Đang tải... (xem toàn văn)
Điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu bằng phương pháp điều khiển trực tiếp kết hợp Fuzzy Logic, ứng dụng trong thực tế. Đồ án được đánh giá cao từ hội đồng thẩm định. Mục đích tài liệu giúp các bạn sinh viên, anh , chị em đi làm có nhu cầu tìm hiểu về đề tài điều khiển động cơ .
TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMEN KẾT HỢP FUZZY LOGIC Người hướng dẫn: Th.S HỒ ĐĂNG SANG Người thực hiện: NGUYỄN VĂN HÒA Lớp : 13040101 Khoá : 2013-2018 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2018 TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMEN KẾT HỢP FUZZY LOGIC Người hướng dẫn: Th.S HỒ ĐĂNG SANG Người thực hiện: NGUYỄN VĂN HÒA Lớp : 13040101 Khoá : 2013-2018 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2018 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến với thầy Hồ Đăng Sang người đã hướng dẫn trực tiếp em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp Với kiến thức còn nhiều mặt hạn chế nên trong suốt 4 tháng qua thầy đã tận tình chỉ bảo em rất nhiều Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến chân thành đến các thầy cô trường Đại học TÔN Đức Thắng nói chung và các thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử nói riêng đã truyền đạt nhiều kiến thức bổ ích trong suốt 4 năm học vừa qua Cảm ơn gia đình, những người bạn đồng hành cùng em trong suốt quá trình hoàn thành khóa luận này Em xin chân thành cảm ơn rất nhiều Lời cuối cùng em xin kính chúc các thầy cô có thật nhiều sức khỏe và thành công hơn nữa trong sự nghiệp trồng người Sinh viên Nguyễn Văn Hòa CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của thầy Ths.HỒ ĐĂNG SANG Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo Ngoài ra, trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình Trường đại học Tôn Đức Thắng không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có) TP Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 1 năm 2018 Tác giả (ký tên và ghi rõ họ tên) LỊCH TRÌNH LÀM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: NGUYỄN VĂN HÒA Lớp: 13040101 MSSV: 41301344 Tên đề tài: Điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu bằng phương pháp điều khiển trực tiếp momen kết hợp Fuzzy Logic Tuần / ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 1 2-7/10 Tìm hiểu cơ sở lý thuyết Tuần 2 9-14/10 Tìm hiểu cơ sở lý thuyết Tuần 3 16-21/10 Tìm hiểu về phương pháp điều khiển trực tiếp momen Tuần 4 23-28/10 Tìm hiểu về phương pháp điều khiển trực tiếp momen Tuần 5 30-4/11 Tìm hiểu về phương pháp điều khiển trực tiếp momen Tuần 6 6-11/11 Tìm hiểu về phương pháp điều khiển trực tiếp momen Tuần 7 Mô phỏng về điều khiển trực tiếp momen cho động cơ 13-18/11 đồng bộ nam châm vĩnh cửu trên simulink Tuần 8 Mô phỏng về điều khiển trực tiếp momen cho động cơ 20-26/11 đồng bộ nam châm vĩnh cửu trên simulink Tuần 9 Mô phỏng về điều khiển trực tiếp momen cho động cơ 27-3/12 đồng bộ nam châm vĩnh cửu trên simulink Tuần 10 Mô phỏng về điều khiển trực tiếp momen cho động cơ 4-12/12 đồng bộ nam châm vĩnh cửu trên simulink Tuần 11 Mô phỏng về điều khiển trực tiếp momen cho động cơ 14-21/12 đồng bộ nam châm vĩnh cửu trên simulink Tuần 12 Tìm hiều lý thuyết về Fuzzy logic 22-28/12 Tuần 13 Mô phỏng về điều khiển trực tiếp momen có kết hợp 29-4/1 Fuzzy logic cho động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu trên matlap simulink Tuần 14 Mô phỏng về điều khiển trực tiếp momen có kết hợp 7-13/1 Fuzzy logic cho động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu trên matlap simulink GV HƯỚNG DẪN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 8 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 12 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU 13 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ .3 1.1 ĐẠI CƯƠNG .3 1.2 CẤU TẠO, NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC, TRỊ SỐ ĐỊNH MỨC CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3 1.2.1 Cấu tạo 3 1.2.2 Nguyên lí làm việc .5 1.2.3 Các phương pháp khởi động động cơ đồng bộ 6 1.2.4 Các thông số định mức của máy điện đồng bộ 7 1.3 PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG VÀ CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 8 1.3.1 Phản ứng phần ứng của máy điện đồng bộ .8 1.3.2 Các đặc tính làm việc của máy điện đồng bộ 10 1.4 ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU 12 1.4.1 Khái quát 12 1.4.2 Cấu tạo 13 1.4.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ PMSM .14 1.5 KẾT LUẬN 15 CHƯƠNG 2 BIẾN TẦN NGUỒN ÁP VÀ MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU 16 2.1 BIẾN TẦN NGUỒN ÁP 16 2.1.1 Tổng quát 16 2.1.2 Bộ nghịch lưu áp (Bộ biến tần nguồn áp) 16 2.2 VECTOR KHÔNG GIAN VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG PHA 19 2.2.1 Biểu diễn vector không gian cho các đại lượng pha .19 2.2.2 Hệ tọa độ cố định stator ( trục α-β) 21 2.2.3 Hệ tọa độ từ thông rotor (d-q) 22 2.3 MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH TỪ NAM CHÂM VĨNH CỬU 23 2.3.1 Phương trình của động cơ trong hệ tọa độ cơ bản (a,b,c) 25 2.3.2 Phương trình của động cơ trong hệ tọa độ từ thông rotor (d-q) 26 2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU 27 2.4.1 Điều khiển vector (Field Oriented Control) 27 2.4.2 Điều khiển định hướng từ thông roto động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu ( Roto flux oriented control) .29 2.4.3 Phương pháp điều khiển trực tiếp momen ( Direct Torque Control) .31 2.5 KẾT LUẬN 34 CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMEN 35 3.1 TỔNG QUÁT 35 3.2 ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMEN 36 3.3 MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ ĐỒNG NAM CHÂM VĨNH CỬU BẰNG PHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMEN TRÊN MATLAB SIMULINK 43 3.3.1 Sơ đồ mô phỏng động cơ PMSM trên Matlab Simulink 43 3.3.2 Chi tiết các khối trong sơ đồ mô phỏng động cơ PMSM bằng phương pháp DTC 43 3.4 KẾT LUẬN 53 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MÔMEN 54 4.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 54 4.1.1 Động cơ chạy không tải với vận tốc định mức 55 4.1.2 Động cơ chạy có tải với vận tốc định mức 58 4.1.3 Động cơ chạy có tải với vận tốc bằng ½ vận tốc định mức và đảo chiều quay 61 4.1.4 Động cơ chạy có tải với nhiều tốc độ khác nhau 64 CHƯƠNG 5 NÂNG CAO CHẤT LƯƠNG HỆ THỐNG VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 67 5.1 LÝ THUYẾT 67 5.1.1 Lịch sử ra đời của lý thuyết mờ .67 5.1.2 Khái niệm cơ bản về logic mờ 67 5.1.3 Bộ điều khiển mờ cơ bản 70 5.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID – FUZZY 71 5.2.1 Hàm thành viên ( Membership Function) 73 5.2.2 Luật mờ .75 5.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG KHI SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMEN VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN PID – MỜ 79 5.3.1 Động cơ chạy không tải với vận tốc định mức 79 5.3.2 Động cơ chạy có tải với vận tốc định mức 81 5.3.3 Động cơ chạy có tải với vận tốc bằng ½ vận tốc định mức và đảo chiều quay 82 5.3.4 Động cơ chạy có tải với nhiều tốc độ khác nhau 84 5.4 NHẬN XÉT .85 5.4.1 Động cơ chạy không tải với vận tốc định mức 85 5.4.2 Động cơ chạy có tải với vận tốc định mức 86 5.4.3 Động cơ chạy có tải với vận tốc bằng ½ vận tốc định mức và đảo chiều quay 87 5.4.4 Động cơ chạy có tải với nhiều tốc độ khác nhau 87 5.5 NHẬN XÉT CHUNG 88 5.6 KẾT LUẬN 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO .90 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1 : Nguyên lí làm việc của máy phát điện một chiều .5 Hình 1-2: Sơ đồ nối dây khởi động động cơ đồng bộ bằng phương pháp dị bộ .6 Hình 1-3 : Phản ứng phần ứng với tải thuần trở 9 Hình 1-4 : Phản ứng phần ứng với tải thuần cảm .9 Hình 1-5 : Phản ứng phần ứng với tải thuần dung 9 Hình 1-6 : Đặt tính không tải 10 Hình 1-7 : Đặc tính ngắn mạch 11 Hình 1-8 : Đặc tính ngoài 11 Hình 1-9 : Đặc tính điều chỉnh 12 Hình 1-10 : Động cơ PMSM cực lồi 14 1-Stator ;2-Roto; 3-Nam châm vĩnh cửu 14 Hình 1-11 : Động cơ PMSM cực ẩn 14 1-Stator; 2-Roto; 3-Nam châm vĩnh cửu 14 Hình 2-1: Mạch nghịch lưu 3 pha 2 bậc (a), nghịch lưu cầu 1pha (b) 18 Hình 2-2 : Mạch tương đương biểu thị giữa 2 điểm của điện áp vn0 18 Hình 2-3: Vị trí không gian các pha 19 Hình 2-4 Xây dựng vector không gian từ các đại lượng pha 20 Hình 2-5 : Hệ tọa độ stator α-β 21 Hình 2-6 : Mối quan hệ giữa tọa độ α-β và d-q 22 Hình 2-7 : Biểu diễn các vector không gian lên hệ tọa độ d-q 23 Hình 2-8: Mô hình của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu 24 Hình 2-9 : Các cuộn dây và hệ tọa độ ứng với ĐCĐBKTNCVC .25 Hình 2-10: Sơ đồ điều khiển vector trong hệ truyền động động cơ PMSM .28 Hình 2-11: Điều khiển vòng trễ trong động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu 30 Hình 2-12 : Điều khiển so sánh trong động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu 31 Hình 2-13 : Sơ đồ DTC cổ điển cho động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu 33