Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội đặng thị quỳnh trang Hệ thống điều khiển véc tơ động không đồng không dùng cảm biến tốc độ làm việc vùng tốc độ thấp Chuyên nghành: tự Động hoá xncn Luận văn thạc sü khoa häc Ngêi híng dÉn khoa häc Ts.Ngun M¹nh TiÕn Hµ Néi-2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205237881000000 MỤC LỤC Lời cam đoan…………………………………………………………………… Lời cảm ơn……………………………………………………………………… Mục lục…………………………………………………………………………… Mở đầu………………………………………………………………………… Chương 1: Tổng quan hệ thống điều khiển véc tơ động khơng đồng bộ…………………………………………………… 1.1 Mơ tả tốn học động không đồng ba pha………………………4 1.2 Tổng quan hệ thống điều khiển véc tơ động không đồng bộ….13 Chương 2:Các phương pháp tính tốn tốc độ…………………………… 20 2.1 Khái quát………………… .20 2.2 Tính tốn tốc độ theo độ trượt……………………………………….21 2.3 Tính tốn tốc độ theo mơ hình chuẩn(MRAS)………………………24 2.4 Mơ hình quan sát từ thơng thích nghi theo tốc độ………………… 26 2.5 Tính tốn trực tiếp tốc độ……………………………………………27 2.6 Mơ hình quan sát bậc giảm………………………………………….28 Chương 3:Xây dựng thuật toán nhận dạng tốc độ……………………… 30 3.1 Đặt vấn đề 30 3.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển vectơ khơng dùng cảm biến tốc độ…… 30 3.3 Mơ hình quan sát từ thông rotor…………………………………… 31 3.4 Xây dựng thuật tốn nhận dạng tốc độ………………………… 37 Chương 4: Mơ đánh giá chất lượng phần mềm Matlab-Simulink…………………………………………………… 40 4.1Hệ thống điều khiển véc tơ động không đồng không…………40 dùng cảm biến tốc độ…………………………………………………… 4.2 Tổng hợp điều chỉnh tốc độ dòng điện……………………41 4.3 Xây dựng mơ hình mơ Matlab-simulink……………… 49 4.4 Kết mô phỏng………………………………………………… 59 Kết luận…………………………………………………………………………… Tài liệu tham kho Chơng i: tổng quan hệ thống điều khiển véc tơ động không đồng 1.1 Mô tả toán học động không đồng ba pha: 1.1.1 Véc tơ không gian Trong động không đồng bé pha d©y quÊn cã d©y quÊn pha ®èi xøng cung cÊp tõ nguån ®iÖn pha ®èi xứng, coi dòng điện pha vectơ, với độ lớn thành phần dòng điện pha ( ias , ibs , ics ) hớng trùng với trục cuộn dây tơng ứng Trong mặt phẳng cắt ngang máy điện, đặt hệ trục toạ độ có trục vuông góc ( trục thực trục ảo ) với trục thực trùng với pha ảo Khi vectơ dòng pha đợc viết dới dạng sau: i as = ias i bs = i e bs i cs = ics e j120 j 240 = ibs a (1-1) = ics a Vectơ dòng điện không gian stator đợc định nghĩa nh sau: is = ( ias + + a 2ics ) bs (1-2) Trong hệ trục toạ trục, vectơ dòng điện stator cã thĨ viÕt díi d¹ng: i s = iαs + ji s (1-3) Với giả thiết dòng điện pha đối xứng, tức thành phần thứ tự không không, thành phần dòng điện stator trục thực trục ảo đợc tính từ thành phần dòng điện pha a, b, c: 0 iαs i = βs −1 −1 i as i bs −1 ics (1-4) Và phép biến đổi ngợc biểu diễn quan hệ thành phần dòng điện pha (a.b.c) thành phần dòng điện trục hệ toạ độ cố định: i as ibs ics − = −1 −1 iα s i βs (1-5) β Trôc pha a i as is ics ibs α Trơc pha c Trơc pha b H×nh 1-1 BiĨu diễn véctơ không gian Tơng tự vectơ không gian từ thông móc vòng stator điện áp stator đợc ®Þnh nghÜa nh sau: ψ s = (ψ as +a ψ bs + a 2ψ cs ) us= (u as + au bs + a u cs ) (1-6) (1-7) Trong ®ã: ψ as , bs , cs - thành phần từ thông móc vòng pha a, b, c stator u as , u stator u bs , cs - thành phần từ thông móc vòng pha a, b, c Các vectơ không gian dòng điện, điện áp từ thông móc vòng rôto đợc định nghĩa nh sau: ir = Ur = (i ar + + a icrs ) br (1-8) (uar + aubr + a ucr ) (1-9) ψ r = (ψ ar + aψ br + a 2ψ cr ) (1-10) Trong đó: iar , ibr , i cr - thành phần dòng điện móc vòng pha a, b, c r«to ψ ar , ψ br , ψ cr - thành phần từ thông móc vòng pha a, b, c r«to u ar , u , u cr - thành phần từ điện áp vòng pha a, b, c br rôto 1.1.2 Hệ phơng trình không gian véc tơ a Hệ phơng trình cân điện áp dạng véc tơ Các phơng trình cân điện áp stator rôto động không đồng đợc viết dới dạng: d as uas = Rs ias + dt dψ bs ubs = Rs ibs + dt dψ cs ucs = Rs ics + dt (1-11) d ψ ar u R i = + ar s ar dt dψ br ubr = Rs ibr + dt dψ cr ucr = Rs irs + dt (1-12) Trong đó: R s Rr điện trở stator rôto Sử dụng khái niệm vectơ không gian dòng điện, từ thông móc vòng điện áp ta có phơng trình điện áp stator rôto dạng vectơ: us = Rs i s + d s dt (1-13) u r = Rs i r + d r dt (1-14) b Hệ toạ độ quay chuẩn Để nghiên cứu trình điện từ động không đồng có số đôi cực p p, hệ qui chiếu điện đợc dùng để thay cho hệ qui chiếu khí Một đôi cực hay chu kỳ từ thông tơng đơng 360 điện Do góc quay điện đợc tính bằng: e=pp m Tơng tự tốc độ góc roto điện đợc tính từ tốc độ góc rotor khí: r=pp m Trong e, m, r , m góc rotor tốc độ quay tơng ứng hệ qui chiếu điện khí Đặt hệ trục toạ độ trục vuông góc quay với tốc độ k nh hình 1-2 Góc trục thực hệ toạ độ quay trục thực hệ toạ độ stator rotor tơng ứng ks ,kr Véc tơ dòng điện stator biểu diễn hệ toạ độ quay là: j k isk = i se s Tơng tự véc tơ dòng điện rotor biểu diễn hệ toạ độ quay có dạng: (1-15) k i rk =ir e− j θ r (1-16) Gãc ks kr đợc xác định theo biểu thức sau: t θ sk =θ so + ∫ω k dt (1-17) t θrk = θro + ∫(ω k − r ) dt (1-18) Trong k r tốc độ quay hệ toạ độ quay hệ toạ độ rotor x Tốc độ quay k hệ toạ độ quay có k Ia is thể là: k k =0: Hệ toạ độ tĩnh với stator(hệ trục toạ độ ) k =s: Hệ toạ độ quay ®ång a2 ic a.ib bé víi tõ trêng stator (hệ toạ độ dq) y k= r : Hệ toạ độ cố định với rotor Hình 1-2 Hệ toạ độ chuẩn c.Hệ phơng trình véc tơ trạng thái Bằng phép biến đổi toạ độ (1-15) (1-16), phơng trình điện áp stator (1-13) rotor(1-14) đợc chuyển hệ trục toạ độ quay với tốc độ k bỏ số k đại lợng véc tơ là: U s = Rs i s + dψ s + jω kψ s dt (1-19) U r = Rr ir + dψ r + j(ω k − ωr )ψ r dt (1-20) Véc tơ từ thông móc vòng stator rotor hệ toạ độ quay đợc xác định theo c«ng thøc (1-21),(1-22): ψ s = Lsis + Lmi r (1-21) ψ r = Lmis + Lr ir (1-22) Trong : Ls, L r- điện cảm mạch stato roto L m- điện cảm mạch từ hoá Kết hợp phơng trình (1-21) (1-22), dòng điện roto từ thông móc vòng stato đợc biểu diễn thông qua dòng điện stato từ thông móc vòng roto phơng trình sau: ir = r Lm is L r 2 Lm Lm Lm Lm )= ) ψs = ψ r + Ls is (1 − ψ r + Ls σ i s ( σ = − Lr Ls Lr Lr Ls Lr (1-23) (1-24) Thay (1-23) v (1-24) vo phơng trình (1-19) (1-20), sau số phép biến đổi thay ur = , ta nhận đợc hệ phơng trình mô tả động không đồng rotor lồng sãc sau: L2 L di us = ( R + Rr m + jωk Lsσ )is − m ( − jωr )ψ r + Lsσ s s Lr Tr dt L2r (1-25) R R dψ r = r ψ r − r Lmis + + j(ωk − ωr ) r L L dt (1-26) Đặt biến trạng thái động là: T is , ψ r Víi is vµ ψr - véc tơ dòng stator từ thông rotor 10 Sau số phép biến đổi ta nhận đợc hệ phơng trình trạng thái tổng quát mô tả động không ®ång bé ë hƯ to¹ ®é quay víi tèc ®é lµ ωk lµ: k i B i k d s = A11 A12 s + u dt k k B s A A ψ r 21 22 ψ r (1-27) Trong hệ số ma trận đợc tính theo biÓu thøc: L2m ) Lr I −ωkJ Ls σ ( Rs + Rr Ak = − 11 L Ak = m ( I − ω J ); 12 L σ T r s r L Ak = m I ; 21 T r (1-28) Ak = − I − (ωk − ωr J ); 22 T r B1 = I; Lsσ 0 1 0 B2 = ; I = 0 0 1 0 1 ;J = − 1 M« men động đợc xác định dựa quan hệ lợng điện nh sau: 3 Lm Pp p s is r is ) Lr Im( ψ * M = P Im(ψ * ) = (1-29) Trong đó: * s , *r véc tơ liên hợp từ thông móc vòng stator rotor Pp số đôi cực từ động