Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA

Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.Nghiên cứu phát triển chip cho hệ điều khiển tựa từ thông rotor động cơ xoay chiều ba pha trên nền tảng FPGA.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ NAM DƯƠNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CHIP CHO HỆ ĐIỀU KHIỂN TỰA TỪ THÔNG ROTOR ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA TRÊN NỀN TẢNG FPGA LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội - 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ NAM DƯƠNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CHIP CHO HỆ ĐIỀU KHIỂN TỰA TỪ THÔNG ROTOR ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA TRÊN NỀN TẢNG FPGA Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 9520216 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Vũ Hoàng Phương PGS.TS Nguyễn Văn Liễn Hà Nội - 2024 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân hướng dẫn tập thể hướng dẫn Tài liệu tham khảo luận án trích dẫn đầy đủ Các kết nghiên cứu luận án trung thực chưa tác giả khác công bố Hà Nội, ngày 11 tháng 01 năm 2024 Tập thể hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh PGS.TS Vũ Hoàng Phương PGS.TS Nguyễn Văn Liễn Lê Nam Dương ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TL GIÁM ĐỐC TRƯỞNG BAN ĐÀO TẠO i LỜI CẢM ƠN Trải qua thời gian dài, với nhiều khó khăn thử thách mặt chuyên môn, kinh nghiệm nghiên cứu, nghiên cứu sinh hoàn thành luận án Trong suốt q trình đó, tác giả nhận quan tâm, giúp đỡ, hỗ trợ vô lớn lao tập thể hướng dẫn, đơn vị chuyên môn đơn vị đào tạo đơn vị công tác, nhà khoa học, đồng nghiệp, anh chị em học nghiên cứu sinh Qua đây, tác giả muốn gửi lời cảm ơn chân thành trân trọng tới thầy PGS.TS Nguyễn Văn Liễn PGS.TS Vũ Hoàng Phương, tập thể hướng dẫn có định hướng sâu sắc để nghiên cứu sinh khơng hồn thành luận án mà trưởng thành tư tưởng thái độ vấn đề chuyên môn nghiên cứu khoa học Tác giả xin chân thành cảm ơn tới Thầy GS.TSKH Nguyễn Phùng Quang, PGS.TS Trần Trọng Minh, PGS.TS Nguyễn Quang Địch, cán Viện anh chị em NCS Viện Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa cho nghiên cứu sinh nhiều đóng góp ý buổi cáo cáo chun mơn định kỳ Viện Tác giả xin chân thành cảm ơn tới TS Đào Quý Thịnh, TS Giáp Văn Nam, thầy cô anh chị em NCS Khoa Tự động hóa, trường Điện – Điện tử động viên giúp đỡ nghiên cứu sinh trình nghiên cứu Tác giả xin cảm ơn đến PGS.TS Nguyễn Tùng Lâm, TS Nguyễn Danh Huy, Th.s Vũ Lê Minh, Th.s Lê Đức Thịnh, Th.s Tạ Thế Tài bạn sinh viên Nguyễn Thanh Thắng, Hoàng Nam Đàn thuộc Lab ME hỗ trợ NCS trình thực mô sửa chữa luận án Tác giả cảm ơn NCS Đỗ Tuấn Anh bạn sinh viên Đỗ Tùng Dương, Trần Văn Hùng, Nguyễn Văn Nghĩa, Bùi Đức Tâm thuộc Lab PE hỗ trợ NCS trình làm thực nghiệm lấy kết nghiên cứu Tác giả xin cảm ơn phòng ban Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả suốt trình thực đề tài luận án Tác giả xin cảm ơn đến Ban Giám hiệu Trường Đại học Quy Nhơn đồng ý chủ trương, tạo điều kiện cho nghiên cứu sinh học, cảm ơn đến Ban chủ nhiệm thầy cô đồng nghiệp Khoa Kỹ thuật Công Nghệ hỗ trợ để nghiên cứu sinh vừa hồn thành nhiệm vụ chun mơn vừa nghiên cứu luận án Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình hai bên, ba mẹ, vợ hai con, người đồng hành, cảm thông động viên tác giả q trình hồn thành luận án Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến anh chị em gia đình bạn bè, ln động viên hỗ trợ tác giả Lê Nam Dương Mục lục ii LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU v DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ vii DANH MỤC BẢNG BIỂU xi MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài .1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu .3 Những đóng góp luận án Ý nghĩa khoa học thực tiễn .3 Bố cục nội dung luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN FOC CHO ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Giải pháp thiết kế điều khiển dòng điện 1.2.1 Mơ hình tốn học động xoay chiều ba pha 1.2.2 Tóm tắt điều khiển mạch vịng dịng điện 12 1.3 Công nghệ DSP điều khiển động xoay chiều ba pha 20 1.4 Công nghệ FPGA điều khiển động xoay chiều ba pha 22 1.5 Định hướng nghiên cứu luận án 24 1.6 Kết luận chương 24 CHƯƠNG GIẢI PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA TRÊN NỀN TẢNG FPGA 25 2.1 Tổng quan FPGA 25 2.1.1 Cấu trúc chung FPGA 26 2.2 Thực chuẩn hóa liệu FPGA 31 2.2.1 Chuẩn hóa liệu ADC 31 2.2.2 Chuẩn hóa liệu 36 2.2.2 Chuẩn hóa liệu điều khiển dịng điện PI 36 2.3 Phương pháp thiết kế dựa FPGA .40 2.3.1 Đặc tả hệ thống sơ 42 2.3.2 Phát triển thuật toán 42 2.3.3 Phát triển kiến trúc dựa FPGA 44 2.3.4 Thực nghiệm 47 2.4 Tổng kết chương .47 CHƯƠNG THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CHO ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA TRÊN NỀN TẢNG FPGA 48 iii 3.1 Đặt vấn đề 48 3.2 Thiết kế khối dùng chung cho động xoay chiều ba pha dựa FPGA 49 3.2.1 Thiết kế điều khiển dòng điện PI .53 3.2.2 Thiết kế khâu đo dòng điện 56 3.2.3 Thiết kế khâu đo tốc độ .60 3.2.4 Thiết kế khâu chuyển hệ tọa độ 65 3.2.5 Thiết kế khâu phát xung SVM 68 3.3 Mơ hình thực nghiệm thời gian thực 74 3.3.1 Thiết bị Typhoon HIL 402 75 3.3.2 Triển khai Typhoon HIL 76 3.4 Thiết kế kết thực nghiệm cho động KĐB-RLS .80 3.4.1 Thiết kế mơ hình từ thơng 80 3.4.2 Kết thực nghiệm 82 3.5 Thiết kế kết thực nghiệm cho động đồng kích thích vĩnh cửu 89 3.6 Kết luận chương 96 CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN KHÁNG NHIỄU CHO ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH VĨNH CỬU 97 4.1 Các ảnh hưởng nhiễu lên động không đồng xoay chiều ba pha 97 4.2 Các phương pháp kháng nhiễu sử dụng cấu trúc điều khiển nâng cao 100 4.3 Thiết kế thuật toán kháng nhiễu phi tuyến cho động đồng kích thích vĩnh cửu 102 4.3.1 Mơ hình hóa động PMSM 102 4.3.2 Thiết kế quan sát nhiễu phi tuyến đánh giá ổn định 104 4.4 Cấu trúc điều khiển mô 107 4.4.1 Cấu trúc điều khiển 107 4.4.2 Kết mô 108 4.3 Kết luận chương .115 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 116 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO 118 PHỤ LỤC PL1 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Danh mục từ viết tắt Từ viết tắt Ý nghĩa tiếng anh Ý nghĩa tiếng việt iv ADC Clk CPU Analog-to-Digital Converter Clock Central Processing Unit Bộ chuyển đổi tương tự - số Xung nhịp Bộ xử lý trung tâm DSP Digital Signal Processor Xử lý tín hiệu số ĐB-KTVC Đồng - kích thích vĩnh cửu ĐCXCBP Động xoay chiều ba pha FSM Finite-State Machine Máy trạng thái hữu hạn FOC Field Oriented Control Điều khiển hướng trường Field Programmable Gate Array Hard ware in the loop simulation Insulated Gate Bipolar Transistor Mô thiết bị phần cứng IM Induction motor Động khơng đồng IP Intellectual Property Tài sản trí tuệ FPGA HIL IGBT Mảng cổng lập trình trường Van bán dẫn IGBT KĐB-RLS Khơng đồng -rotor lồng sóc KĐB Không đồng LDO Linear Disurbance Observer MHTT Bộ quan sát nhiễu tuyến tính Mơ hình tính tốn từ thông Nonlinear Disurbance Observer Pemanent Magnet Synchronous Motor Động đồng nam châm vĩnh cửu PI Proportional-Intergral Bộ điều khiển PI PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung SoC System on chip Hệ thống chip Space vector Pulse Width Modulation Verilog Hardware Description Language Điều chế độ rộng xung vector không gian NDO PMSM SVPWM VHDL Bộ quan sát nhiễu phi tuyến Ngôn ngữ mô tả phần cứng Danh mục ký hiệu Ký Hiệu Đơn vị Ý Nghĩa v Lsd Lsq Lm λm λf isd isq λsd λsq usd usq ω θe isα isβ usα usβ Rs J1, J2 s , r  sd , sq  rd , rq zp , mH mH mH wb wb A A wb wb V V rad/s rad A A V V Ω Kg.m2 Wb Điện cảm pha stator trục d Điện cảm pha stator trục q Hỗ cảm cuộn dây rotor với cuộn dây stator Từ thơng móc vịng từ trường rotor với stator Từ thơng rotor Dịng điện stator trục d Dòng điện stator trục q Từ thông stator trục d Từ thông stator trục q Điện áp stator trục d Điện áp stator trục q Tốc độ góc rotor Vị trí vector từ trường rotor Dòng điện stator trục α Dòng điện stator trục β Điện áp stator trục α Điện áp stator trục β Điện trở stator Mơmen qn tính động tải Vector từ thơng stator rotor Wb Các thành phần vector từ thông stator rotor hệ tọa độ dq Số cặp cực vi