 63 M Ayadi, O Naifar, and N Derbel, High-order sliding mode control for variable speed PMSG-wind turbine-based disturbance observer, Int J Model Identif Control, 2019, 32 (1), 85–92 64 H Niu and Q Lan, Continuous Integral Terminal Sliding Mode Control for a Class of Uncertain Nonlinear Systems, Chinese Control Conf CCC, 2018, 2018 (1), 579–584 65 X Zheng, R Song, and H Li, Full-order terminal sliding mode stator flux observer for DFIG, Proc 2016 IEEE 11th Conf Ind Electron Appl ICIEA 2016, 2016, 23 (2), 299–303 66 Y Shtessel, Christopher Edwards, L FridmanArie, and A Levant, Sliding mode control and observation, Birkhäuser, New York, NY, 2014, 1–356 67 A Razzaghian, R Kardehi Moghaddam, and N Pariz, Fractional-order 117 nonsingular terminal sliding mode control via a disturbance observer for a class of nonlinear systems with mismatched disturbances, JVC/Journal Vib Control, 2021, 27 (1–2), 140–151 68 L Dou, M Du, Q Mao, and Q Zong, Finite-time nonsingular terminal sliding mode control-based fuzzy smooth-switching coordinate strategy for AHV-VGI, Aerosp Sci Technol., 2020, 106 (1), 1–11 118 PHỤ LỤC I Mơ hình thực nghiệm bao gồm: Máy tính chủ, máy tính target, phần mạch điện loại động Máy tính chủ (Host Computer): máy tính cá nhân Lenovo Yoga S730 (Intel Core i7-8565U, 1.8Ghz, 1.99Ghz, RAM 8G, Window 10 Home - 64-bit Operating System, SSD 500Gb) Trên máy tính chủ cài đặt phần mềm Matlab 2011b với Visual Studio C++ 2010 Compiler, môi trường Matlab/Simulink dùng để thiết kế mô giải thuật điều khiển cho loại động biên dịch liệu thực thi cho máy tính Target Máy tính Target (Target Computer): máy tính desktop Dell (Intel Core Due, 3.0 Ghz, 3.0 Ghz, RAM 4G, HHD 250Gb) tích hợp thêm hai card thu thập liệu, PCI-6024 (điều khiển PWM đọc tín hiệu cảm biến dịng điện điện áp stator ) PCI-6280 (đọc tốc độ sử dụng module QUAD encoder tích hợp card), máy tính target truyền thơng với máy tính Host thơng qua chuẩn giao tiếp TCP/IP Phần mạch điện: có nhiệm vụ nhận tín hiệu điều khiển từ Card DAQ tích hợp máy tính Target, biến đổi chúng thành tín hiệu công suất cao điều khiển động cơ, đồng thời thu thập tín hiệu cơ-điện (dịng diện, điện áp, tốc độ) hồi tiếp cho điều khiển Phần mạch điện bao gồm: mạch nguồn, mạch cảm biến, mạch cách ly, mạch IC láy, mạch đóng ngắt IGBT Động cơ: gá đặt cố định phần khung khí, bao gồm ba loại động khác nhau: Động không đồng bộ, động đồng nam châm vĩnh cửu, động DC Quy trình thực nghiệm thực bước thiết kế, hiệu chỉnh thông số điều khiển môi trường Matlab/Simulink Sau thiết kế, hiệu chỉnh hoàn tất chúng biến đổi thành liệu thực thi chạy máy target chương trình biên dịch Visual C++ Compiler, liệu thực thi truyền tới máy tính target thông qua chuẩn truyền thông TCP/IP, sau liệu truyền tới máy tính target, máy tính target thực thi nội trong liệu hay nhiều lần, điều khiển thông qua máy tính Host Các liệu thu thập 119 q trình hoạt động truyền trực tiếp tới máy Host trình hoạt động (chế độ … ), lưu trữ ổ cứng máy target (chế độ Stand-Alone) Sau thực thi xong, náy Host đọc liệu lưu ổ cứng máy Target thông qua giao tiếp TCP/IP Hình I.1 Sơ đồ mơ hình thực nghiệm Target PC Host PC Sensors Motor NI Card Inverter Hình I.2 Mơ hình thực nghiệm Mạch nguồn Mạch nguồn có nhiệm vụ tạo nguồn DC cung cấp cho mạch điều khiển mạch cơng suất, có điện áp đầu vào là: 220VAC/50Hz, 15VAC/50Hz, điện áp là: 380VDC – 20A, ±15VDC – 1A , ±5VDC – 1A 120 Hình I.3 Sơ đồ nguyên lý hình ảnh mạch nguồn Mạch cách ly Mạch cách ly làm nhiệm vụ tách biệt tính hiệu điều khiển boad DAQ tín hiệu điện board công suất làm nhiệm vụ bảo vệ board điều khiển Có hai dạng tín hiệu giao tiếp board DAQ board công suất, với tín hiệu đóng ngắt khóa IGBT cần tần số đóng ngắt cao sử dụng IC HCPL2631, với thơng số kỷ thuật: (… ), ngồi tín hiệu Enable Fault có tần số thấp hơn, với thời gian đóng ngắt thấp, sử dụng IC cách ly 6N137 Các tụ điện C7, C8, C9, C10 để ổn định điện áp nguồn nuôi cho IC cách ly Các tín hiệu điều khiển ngõ IC cách ly hỗ trợ điện trỡ treo (pull-up resistor) Mỗi tín hiệu điều khiển hỗ trợ led báo hiệu, thuận lợi cho việc kiển tra trình thực nghiệm Hình I.4 Sơ đồ nguyên lý mạch cách lý Mạch đo dòng điện, điện áp Mạch đo dòng điện pha sử dụng điện trở Shunt R49, R50, R51 Điện áp rơi điện trở đo mạch cách ly, từ giá trị điện áp rơi biết 121 được, với giá trị điện trở cố định, ta tìm dòng điện đo pha, chúng có mối liên hệ với ơng thức: Shunt _ resistor  Input _ Voltage Peak _ current Chọn giá trị dòng điện cần đo lớn 25A, điện áp cho phép thất thoát điện trở: +/- 250mV Khi áp dụng cơng thức ta chọn điện trở khoảng 10mOhm, 4W Mạch đo dòng điện sử dụng IC AMC1300, R67, R68, C36 thiết kế để khử nhiễu tín hiệu tần số cao đầu vào Tụ điện C38, C37, C35, C34 có nhiệm vụ làm ổn định điện áp nguồn ni cho IC AMC1300, hệ số độ lợi cách ly 8.2, tín hiệu ngõ có giá trị khoảng 1.44V,+/- 250mV khuếch đại thành +/- 2.05 Ngõ IC cách ly AMC1300 khuếch đại Opamp TLV9064, với hệ số khuếch đại (5-0.2)/(2*2.05) = 1.1707 Và R63 C32 lọc tần số cao ngõ cảm biến dịng Hình I.5 Sơ đồ nguyên lý mạch đo dòng điện Mạch đo điện áp thiết kế để đo điện áp DC có hiệu điện lên đến 800VDC với tụ lọc có giá trị 2uF-1.1kV, tụ có nhiệm vụ làm giảm tối thiểu tín hiệu khơng cần thiết đóng ngắt khóa IGBT Điện áp đầu vào DC_IN chia điện trở R5, R6, R7, R8, R9, R10 để giảm điện áp cao DC_IN xuống điện áp nhỏ Vì giá trị đầu vào IC cách ly AMC1311 khoảng -0.1 đến 2V Nên hệ số chia tính sau: Scale  R11 R11  R5  R6  R7  R8  R9  122 Chọn R11  2.5K , R5  R6  R7  R8  R9  R10  200K Khi hệ số tỉ lệ Scale = 0.002494 V/V Vì giá trị DC khoảng từ 0-800V giá trị đầu vào cảm biến AMC1311 nằm khoảng từ 0-1.9952V Mỗi điện trở chia 200V (20%) điện áp giá trị điện áp đầu vào lớn 800V Do đó, cơng suất lớn qua điện trở là: 0.128W điện áp DC_IN 800V Vì ta chọn điện trở 1/4W Điện trở R13 tụ điện C14 lọc tần số cao, hai tự C15 C16 để ổn định điện áp nguồn ni đầu vào đầu cho AMC1311 Nên tín hiệu đầu vào từ 0-2V biến đổi thành khoảng +/- 1V quanh giá trị trung bình khoảng 1.44V Hình I.6 Sơ đồ nguyên lý mạch đo điện áp Mạch cầu Thành phần quan trọng mạch phục vụ cho việc điều khiển động board điều khiển khóa đóng ngắt bán dẫn, hoạt động với tính hiệu điến áp cao (100VDC – 800VDC), cần đóng ngắt sai tín hiệu khoảng thời gian ngắn gây hư hỏng mạch điện toàn hệ thống, việc lựa chọn IC điều khiển quan trọng cần thiết 123 Hình I.7 Sơ đồ nguyên lý hình ảnh mạch cầu Trong luận án lựa chọn IC lái IR21365 có khả lái IGBT, chống trùng dẫn, có chức bảo vệ dịng điện tăng ngột ngột, cho phép mạch hoạt động với tải lên đến 25A – 800V, tín hiệu điều khiển từ card NI6024E truyền tới IC IR21365 thông qua IC cách ly quang bảo vệ HCPL2631 tốc độ cao với tần số đóng ngắt lên đến hàng micro giây II Đoạn chương trình dùng load liệu từ PC-Target lên máy tính Host %Attach to the target PC file system f=xpctarget.fs; %Open the file, read the data,close the file h=fopen(f,'cur.dat'); %h=f.fopen('dataA.dat'); data=fread(f,h); %data=f.fread(h); f.fclose(h); %Unpack the data x=readxpcfile(data); x1=x.data(:,end); x2=x.data(:,1:end-1); plot(x1,x2); t=x1; y=x2; field1='time'; field2='signals'; field3='values'; 124 structdata=struct(field3,y); spe=struct(field1,t,field2,structdata); clear structdata; clear field1; clear field2; clearfiel