Ứng dụng cộng nghệ tính toán mềm trong hệ thống điều khiển trực tiếp mô men động cơ không đồng bộ 3 pha

vii MC LC TRANG TRANG TA QUYT ĐNH GIAO Đ TÀI LÝ LCH KHOA HC i LI ωAM ĐOAN iii LI CM N iv TÓM TT v ABSTRACT vi MC LC vii DANH SÁCH CÁC CH VIT TT xi DANH SÁCH BNG xiv DANH SÁCH CÁC HÌNH xv ωhng 1: TNG QUAN 1 1.1. Đặt vn đ 1 1.2. S phát trin ca kỹ thut điu khin đng c 2 1.3. ωác phng pháp điu khin đng c KĐψ 3 1.3.1. Phng pháp V/f = const (điu khin vô hng) 3 1.3.2. Phng pháp điu khin đnh hng trng (FOC) 4 1.3.3. Phng pháp điu khin trc tip mô men (DTC) 4 1.4. Nhim v và phm vi nghiên cu 5 1.5. Phng pháp nghiên cu 5 1.6. Ni dung ca lun văn 5 1.7. ụ nghĩa thc tin ca lun văn 6 ωhng 2: MỌ HỊNH ĐNG ω KHỌNG ĐNG B BA PHA 7 2.1. Khái quát. 7 2.2. Xây dng vec t không gian. 7 viii 2.2.1. Mô t vec t trên h ta đ c đnh stator (h ta đ αβ). 9 2.2.2. Mô t vec t trên ta đ quay rotor (h ta đ dq). 11 2.3. Mô hình ca đng c KĐψ 3 pha. 12 2.3.1. H phng trình trng thái ca đng c KĐψ 3 pha trên h ta đ stator (αβ). 13 2.3.2. H phng trình trng thái ca đng c KĐψ 3 pha trên h ta đ từ thông rotor (dq). 17 2.4. Phép chuyn h trc ta đ. 19 2.4.1. Phép chuyn h trc ta đ abc sang h trc ta đ αβ vƠ ngc li. 19 2.4.2. Phép chuyn h trc ta đ abc sang h ta đ dq vƠ ngc li. 19 2.4.3. Phép chuyn h trc ta đ αβ sang h ta đ dq vƠ ngc li. 20 2.5. Kt lun. 20 ωhng 3: ω S LÝ THUYT 21 3.1. Điu khin trc tip mô men 21 3.1.1. Gii thiu v phng pháp điu khin trc tip mô men (DTω) đng c không đng b 21 3.1.2. Gii thut điu khin DTC. 22 3.1.3. Các công thc tính toán trong phng pháp. 23 3.1.4. Điu khin các tín hiu trong h thng. 28 3.1.5. Chn la vec t đin áp thích hp 35 3.2. Công ngh tính toán mm 37 3.2.1. Tp hp m (Fuzzy set) 37 3.2.1.1. Tp hp ro ̃ (crisp set) 37 3.2.1.2. Tp hp m 39 3.2.1.3. Các phép toán trên tp hp m 40 3.1.1.4. Bin ngôn ng 45 3.2.2. Suy diê ̃ n m 46 3.2.3. H thng x lý m 47 3.2.3.1. Khi m hóa (fuzzifier) 47 ix 3.2.3.2. Suy diê ̃ n m (fuzzy inference engine) 47 3.2.3.3. Khi gii m (defuzzifier) 51 3.2.3.4. Tính phi tuyn ca hê ̣ thông x lý m 53 3.2.4. Điu khin m 54 3.2.5. S dng phần mm Matlab/Fuzzy Toolbox 54 ωhng 4: XỂY DNG CU TRÚC CÁC KHI ĐIU KHIN VÀ PHÂN TÍCH KT QU MÔ PHNG 59 4.1. Xây dng cu trúc các khi điu khin 59 4.1.1. S đ mô phng DTC ng dng b điu khin PD c đin 59 4.1.1.1. S đ khi c lng từ thông stator và mô men 59 4.1.1.2. S đ khi b điu khin PD c đin 60 4.1.1.3. S đ khi so sánh từ thông và mô men 60 4.1.1.4. S đ khi xác đnh góc sector 61 4.1.1.5. S đ khi đóng ct đin áp trong b nghch lu 61 4.1.1.6. S đ khi đng c không đng b 3 pha trong h ta đ αβ 62 4.1.1.7. Khi chuyn ta đ abc sang αβ vƠ αβ sang abc 63 4.1.2. S đ mô phng DTC ng dng b điu khin PD m 63 4.1.2.1. B điu khin PD m 64 4.1.2.2. Các hàm thành viên 64 4.1.2.3. Lut m 65 4.2. Phân tích kt qu mô phng 67 4.2.1. Thông s đng c KĐψ 3 pha 67 4.2.2. Phân tích kt qu mô phng 67 4.2.2.1. Đáp ng từ thông stator và rotor lúc khi đng 67 4.2.2.2. Đin áp vƠ dòng đin lúc khi đng 68 4.2.2.3. Đáp ng từ thông stator và rotor 69 4.2.2.4. Quan h gia tc đ rotor vƠ mô men đin từ theo thi gian 70 4.2.2.5. Đáp ng từ thông đng c 71 4.2.2.6. Đáp ng tc đ đng c 71 x 4.2.2.7. Đáp ng mô men ca đng c 72 4.2.2.8. Đáp ng dòng đin ca đng c 72 ωhng 5: KT LUN VÀ HNG PHÁT TRIN CA Đ TÀI 74 5.1. Kt lun 74 5.2. Hng phát trin ca đ tài 74 TÀI LIU THAM KHO 75 xi DANH SÁCH CÁC CH VIT TT FOC : Điu khin đnh hng trng DTC : Điu khin trc tip mômen KĐψ : Không đng b DC : Mt chiu GA : Thut toán di truyn ANN : Mng nron nhơn to FLC : B điu khin m PD : B điu khin PD f : Tần s p : S đôi cc s s i : Vec t dòng stator quan sát trên h ta đ αβ s r i : Vec t dòng rotor quan sát trên h ta đ αβ f s i : Vec t dòng stator quan sát trên h ta đ dq f r i : Vec t dòng rotor quan sát trên h ta đ dq s s u : Vec t áp stator quan sát trên h ta đ αβ s r u : Vec t áp rotor quan sát trên h ta đ αβ f s u : Vec t áp stator quan sát trên h ta đ dq f r u : Vec t áp rotor quan sát trên h ta đ dq s s  : Vec t từ thông stator quan sát trên h ta đ αβ s r  : Vec t từ thông rotor quan sát trên h ta đ αβ f s  : Vec t từ thông stator quan sát trên h ta đ dq f r  : Vec t từ thông rotor quan sát trên h ta đ dq xii i sα : Thành phần dòng đin stator trong h ta đ αβ - trên trc α i sβ : Thành phần dòng đin stator trong h ta đ αβ - trên trc β i rα : Thành phần dòng đin rotor trong h ta đ αβ - trên trc α i rβ : Thành phần dòng đin rotor trong h ta đ αβ - trên trc β i sd : Thành phần dòng đin stator trong h ta đ dq - trên trc d i sq : Thành phần dòng đin stator trong h ta đ dq - trên trc q i rd : Thành phần dòng đin rotor trong h ta đ dq - trên trc d i rq : Thành phần dòng đin rotor trong h ta đ dq - trên trc q u sα : Thành phần đin áp stator trong h ta đ αβ - trên trc α u sβ : Thành phần đin áp stator trong h ta đ αβ - trên trc β u rd : Thành phần đin áp rotor trong h ta đ dq - trên trc d u rq : Thành phần đin áp rotor trong h ta đ dq - trên trc q R s : Đin tr stator R r : Đin tr rotor đƣ quy đi v stator L s : Đin cm stator L r : Đin cm rotor L m : H cm gia rotor và stator  : Góc to bi gia rotor và trc chuẩn  : Vn tc góc rotor  s : Vn tc góc ca h quy chiu bt kỳ  r : Vn tc góc ca từ thông rotor T e : Mômen đin từ đng c T L : Mômen ti J : Mômen quán tính  : H s tiêu tán tng L s : Đin cm tiêu tán cun dây stator L r : Đin cm tiêu tán cun dây rotor T s : Hằng s thi gian stator T r : Hằng s thi gian rotor xiii MTi : Khi mng tính dòng Mtu : Khi mng tính áp CTDi : Khi chuyn ta đ dòng CTDu : Khi chuyn ta đ áp xiv DANH SÁCH BNG BNG Trang Bng 3.1: Bng tham chiu vec t không gian đin áp 36 Bng 3.2: Hi ca hai tp m A và B dùng lut SUM và lut MAX 41 Bng 3.3: Tp m m rng A,  A (x,y) =  A (x), y 42 Bng 3.4: Tp m m rng B,  B (x,y) =  B (y), x 42 Bng 3.5: Hi ca A và B dùng lut SUM,  AUB (x,y) =  AUB (x,y) 42 Bng 3.6: Hi ca A và B dùng lut MAX,  AUB (x,y) =  AUB (x,y) 43 Bng 3.7: Giao ca hai tp m A vƠ ψ cùng c s dùng lut PROD và lut MIN 44 Bng 3.8: Giao ca hai tp m A vƠ ψ khác c s dùng lut PROD,  A B (x,y) =  A B (x,y) 44 Bng 3.9: Giao ca hai tp m A vƠ ψ khác c s dùng lut MIN,  A B (x,y) =  A B (x,y) 45 Bng 3.10: Các hàm thành viên 46 Bng 3.11: Hàm thành viên dùng lut MIN,  A B (x,y) 49 Bng 3.12: Hàm thành viên dùng lut PROD,  A B (x,y) 49 Bng 3.13: Hàm thành viên ca mnh đ hp thành 50 Bng 3.14: Hàm thành viên  (A C) U (BC) (z) ca các mnh đ hp thành 51 Bng 3.15: Quan h phi tuyn gia y và x 53 Bng 4.1: Thông s đng c KĐψ 3 pha 67 xv DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH Trang Hình 1.1: Đng c đin mt chiu kích từ đc lp 2 Hình 2.1: S đ đin áp stator và cun dây ca đng c KĐψ 3 pha. 7 Hình 2.2: Thit lp vec t không gian từ các đi lng pha. 9 Hình 2.3: Vec t không gian vi dòng i sα và i sβ h ta đ stator c đnh. 10 Hình 2.4: Vec t không gian trên h ta đ từ thông rotor (h ta đ dq) 11 Hình 2.5: S đ thay th tng đng đng c KĐψ 3 pha lỦ tng. 13 Hình 3.1: S đ điu khin trc tip mô men 22 Hình 3.2: S đ điu khin véc t đin áp 27 Hình 3.3: B nghch lu áp ba pha mch cầu, gin đ kích đóng vƠ dng áp ti 30 Hình 3.4: Quỹ đo vect từ thông Stator. 33 Hình 3.5: V trí từ thông stator và chn các vect đin áp chuyn mch ti u 34 Hình 3.6: A = [1, 3] 38 Hình 3.7: B = {1, 2, 3} 38 Hình 3.8: Tp hp m  A (x) 39 Hình 3.9: Tp hp m  B (x) 39 Hình 3.10: Hi ca hai tp m A và B dùng lut SUM và lut MAX 40 Hình 3.11: Hai tp m A và B 41 Hình 3.12: Giao ca hai tp m A vƠ ψ cùng c s dùng lut PROD và lut MIN . 44 Hình 3.13: Bù ca tp m 45 Hình 3.14: Các tp m ca tc đ xe 45 Hình 3.15: S đ khi ca h thng x lý m 47 Hình 3.16: Các tp m ca nhit đ 47 Hình 3.17: Tp m A va  ψ 48 Hình 3.18: Tơ ̣ p m   A B (y) khi x = 1 48 Hình 3.19: Cho 3 tp m A, B và C 50 xvi Hình 3.20: Cho 3 tp m A, B và C 51 Hình 3.21: Cho 1 tp m A 52 Hình 3.22: Cho 1 tp m B 52 Hình 3.23: Các bin x vƠ y đc m hóa 53 Hình 3.24: Gii m dùng phng pháp đim trng tâm 53 Hình 3.25: Điu khin PID truyên thông 54 Hình 3.26: Điu khin PID m 54 Hình 4.1: S đ mô phng DTC ng dng b điu khin PD c đin 59 Hình 4.2: S đ khi c lng từ thông stator và mô men 59 Hình 4.3: S đ b điu khin PD c đin 60 Hình 4.4: Khi so sánh từ thông 2 bc 60 Hình 4.5: Khi so sánh mô men 3 bc 60 Hình 4.6: S đ khi xác đnh góc sector 61 Hình 4.7: Khi xác đnh góc sector 1 61 Hình 4.8: S đ khi đóng ct đin áp trong b nghch lu 61 Hình 4.9: S đ b nghch lu PWM 62 Hình 4.10: S đ khi đng c không đng b 3 pha trong h ta đ αβ 62 Hình 4.11: Khi chuyn ta đ abc sang αβ 63 Hình 4.12: Khi chuyn ta đ từ αβ sang abc 63 Hình 4.13: S đ mô phng DTC ng dng b điu khin PD m 63 Hình 4.14: B điu khin PD m 64 Hình 4.15: Các hàm thành viên ca b điu khin PD m 64 Hình 4.16: Lut m ca b điu khin PD m 66 Hình 4.17: Đáp ng từ thông stator lúc khi đng 67 Hình 4.18: Đáp ng từ thông rotor lúc khi đng 68 Hình 4.19: Đin áp lúc khi đng 68 Hình 4.20: Dòng đin lúc khi đng 69 Hình 4.21: Đáp ng từ thông stator 69 Hình 4.22: Đáp ng từ thông rotor 70 [...]... đích s d ng vƠ y u t khách quan nh h ta th ng Các tr ng thái chúng ng gặp trong khi v n hƠnh lƠ: - Tăng từ thông và tăng mô men - Tăng từ thông vƠ gi m mô men - Tăng từ thông vƠ không đ i mô men - Gi m từ thông vƠ tăng mô men - Gi m từ thông vƠ gi m mô men - Gi m từ thông vƠ không đ i mô men Hình 3. 1: S đ đi u khi n tr c ti p mô men Và các tr ng thái này c a đ ng c s đ c tác đ ng b i b ngh ch l u cung... n tr c ti p mô men đ thi t l p d c d dàng, các vec t pha ph i đ i d ng mô hình toán, các vec t nƠy đ c c bi u di n trong h quy chi u 3 pha vƠ sau đó chuy n sang các h quy chi u (αβ) hay h quy chi u quay (dq) 2.2 Xây d ng vecăt không gian Đ ng c KĐψ 3 pha có ba cu n dây stator b trí trong không gian l ch nhau 1200 đi n nh hình 2.1 Hình 2.1: S đ đi n áp stator và cu n dây c a đ ng c KĐψ 3 pha HVTH: Nguyễn... ngăphápăđi uăkhi nătr căti p mô men (DTC) Đi u khi n tr c ti p mô men có các đặc đi m sau: - Đi u khi n đ c l p gi a mô men và từ thông u đi m: - Đ nh h ng đ c từ thông do đó t i u đ c mô men - Đi u khi n tr c ti p mô men và từ thông HVTH: Nguyễn Minh Sĩ 4 GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa ωh ng 1 T ng quan - Không cần b h i ti p t c đ , mô men, từ thông l y tr c ti p từ h quan sát - Không cần các b đi u khi... ng c vƠ các thu t toán đi u khi n v lĩnh v c đi u khi n thông minh nh : Logic m đ làm th c nghi m đi u khi n đ ng c KĐψ đ t hi u su t t i u nh t HVTH: Nguyễn Minh Sĩ 6 GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa ωh ng 2 Ch Mô hình đ ng c không đ ng b 3 pha ngă2: MỌăHỊNHăĐ NGăC ăKHỌNGăĐ NG B BA PHA Xây d ng m t mô hình toán đ ng c KĐψ 3 pha đòi h i ph i mô t chính xác mô hình toán và th hi n rõ đặc tính th i gian c... ng không th ng trình toán h c truy n th ng K t qu là nh ng cách ti p c n kinh đi n d a trên kỹ thu t phơn tích vƠ các ph ng trình toán h c nhanh chóng t ra không còn phù h p Vì th công ngh tính toán m m chính là m t gi i pháp Đặc đi m c a công ngh tính toán m m là: - Tính toán m m căn c trên đặc đi m, hành vi c a con ng i và t nhiên đ đ a ra quy t đ nh h p lỦ trong đi u ki n không chính xác và không. .. b  s  c  s   sq 3 3  3       (2 .32 ) Phép chuy n h tr c t a đ dq sang h t a đ abc HVTH: Nguyễn Minh Sĩ 19 GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa ωh ng 2 Mô hình đ ng c không đ ng b 3 pha  u  u cosθ  u sinθ sd s sq s  a  2π  2π    u b = u sd cos  θs -   u sq sin  θs -  3  3      4π  4π    u c  u sd cos  θs -   u sq sin  θs -  3  3     2.4 .3 Phépăchuy năh ătr... căti p mô men (DTC) đ ngăc ă không đ ngăb Ph ng pháp đi u khi n từ thông mô men hi u su t cao trong máy đi n không đ ng b đƣ đ c s d ng cách nay h n 30 năm D a trên nh ng n n t ng c a Blaschke, Hasse và Leonhard Ph ng pháp đi u khi n vect ngƠy cƠng phát tri n r ng rƣi, vƠ th c s tr thƠnh tiêu chuẩn trong công nghi p nặng Kỹ ngh phát tri n đáng k ph i k đ n t p đoƠn Seimen VƠ ph men tr c ti p đ ng c không. .. ωh ng 1 T ng quan - Đ n gi n, không cần h i ti p - Rẻ ti n Nh c đi m: - Không đi u khi n t i u đ - Không đi u khi n đ c mô men c tr c ti p mô men và từ thông Stator - Đ chính xác không cao - Đáp ng ch m 1 .3. 2.ăPh ngăphápăđi uăkhi năđ nhăh Đi u khi n đ nh h ng tr thông d n đ n vi c đi u khi n đ ngătr ng (FOω) đ t đ ngă(FOC) c vi c thay đ i mô men và từ c từ thông vƠ mô men t ng t nh đ ng c Dω kích từ... ng trình m men: Te  Thay ir  s  L 1 r s r HVTH: Nguyễn Minh Sĩ 3 3 p s  is    p r  ir  2 2 (2.17)   Lm is (2.11c) vào (2.17) ta có: s 15 GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa ωh ng 2 Mô hình đ ng c không đ ng b 3 pha 3  Te   p  2  s r 3  p Lm 2 Lr    L 1 s r r s r  is s    Lm is  s   Qua phép bi n đ i tích có h (2.18) ng c a hai vec t ta đ 3 Lm p 2 Lr  rα sβ rβ sα 2 3  p Lm 2... GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa ωh ng 2 Mô hình đ ng c không đ ng b 3 pha Hình 2.5: S đ thay th t ng đ ng đ ng c KĐψ 3 pha lỦ t ng Trong đó: Lσs = Ls - Lm và Lσr = Lr - Lm Tr c chuẩn c a m i quan sát đ Ta s s d ng các ph 2 .3. 1 H ăph c quy c là tr c đi qua tơm cu n dây pha U ng trình đ xây d ng mô hình tr ng thái c a đ ng c ngătrình tr ngătháiăc aăđ ngăc ăKĐB 3 pha trênăh ăt aăđ ă statoră(αβ) H ph ng . thích hp 35 3. 2. Công ngh tính toán mm 37 3. 2.1. Tp hp m (Fuzzy set) 37 3. 2.1.1. Tp hp ro ̃ (crisp set) 37 3. 2.1.2. Tp hp m 39 3. 2.1 .3. Các phép toán trên tp hp m 40 3. 1.1.4 tip mô men (DTω) đng c không đng b 21 3. 1.2. Gii thut điu khin DTC. 22 3. 1 .3. Các công thc tính toán trong phng pháp. 23 3. 1.4. Điu khin các tín hiu trong h thng. 28 3. 1.5 ti 30 Hình 3. 4: Quỹ đo vect từ thông Stator. 33 Hình 3. 5: V trí từ thông stator và chn các vect đin áp chuyn mch ti u 34 Hình 3. 6: A = [1, 3] 38 Hình 3. 7: B = {1, 2, 3} 38 Hình 3. 8: