tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật khảo sát đặc điểm ổn định của cấu trúc điều khiển động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc có tách kênh trực tiếp khi

Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật 1 Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ tuật Công nghiệp Thái Nguyên. Cán bộ HDKH : GS.TSKH. Nguyễn Phùng Quang Phản biện 1 : PGS.TS. Lại Khắc Lãi Phản biện 2 : PGS.TS Nguyễn Như Hiển Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phòng cao học số …., trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Vào 7h giờ 30 phút ngày 07 tháng 12 năm 2011. Có thể tìm hiển luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học Thái Nguyên và Thư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật 2 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của ngành kỹ thuật điều khiển tự động nhiều hệ thống truyền động điện đã được ứng dụng trong sản xuất công nhiệp đem lại hiệu quả kinh tế cao. Đối tượng điều khiển đóng vai trò quan trọng là động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc (ĐCKĐB- RLS). Việc điều khiển ĐCKĐB- RLS là vấn đề gặp nhiều khó khăn, do ĐCKĐB- RLS là một đối tượng phi tuyến phức tạp. Cho đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu thành công phương pháp tuyến tính hóa chính xác điều khiển ĐCKĐB- RLS. Sau khi thực hiện tuyến tính hóa chính xác mô hình ĐCKĐB- RLS ta thu được kết quả là cấu trúc điều khiển có tách kênh trực tiếp. Đưa việc điều khiển ĐCKĐB- RLS trở thành việc điều khiển từng kênh riêng biệt mà có thể áp dụng lý thuyết điều khiển tuyến tính. Như vậy với phương pháp tuyến tính hoá chính xác đã mở ra cho ta một triển vọng tốt đẹp hứa hẹn một cấu trúc điều khiển thích hợp hơn với bản chất cấu trúc phi tuyến của ĐCKĐB- RLS đó là Cấu trúc điều khiển có tách kênh trực tiếp, với cấu trúc này ta có thể khắc phục được các nhược điểm còn tồn tại của các phương pháp điều khiển kinh điển. Với những ý nghĩa trên đây và được sự định hướng của thầy giáo GS.TSKH Nguyễn Phùng Quang tôi đã lựa chọn đề tài: “Khảo sát đặc điểm ổn định của cấu trúc điều khiển động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc có tách kênh trực tiếp khi thực hiện dưới điều kiện thời gian thực” nhằm mục đích tìm hiểu những ưu điểm và kết quả mà phương pháp tuyến tính hoá chính xác đem lại. Luận văn bao gồm các phần chính như sau: Chương 1: Mô hình động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc Chương 2: Phương pháp tuyến tính hóa chính xác và cấu trúc điều khiển có tách kênh trực tiếp Chương 3: Cấu trúc có tách kênh trực tiếp và đặc điểm ổn định khi điều khiển thời gian thực Kết luận và kiến nghị Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3 Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ hướng dẫn tận tình của thầy giáo GS.TSKH Nguyễn Phùng Quang – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tôi cũng bày tỏ lòng cảm ơn tới thầy giáo ThS. Phạm Tâm Thành – Nghiên cứu sinh tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, cùng các thầy cô giáo Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên và một số đồng nghiệp, đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Thái Nguyên, ngày 10 tháng 11 năm 2011 Học viên Nguyễn Thị Dương Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật 4 CHƯƠNG 1: MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTOR LỒNG SÓC 1.1. Mô hình trạng thái liên tục ĐCKĐB-RLS. 1.1.1. Các phương trình cơ bản. 1.1.2. Mô hình trạng thái liên tục của ĐCKĐB-RLS trên hệ toạ độ dq Hệ toạ độ này được chọn sao cho trục thực d của hệ trùng với trục của từ thông rotor r  . Như vậy hệ tọa đô dq quay với tốc độ quay s  (cũng là tốc độ quay của s i , s u , s  ) góc giữa trục d và trực cuộn dây pha u là s  . Trong hệ toạ độ mới này, thành phần vuông góc q của từ thông rotor bằng không. Hệ được gọi là hệ toạ độ dq. Theo [1] sau khi chuyển hệ trục tọa độ ta thu được hệ phương trình sau: Hình1.1 : Vector dòng stato trên hệ tọa độ quay dq Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật 5              f rr f sm f r f rm f ss f s f rr f r f rr f rs f s f ss f s iLiL iLiL j dt d iR j dt d iRu       0 Ta bổ sung thêm kí hiệu:   rsm LLL /1  : hệ số từ tản toàn phần sss RLT / ; rrr RLT / :hằng số thời gian stator, rotor Ta tìm cách khử dòng rotor cũng như từ thông stator ra khỏi hệ phương trình và thu được:                                                  '' ' '' ' '' '' 11 11 11111 11111 rq r rdssq r rq rqsrd r sd r rd sq s rq r rdsq rs sds sq sd s rqrd r sqssd rs sd T i Tdt d T i Tdt d u LT i TT i dt di u LT ii TTdt di                           Với: ' / rd rd m L    ; ' / rq rq m L    ; rs   Đồng thời ta thu được công thức mômen từ các thành phần với điều kiện: khi tựa theo hướng của từ thông rotor ta có thể đặt 0 rq  .   sqrdspsqrd r m pM iLzi L L zm '' 2 1 2 3 2 3   Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật 6 Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật 7 Hai phương trình trên được kết hợp với nhau thành mô hình liên tục trọn vẹn của động cơ KĐB-RLS trên hệ toạ độ dq (hình 1.2). Hệ phương trình được viết lại dưới dạng mô hình trạng thái sau đây: s ff s fff f NxuBxA dt dx   với vector trạng thái f x , vector đầu vào f s u :   '' ,,, rqrdsqsd fT iix     sqsd fT s uuu , Và ma trận hệ thống f A , ma trận đầu vào f B và ma trận tương tác phi tuyến N.                                                   rr rr rrs rrs f TT TT TTT TTT A 11 0 1 0 1 1111 0 11 0 11                                      00 00 1 0 0 1 s s f L L B   ;                0100 1000 0001 0010 N (1.12) Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật 8  Hình 1.3 Mô hình trạng thái dạng phi tuyến của ĐCKĐB-RLS trên hệ toạ độ dq 1.2. Mô hình trạng thái gián đoạn của ĐCKĐB- RLS. 1.2.1. Xây dựng mô hình trạng thái gián đoạn. 1.2.2. Mô hình trạng thái gián đoạn của ĐCKĐB- RLS trên hệ tọa độ dq Theo [3] việc gián đoạn hoá mô hình trạng thái liên tục – phi tuyến yếu (1.10) có thể thu được dưới điều kiện: các biến đầu vào sd u , sq u và s  là hằng trong phạm vi chu kỳ trích mẫu T. Trong phần mở đầu của mục này ta đã biết: đối với các hệ truyền động điện xoay chiều ba pha hiện đại với tần số băm xung f x và tần số trích mẫu 1/T cao, điều kiện trên có thể coi là thoả mãn. Nếu thực hiện tích phân lặp mô hình (1.10) ta thu được mô hình trạng thái tương đương sau đây của ĐCKĐB-RLS. )()()1( kuHkxkx f s ffff  với f  = f  (  , s  ,T) ; f H = f H (  , s  ,T) f  = e TkNA s f )(   =       0 ! )(      T kNA s f     f Tk kT kNA f BdeH s f   )1( )(       1 ! )(      T kNA s f B f Trái với mô hình liên tục, mô hình gián đoạn (1.22) là mô hình hệ số hàm nhưng tuyến tính. Các phần tử của ma trận chuyển trạng thái f  (k) và ma trận đầu vào f H (k) sẽ phải được tính on-line. Trên hệ dq ta cũng thu được các công thức nhờ xấp xỉ bậc nhất, thu được do cắt đuôi chuỗi (1.23) sau phần tử tuyến tính. Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 ( ) 0 ( ) 1 s s r r s f s r r s r r s r r T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T                                                                             11 12 21 22 f f f f            1 2 0 0 0 0 0 0 s f f f s T L T L                             H H H 1.3. Đặc điểm phi tuyến của mô hình dòng ĐCKĐB- RLS. - Tính phi tuyến của mô hình (giá trị đầu vào ω s xuất hiện trong ma trận hệ thống) trong các hệ truyền động chất lượng cao sử dụng điều chế đồng bộ. - Tham số phi tuyến (từ thông chính phụ thuộc mạnh vào các biến trạng thái) ảnh hưởng tới tính ổn định của hệ thống trong quá trình nhận dạng và thích nghi tham số. Gần đây, một số nghiên cứu đã được ra [1], nhằm tiếp tục giải quyết vấn đề thực nghiệm đang còn thiếu sót, trong chương 2 sẽ đề cập đến phương pháp tuyến tính hóa chính xác (TTHCX) cho ĐCKĐB- RLS. Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật 10 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TUYẾN TÍNH HÓA CHÍNH XÁC VÀ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CÓ TÁCH KÊNH TRỰC TIẾP 2.1. Tổng quan về phương pháp tuyến tính hóa chính xác. 2.1.1 Đặt vấn đề. 2.1.2. Phương pháp tuyến tính hoá chính xác. Nội dung của phương pháp tuyến tính hoá chính xác (TTHCX) là thiết kế bộ điều khiển phản hồi trạng thái (ĐKPHTT) cho đối tượng phi tuyến (ĐTPT) sao cho hệ kín trở thành tuyến tính. Khác với việc tuyến tính hoá xấp xỉ trong lân cận điểm làm việc, bộ điều khiển tuyến tính hoá chính xác đảm bảo tính chất tuyến tính cho hệ thống trong toàn bộ không gian trạng thái. Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hoá chính xác hệ phi tuyến, hệ mới có đặc điểm vào-ra tuyến tính trong toàn bộ không gian trạng thái Ta nhận thấy rằng với bộ ĐKPHTT, đối tượng phi tuyến với đầu vào u trong không gian trạng thái x sẽ trở thành hệ vào-ra tuyến tính trong toàn bộ không gian trạng thái mới z với đầu vào mới w. Theo [5], mô hình trạng thái của đối tượng phi tuyến MIMO (nhiều vào- nhiều ra) có dạng như sau: 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) m i i i d x f x H x u f x h x u dt y g x             ®kphtt ®tpt w x u y HÖ vµo-ra tuyÕn tÝnh [...]... W s   1 s  Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật 2.3 Cấu trúc điều khi n có tách kênh trực tiếp 2.3.1 Cấu trúc hệ điều khi n tựa theo từ thông rotor Theo [2] ta có cấu trúc của hệ điều khi n tựa theo từ thông rotor như hình 2.5 ĐCKĐB-RLS Hình 2.5: Sơ đồ khối cấu trúc hệ TĐĐXCBP điều khi n kiểu T4R trên hệ toạ độ dq sử dụng ĐCKĐB-RLS 2.3.2 Cấu trúc điều khi n có tách kênh trực tiếp 17 * - '*sq... chậm bậc không Khi chọn bước tích phân cứng, có thể sử dụng khối ZOH tại các vị trí chuyển từ tần số trích mẫu cao sang tần số trích mẫu thấp hơn Sơ đồ mô phỏng cấu trúc của hệ thống như hình 3.17 27 Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình 3.17: Cấu trúc hệ thống điều khi n tách kênh trực tiếp ĐCKĐB-RLS 28 Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3.4 Khảo sát đặc điểm ổn định của cấu trúc tách kênh trực tiếp ĐCKĐB-RLS... us dq H×nh 2.6: CÊu tróc ®iÒu khi n cã t¸ch kªnh trùc tiÕp §CK§B-RLS khi tuyÕn tÝnh hãa chÝnh x¸c m« h×nh dßng R R 2  tu tv tw isu isv isw ~ + M 3~ = - Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật CHƯƠNG 3 CẤU TRÚC ĐIỀU KHI N TÁCH KÊNH TRỰC TIẾP VÀ ĐẶC ĐIỂM ỔN ĐỊNH KHI ĐIỀU KHI N THỜI GIAN THỰC 3.1 Thiết kế các bộ điều chỉnh 3.1.1 Thiết kế bộ điều chỉnh dòng isd * isd 1 s... của ĐCKĐB-RLS gián đoạn Ta thấy rằng trong khoảng thời gian quá trình quá độ có sự dao động tốc độ động cơ tăng vọt nhưng sau 1s thì tốc độ của động cơ bám theo tốc độ đặt và hoạt động ổn định 34 Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3.4.4 Khảo sát đặc điểm ổn định của hệ thống trên cơ sở quỹ đạo điểm cực Hình 3.27: Cấu trúc tách kênh trực tiếp ĐCKĐB-RLS có khối Input Point và Output point 35 Tóm tắt luận. .. điều chỉnh  Bộ điều chỉnh dòng Hình 3.10: Bộ điều chỉnh dòng isd và isq trên miền liên tục 24 Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình 3.11: Bộ điều chỉnh dòng isd và isq trên miền gián đoạn  Bộ điều chỉnh từ thông Hình 3.12: Bộ điều chỉnh từ thông trên miền liên tục Hình 3.13: Bộ điều chỉnh từ thông trên miền gián đoạn 25 Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật  Bộ điều chỉnh tốc độ Hình 3.14: Bộ điều chỉnh... trong của khối DCKDB-RLS như hình 3.7 22 Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình 3.7: Sơ đồ Simulink mô hình ĐCKĐB- RLS trên hệ tọa độ dq 3.3.2 Mô phỏng ĐCKĐB- RLS kết hợp bộ điều khi n phản hồi trạng thái Hình 3.8: Bộ điều khi n phản hồi trạng thái 23 Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình 3.9: Tuyến tính hoá chính xác mô hình dòng bằng bộ điều khi n phản hồi trạng thái 3.3.3 Mô phỏng các bộ điều chỉnh... Zprd 2 Lr Hình 3.4: Thiết kế bộ điều chỉnh tốc Trong đó: K   3 L2 2  rd m Zp 2 Lr J Bộ điều chỉnh tốc độ có hàm truyền: R (s )  3.2 Các tham số dùng cho mô phỏng 20  - 5(1  4Tr ) 16 KTr2 s Zp Js Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Ta sử dụng phần mềm mô phỏng là Matlab- Simulink để khảo sát đặc điểm ổn định của cấu trúc tách kênh trực tiếp ĐCKĐB- RLS khi điều khi n dưới thời gian thực ĐCKĐB-... phần của vector u qua các thành phần của vector w :   u1    u 2   u3    1  d  x1 a 1  d  x2 a w3  c. rd  w1  x2  w 3 )  c  Tr  rd  w2  x1  w 3 Cấu trúc bộ ĐKPHTT như hình 2.3: 14 Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình 2.3 : Cấu trúc bộ ĐKPHTT Kết hợp bộ ĐKPHTT và mô hình ĐCKĐB-RLS ta thu được mô hình tuyến tính có cấu trúc như hình 2.4: 15 Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật. .. ứng dòng isd , isq khi w1= t và w2=1(t) Nhận xét: Dòng isd chỉ phụ thuộc đầu vào w1 và dòng isq chỉ phụ thuộc đầu vào w2 Như vậy có thể khẳng định mô hình ĐCKĐB-RLS sau khi tuyến tính hóa chính xác mô hình dòng có đặc tính tách kênh 33 Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3.4.3 Khảo sát đáp ứng tốc độ của động cơ Khi tốc độ đặt bằng 100 rad/s, động cơ làm việc ở từ thông danh định ta có dạng đáp ứng tốc... hệ tuyến tính điều đó khẳng định mô hình ĐCKĐB-RLS sau khi TTHCX là tuyến tính 3.4.2 Khảo sát tính tách kênh trực tiếp Để khảo sát tính tách kênh trực tiếp của mô hình sau khi tuyến tính hóa chính xác mô hình dòng động cơ, ta kiểm tra sự cách ly ảnh hưởng của w2 đến isd và của w1 đến isq  Khảo sát sự ảnh hưởng giữa w2 và dòng isd Khi = 6 ∗ 1( ) (A/s) và w2 là tín hiệu hình sin, đáp ứng có dạng như hình . 2.4: Sơ đồ cấu trúc vào – ra tuyến tính của ĐCKĐB-RLS   [rad] Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật 17 2.3. Cấu trúc điều khi n có tách kênh trực tiếp. 2.3.1. Cấu trúc hệ điều khi n tựa. kênh trực tiếp Chương 3: Cấu trúc có tách kênh trực tiếp và đặc điểm ổn định khi điều khi n thời gian thực Kết luận và kiến nghị Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3 Tôi xin chân. một cấu trúc điều khi n thích hợp hơn với bản chất cấu trúc phi tuyến của ĐCKĐB- RLS đó là Cấu trúc điều khi n có tách kênh trực tiếp, với cấu trúc này ta có thể khắc phục được các nhược điểm