Tuy nhiên, phương pháp này cũng tồn tại một nhược đ ểm lớn là rất khó ixác định được tốc độ chính xác củ động cơ trong khoảng thời gian giữa hai a xung liên tiếp.. Luận văn bao gồm các n
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ****************** LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN DÙNG SENSOR CÓ ĐỘ PHÂN GIẢI THẤP NGÀNH: TỰ ĐỘNG HỐ XÍ NGHIỆP CƠNG NGHIỆP MÃ SỐ: NGHIÊM XUÂN TOÀN Người hướng dẫn khoa học TS TẠ CAO MINH Hà Nội - 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205046861000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ****************** LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: TỰ ĐỘNG HỐ XÍ NGHIỆP CƠNG NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN DÙNG SENSOR CÓ ĐỘ PHÂN GIẢI THẤP NGHIÊM XUÂN TOÀN Hà Nội - 2008 MỤC LỤC MỤC LỤC ………………………………………………………………………1 LỜI NÓI ĐẦU ………………………………………………………………….4 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ SENSOR TỐC ĐỘ VÀ PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG TỐC ĐỘ …………………………… 1.1 Giới thiệu chung sensor tốc độ ………………………………………… 1.1.1 Giới thiệu chung …………………………………………………… 1.1.2 Nguyên lý hoạt động encoder, LED lỗ ……………… 1.2 Các phương pháp tính tốn tốc độ trực tiếp ……………………………… 1.2.1 Phương pháp chênh lệch số ………………………………………… 1.2.2 Đếm xung đồng hồ xung Encoder ………………………… 1.2.3 Sự kết hợp hai phương pháp………………………………………… 10 CHƯƠNG II ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN………………………….12 2.1 Giới thiệu chung động chiều không chổi than………………….12 2.1.1 Giới thiệu chung…………………………………………………… 12 2.1.2 Cấu trúc chung động chiều không chổi than…………… 13 2.1.2.1 Cấu trúc động chiều dùng chổi than……… 24 2.1.2.2 Cấu trúc động chiều không chổi than….………… 15 1.Stator……………………………………………………………….15 2.Rotor……………………………………………………………… 15 3.Các cảm biến Hall………………………………………………….17 4.Chuyển mạch điện tử………………………………………………19 2.1.3 Một số đặc điểm điện động BLDC……………………… 20 2.1.3.1 Thứ tự chuyển mạch…………………………………………….20 2.1.3.2 Đặc tính dộng BLDC……………………………… 25 2.1.3.3 Sức phản điện động – Back EMF……………………………….26 2.2 Lựa chọn động cho ứng dụng………………………………………27 2.2.1 Yêu cầu momen lớn – MP……………………………………27 2.2.2 Yêu cầu momen trung bình – MRMS……………………………….27 2.2.3 Dải điều chỉnh tốc độ…………………………………………………28 2.3 So sánh động BLDC với số loại động khác…………………….29 CHƯƠNG III MƠ HÌNH TỐN HỌC VÀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN……… ………….32 3.1 Các mơ tả tốn học động chiều khơng chổi than…………… 32 3.1.1 Mơ hình tốn học…………………………………………………….32 3.1.2 Momen điện từ……………………………………………………….34 3.1.3 Phương trình động học động BLDC………………………….35 3.2 Xây dựng phương trình đặc tính động chiều không chổi than.….… ………………………… 35 3.3 Sơ đồ cấu trúc động BLDC……………………………………… 37 CHƯƠNG IV TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHƠNG CHỔI THAN…………………………39 4.1 Mơ hình hệ thống điều khiển động BLDC…………………………… 39 4.1.1 Mơ hình pha động chiều khơng chổi than…………… 39 4.1.2 Mơ hình hệ thống điều khiển pha động BLDC………………….41 4.2 Tổng hợp điều chỉnh động BLDC………………………… 41 4.2.1 Hàm truyền đạt khối chức mơ hình hệ điều khiển 43 4.2.1.1 Khối biến đổi……………………………………………… 43 4.2.1.2 Khâu đo dòng điện – phản hồi dòng…………………………….44 4.2.1.3 Khâu đo tốc độ - phản hồi tốc độ……………………………….44 4.2.2 Tổng hợp mạch vòng dòng điện…………………………………… 45 4.2.3 Tổng hợp mạch vịng tốc độ………………………………………….47 4.3 Bộ chuyển đổi góc quay động cơ…………………………………… 49 CHƯƠNG V XÂY DỰNG BỘ QUAN SÁT TỐC ĐỘ CHO ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG… ……………… 50 5.1 Phương pháp ước lượng tốc độ dùng sensor tốc độ có độ phân giải thấp….50 5.1.1 Giới thiệu chung phương pháp…………………………………….50 5.1.2 Nguyên tắc hoạt động……………………………………………… 53 5.2 Xây dựng quan sát tốc độ liên tục………………………………………57 5.3 Mô với đáp ứng dạng nhảy cấp cho hệ thống điều chỉnh………… 62 5.3.1 Mô hoạt động dùng Encoder (độ phân giải 256)…… …….65 5.3.2 Mô hoạt động dùng cảm biến biến Hall……………………….69 KẾT LUẬN…………………………………………………………………….75 TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………… 76 PHỤ LỤC…….……………………………………………………………… 77 CONTROL ELECTRIC DRIVE SYSTEMS USING LOW RESOLUTION SENSOR Abstract: According to recent developments in digital signal processor (DSP) technology, high frequency DSPs are widely use as controller in various system Conversely, low-resolution encoders are still widely used, especially for traction system, such as rolling stocks, electric vehicles, etc The accuracy remarkably degrades at low speed, where the encoder pulses cannot be detected at every control period The mentioned problems can be generally said that the controlling speed is faster than the sensing speed To solve this problem, a Instantaneous Speed Observer with dual sampling rates has been proposed to estimate the information between encoder’s pulses The principle of the Instantaneous Speed Observer is to estimate the state variables at every sampling period and to correct the error of estimation when an encoder pulse, which contains actual value, is detected Brushless DC Motor is one kind of permanent magnet synchronous motor, having permanets on the rotor and trapezoidal shape back EMF These Brushless DC Motor are generally controlled using a three-phase inverter, requiring a rotor position sensor for starting and for providing the proper commutation sequence to control the inverter These position sensors can be Hall sensors, resolvers, or absolute position sensors This Master thesis use Instantaneous Speed Observer to control Brushless DC Motor Simulation is executed and experimental control circuits are also given BẢN TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn “Điều khiển hệ truyền động điện dùng sensor có độ phân giải thấp” có tổng cộng chương Trong chương đầu tiên, luận văn đề cập đến sensor tốc độ phương pháp ước lượng tốc độ Trong chương 2, luận văn trình bày cấu trúc đối tượng điều khiển động chiều không chổi than, tìm hiểu nguyên tắc hoạt động cảm biến Hall so sánh động chiều không chổi than với loại động khác Trong chương 3, luận văn trình bày mơ hình tốn học xây dựng sơ đồ cấu trúc động chiều khơng chổi than Trong chương 4, luận văn trình bày mơ hình hệ thống điều khiển tổng hợp điều chỉnh hệ truyền động động chiều không chổi than Trong chương 5, luận văn sử dụng kết đạt chương đầu để xây dựng mơ hình mơ hoạt động động chiều không chổi than Trong chương xây dựng quan sát tốc độ liên tục để xác định tốc độ động xác Trong thời gian tới, tác giả luận văn tiếp tục nghiên cứu, để hoàn thiện hệ thống điều khiển khiển động chiều không chổi than sử dụng quan sát tốc độ liên tục LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn tốt nghiệp “ Điều khiển hệ truyền động điện dùng sensor có độ phân giải thấp ” tơi tự thiết kế hướng dẫn Thầy giáo TS Tạ Cao Minh, Bộ mơn Tự động hóa XNCN – Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu kết luận văn hoàn toàn trung thực Học viên Nghiêm Xuân Toàn MỤC LỤC MỤC LỤC ………………………………………………………………………1 LỜI NÓI ĐẦU ………………………………………………………………….4 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ SENSOR TỐC ĐỘ VÀ PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG TỐC ĐỘ …………………………… 1.1 Giới thiệu chung sensor tốc độ ………………………………………… 1.1.1 Giới thiệu chung …………………………………………………… 1.1.2 Nguyên lý hoạt động encoder, LED lỗ ……………… 1.2 Các phương pháp tính tốn tốc độ trực tiếp ……………………………… 1.2.1 Phương pháp chênh lệch số ………………………………………… 1.2.2 Đếm xung đồng hồ xung Encoder ………………………… 1.2.3 Sự kết hợp hai phương pháp………………………………………… 10 CHƯƠNG II ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN………………………….12 2.1 Giới thiệu chung động chiều không chổi than………………….12 2.1.1 Giới thiệu chung…………………………………………………… 12 2.1.2 Cấu trúc chung động chiều không chổi than…………… 13 2.1.2.1 Cấu trúc động chiều dùng chổi than……… 24 2.1.2.2 Cấu trúc động chiều không chổi than….………… 15 1.Stator……………………………………………………………….15 2.Rotor……………………………………………………………… 15 3.Các cảm biến Hall………………………………………………….17 4.Chuyển mạch điện tử………………………………………………19 2.1.3 Một số đặc điểm điện động BLDC……………………… 20 2.1.3.1 Thứ tự chuyển mạch…………………………………………….20 2.1.3.2 Đặc tính dộng BLDC……………………………… 25 2.1.3.3 Sức phản điện động – Back EMF……………………………….26 2.2 Lựa chọn động cho ứng dụng………………………………………27 2.2.1 Yêu cầu momen lớn – MP……………………………………27 2.2.2 Yêu cầu momen trung bình – MRMS……………………………….27 2.2.3 Dải điều chỉnh tốc độ…………………………………………………28 2.3 So sánh động BLDC với số loại động khác…………………….29 CHƯƠNG III MƠ HÌNH TỐN HỌC VÀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHƠNG CHỔI THAN……… ………….32 3.1 Các mơ tả tốn học động chiều khơng chổi than…………… 32 3.1.1 Mơ hình tốn học…………………………………………………….32 3.1.2 Momen điện từ……………………………………………………….34 3.1.3 Phương trình động học động BLDC………………………….35 3.2 Xây dựng phương trình đặc tính động chiều không chổi than.….… ………………………… 35 3.3 Sơ đồ cấu trúc động BLDC……………………………………… 37 CHƯƠNG IV TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHƠNG CHỔI THAN…………………………39 4.1 Mơ hình hệ thống điều khiển động BLDC…………………………… 39 4.1.1 Mơ hình pha động chiều không chổi than…………… 39 4.1.2 Mơ hình hệ thống điều khiển pha động BLDC………………….41 4.2 Tổng hợp điều chỉnh động BLDC………………………… 41 4.2.1 Hàm truyền đạt khối chức mơ hình hệ điều khiển 43 4.2.1.1 Khối biến đổi……………………………………………… 43 4.2.1.2 Khâu đo dòng điện – phản hồi dòng…………………………….44 4.2.1.3 Khâu đo tốc độ - phản hồi tốc độ……………………………….44 4.2.2 Tổng hợp mạch vòng dòng điện…………………………………… 45