Bài giảng điều khiển máy điện nâng cao bài giảng 5 TS nguyễn quang nam

Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK 2 http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php nqnam@hcmut.edu.vn Điều khiển định hướng trường FOC – Field-Oriented Control cho phép điều khiển độc lập m

1 Bài giảng 5

Bài gi ả ng

Đ i ề u Khi ể n Máy Đ i ệ n Nâng Cao

Đ i ề u khi ể n độ ng c ơ K Đ B b ằ ng RFOC

TS Nguyễn Quang Nam

2013 – 2014, HK 2

http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php

nqnam@hcmut.edu.vn

Điều khiển định hướng trường (FOC – Field-Oriented Control) cho phép điều khiển độc lập mômen và từ thông móc vòng trong các điều kiện quá độ

FOC không đặt ra các yêu cầu phụ thuộc vào tốc độ và

tần số làm việc của động cơ

Gi ớ i thi ệ u

3 Bài giảng 5

Nhắc lại: động cơ DC có mômen tỷ lệ với từ thông kích từ

và dòng điện phần ứng

Với động cơ KĐB, để có được đặc tính điều khiển như

động cơ DC thì góc lệch giữa vectơ từ thông từ hóa ψM và vectơ dòng điện stato i s phải được điều khiển sao cho:

Tạo ra từ thông từ hóa không đổi (isd không đổi)

Tạo ra mômen thay đổi thông qua isq

Nói cách khác, vectơ dòng điện stato i s được định hướng theo vectơ từ thông từ hóa ψM

Gi ớ i thi ệ u (tt)

Dựa vào mô hình định hướng theo từ thông rôto (bài

giảng 4), mômen được điều khiển bằng cách thay đổi dòng

điện isq ở điều kiện từ thông từ hóa đã cho

Việc thay đổi isq phải được thực hiện thông qua thay đổi

tần số stato, với điều kiện

Nguyên t ắ c đ i ề u khi ể n mômen

( ωs − ωm) ψM = RRisq

5 Bài giảng 5

Do đó, cần có một bộ điều khiển dòng để tạo ra các

thành phần isd và isq cần thiết

Việc hiện thực bộ điều khiển trong hệ quy chiếu quay sẽ

thuận lợi hơn

Hệ tọa độ tham chiếu của bộ điều khiển (có góc quay

θM) phải thẳng hàng với hệ tọa độ dq đồng bộ (có góc

quay θc

M)

Việc xác định θc

M dẫn đến 2 phương pháp định hướng

trường: trực tiếp (DFOC) và gián tiếp (IFOC)

Nguyên t ắ c đ i ề u khi ể n mômen (tt)

DFOC ước lượng θc

M thông qua vectơ từ thông từ hóa

hoặc điện áp Việc này có thể được thực hiện thông qua các cảm biến Hall, cuộn dây đo từ trường, hoặc một bộ

quan sát (phương pháp không dùng encoder)

IFOC dùng các cảm biến cơ học để xác định vị trí

(encoder vị trí/tuyệt đối) hoặc tốc độ của trục máy (máy

phát tốc hoặc encoder tương đối), từ đó xác định góc quay

Tính toán đị nh h ướ ng tr ườ ng

7 Bài giảng 5

Mô hình định hướng trường tổng quát được dùng để

phát triển khái niệm bộ điều khiển tổng quát

C ấ u trúc b ộ điề u khi ể n

Bộ điều khiển tổng quát UFO

tính toán ra các giá trị cần thiết

của i*

sd và i*

sq, dựa vào yêu cầu mômen T*

e và từ thông ψ∗

M

Bộ tính toán CFO xác định

góc quay cần thiết của hệ tọa

độ θ*

M, và ước lượng giá trị của

từ thông thực ψM

C ấ u trúc c ủ a module UFO

9 Bài giảng 5

Việc tính toán gián tiếp thông tin góc quay của hệ tọa độ

tham chiếu được dựa vào:

IFOC v ớ i c ả m bi ế n t ố c độ ho ặ c v ị trí

Với cảm biến vị trí

Với cảm biến tốc độ

DFOC v ớ i c ả m bi ế n t ừ thông (Hall)

11 Bài giảng 5

DFOC v ớ i c ả m bi ế n t ừ thông (Hall)

Sơ đồ khối thể hiện vòng điều khiển tốc độ, cùng với

các bộ điều khiển dòng điện để xác định hai thành phần

điện áp tương ứng Mô hình bộ nghịch lưu và động cơ

không được thể hiện trong sơ đồ này

DFOC v ớ i cu ộ n dây đ o t ừ thông

13 Bài giảng 5

DFOC v ớ i c ả m bi ế n đ i ệ n áp và dòng điệ n

Từ thông stato cũng có thể được xác định từ:

Điện áp stato chứa nhiễu do chuyển mạch, và điện trở

stato thay đổi theo nhiệt độ là những yếu tố cần chú ý

s s s

s

i R

u dt

−

=

ψ

DFOC v ớ i c ả m bi ế n dòng đ i ệ n và t ố c độ

Sự thay đổi của LM do bão hòa hay sai số đo đạc tốc độ

có thể ảnh hưởng đến độ lớn của từ thông ước lượng, đặc

biệt ở tần số trượt thấp

15 Bài giảng 5

Nh ữ ng gi ớ i h ạ n v ậ n hành v ớ i RFOC

RFOC v ớ i b ộ ngh ị ch l ư u ngu ồ n dòng

17 Bài giảng 5

RFOC v ớ i b ộ ngh ị ch l ư u ngu ồ n áp (xem tài li ệ u)

RFOC gián ti ế p (ngu ồ n: Texas Instruments)