Ứng dụng fuzzy logic trong điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ƯỜ NG ĐẠ Ệ TP HCM TR TRƯỜ ƯỜNG ĐẠII HỌC CÔNG NGH NGHỆ - ỄN ĐÌ NH TÍN NGUY NGUYỄ ĐÌNH ỂN ỨNG DỤNG FUZZY LOGIC TRONG ĐIỀU KHI KHIỂ ĐỘ NG CƠ KH ÔNG ĐỒ NG BỘ BA PHA ĐỘNG KHÔ ĐỒNG LU ẬN VĂN TH Ạ C SĨ LUẬ THẠ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ƯỜ NG ĐẠ Ệ TP HCM TR TRƯỜ ƯỜNG ĐẠII HỌC CÔNG NGH NGHỆ - ỄN ĐÌ NH TÍN NGUY NGUYỄ ĐÌNH ỂN ỨNG DỤNG FUZZY LOGIC TRONG ĐIỀU KHI KHIỂ ĐỘ NG CƠ KH ÔNG ĐỒ NG BỘ BA PHA ĐỘNG KHÔ ĐỒNG LU ẬN VĂN TH Ạ C SĨ LUẬ THẠ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 NG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Lê Minh Ph ươ ng CÁN BỘ HƯỚ ƯỚNG Phươ ương TP HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2015 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI ƯỜ NG ĐẠ Ệ TP HCM TR TRƯỜ ƯỜNG ĐẠII HỌC CÔNG NGH NGHỆ Cán hướng dẫn khoa học : PGS TS Lê Minh Phương Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 21 tháng 03 năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: TT Họ tên TS Nguyễn Thanh Phương PGS TS Trần Thu Hà TS Phạm Đình Anh Khơi TS Nguyễn Minh Tâm TS Đinh Hồng Bách ức danh Hội đồ ng Ch Chứ đồng Chủ tịch Phản biện Phản biện Ủy viên Ủy viên, Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TS Nguyễn Thanh Phương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM PH ÒNG QLKH – ĐTS ĐH PHÒ TSĐ Ủ NGH ỆT NAM CỘNG HÒA XÃ HỘI CH CHỦ NGHĨĨA VI VIỆ Độ c l ậ p – T ự – H nh ph ú c Độc phú TP HCM, ngày 21 tháng 03 năm 2015 ỆM VỤ LU ẬN VĂN TH ẠC SĨ NHI NHIỆ LUẬ THẠ Họ tên học viên: Nguyễn Đình Tín Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 12/02/1986 Nơi sinh: Bình Định Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1241830036 I- Tên đề tài: ỨNG DỤNG FUZZY LOGIC TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA II- Nhi Nhiệệm vụ nội dung: Nghiên cứu phương pháp ứng dụng FUZZY LOGIC điều khiển động không đồng ba pha đưa mơ hình mơ dùng FUZZY LOGIC điều khiển động không đồng ba pha Matlab-Simulink ày giao nhi III- Ng Ngà nhiệệm vụ: 15/05/2014 ày ho IV- Ng Ngà hoààn th thàành nhi nhiệệm vụ: 20/01/2015 ng dẫn: PGS.TS Lê Minh Phương V- Cán hướ ướng NG DẪN CÁN BỘ HƯỚ ƯỚNG PGS.TS Lê Minh Phương ẢN LÝ CHUY ÊN NG ÀNH KHOA QU QUẢ CHUYÊ NGÀ i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thông tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc ực hi ận văn Học vi viêên th thự hiệện Lu Luậ Nguyễn Đình Tín ii LỜI CÁM ƠN Tôi xin chân thảnh cảm ơn thầy PGS.TS Lê Minh Phương tận tình giúp đỡ hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Và tơi xin cảm ơn chân thành thầy cô trường Đại Học Công Nghệ Tp Hồ Chí Minh tận tình dạy dỗ tơi suốt khố học tơi trường Xin chân thành cảm ơn gia đình người thân ln động viên giúp đỡ để vượt qua khó khăn để hồn thành khố học Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 01 năm 2015 Nguyễn Đình Tín iii TĨM TẮT Động khơng đồng đặc biệt động Rotor lồng sóc ngày sử dụng rộng rãi ngành cơng nghiệp có nhiều ưu điểm động DC khơng địi hỏi bảo trì thường xuyên, độ tin cậy cao, khối lượng quán tính nhỏ hơn, giá thành rẽ khả làm việc môi trường độc hại khả cháy nổ Do đó, động khơng đồng sử dụng rộng rãi công nghiệp so với tất loại động khác Động khơng đồng q trình vận hành thường có biến động tham số mơ hình toán thay đổi nhiệt độ, tải đột ngột thay đổi… nên PI truyền thống thường cho đáp ứng không tốt gây sai số xác lập cao thời gian đáp ứng chậm làm giảm hiệu suất truyền động thay khâu PI truyền thống điều khiển Fuzzy Logic cho đáp ứng động tốt Chất lượng điều khiển Fuzzy Logic khảo sát thông qua việc mô công cụ MATLAB-SIMULINK điều kiện khác thay đổi mô-men tải tốc độ đột ngột Kết mô cho thấy chất lượng điều khiển Fuzzy Logic tốt so với điều khiển PI thông thường iv ABSTRACT Asynchronous motors especially squirrel cage rotor motors are now widely used in industry due to many advantages over DC motors , but does not require regular maintenance , high reliability , weight and inertia smaller , cheaper , and the ability to work in a hazardous environment, or the ability to fire Thus , asynchronous motors are widely used in industry than all other types of engines Asynchronous motor during operation is often highly variable parameters in the mathematical model due to temperature changes , due to sudden load changes should PI traditionally meet for no good cause errors identified high up and slow response time reduces the efficiency of transmission can therefore replace the traditional PI regulator controller with Fuzzy Logic for better response Quality control Fuzzy Logic were investigated through simulation using MATLAB - SIMULINK tools under different conditions such as changes in load torque and speed dramatically Simulation results show that the quality of the controller Fuzzy Logic better than conventional PI controller v MỤC LỤC Trang tựa TRANG Xác nhận cán hướng dẫn Nhiệm vụ luận luận văn thạc sĩ Lời cam đoan i Lời cám ơn ii Tóm tắt iii Abstract iv Mục lục v Danh sách chữ viết tắt Danh sách hình viii ix Ch ươ ng TỔNG QUAN Chươ ương 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục tiêu, nội dung phương pháp nghiên cứu 1.3.1 Mục tiêu đề tài 1.3.2 Nội dung nghiên cứu 1.3.3 Phương pháp luận phương pháp nghiên cứu 1.4 Kết mong muốn dùng mạng nơ ron nhân tạo điều khiển động không đồng ba pha ươ ng TỔNG QUAN ĐỘ NG CƠ KH ÔNG ĐỒ NG BỘ BA PHA Ch Chươ ương ĐỘNG KHÔ ĐỒNG 2.1 Đại cương động không đồng ba pha 2.1.1 Cấu tạo 3 2.1.1.1 Stator 2.1.1.2 Rotor 2.1.1.3 Khe hở khơng khí 2.1.1 Ngun lý hoạt động động không đồng pha 2.2 Vector không gian đại lượng ba pha 2.3 Hệ trục toạ độ quay 13 2.4 Mô hình trạng thái động khơng đồng ba pha 14 vi 2.4.1 Lý xây dựng mơ hình 14 2.4.2 Hệ phương trình động khơng đồng ba pha 16 2.4.3 Mơ hình trạng thái động KĐB hệ tọa độ αβ 18 2.4.4 Mô hình trạng thái động khơng đồng hệ toạ độ dq 20 ươ ng CÁC PH ƯƠ NG PH ÁP ĐIỀU KHI ỂN TỐC ĐỘ ĐỘ NG Ch Chươ ương PHƯƠ ƯƠNG PHÁ KHIỂ ĐỘNG CƠ KH ÔNG ĐỒ NG BỘ KHÔ ĐỒNG 3.1 Điều khiển động cách thay đổi nguồn áp (V/f) 23 3.2 Phương pháp điều khiển trực tiếp moment động (DTC Direct torque trol) 26 3.3 Phương pháp điều khiển định hướng từ thông (FOC - Field Oriented Control) 27 3.3.1 Đại cương phương pháp FOC 27 3.3.2 Xây dựng thuật toán điều khiển 31 ươ ng NEURAL FUZZY NH ÂN TẠO Ch Chươ ương NHÂ 4.1 Mạng nơron nhân tạo 35 4.1.1.Cấu trúc mạng nơron nhân tạo (Artifical Neural Networks - ANN) 35 4.1.2.Mơ hình tốn mạng nơron nhân tạo 37 4.1 Lý thuyết mờ 4.2.1 Một số khái niệm 40 4.2.1 Mệnh đề hợp thành mờ, luật hợp thành mờ 42 4.2.3 Giải mờ 43 4.2.4 Bộ điều khiển mờ 46 4.2 Bộ điều khiển PID - Mờ 47 4.3.1 Điều khiển PID - truyền thống 47 4.3.2 Điều khiển PID - Mờ 50 ươ ng MÔ PH ỎNG ĐIỀU KHI ỂN ĐỘ NG CƠ KH ÔNG ĐỒ NG BỘ BA Ch Chươ ương PHỎ KHIỂ ĐỘNG KHÔ ĐỒNG ƯƠ NG PH ÁP FOC VÀ PH ƯƠ NG PH ÁP FOC SỬ DỤNG PHA BẰNG PH PHƯƠ ƯƠNG PHÁ PHƯƠ ƯƠNG PHÁ FUZZY LOGIC TRONG MATLAB - SIMULINK 5.1 Xây dựng cấu trúc điều khiển FOC Matlab/Simulink 52 5.2 Xây dựng cấu trúc điều khiển FOC sử dụng Fuzzy Logic Matlab/Simulink 59 62 speedpu = [-2: 0.02: 2]; speed = speedpu*wrn; n = length([-2:0.02:2]); for i=1:n if abs(speed(i))