Bài giảng điều khiển máy điện nâng cao bài giảng 7 TS nguyễn quang nam

Bài giảng Điều Khiển Máy Điện Nâng Cao Ước lượng từ thông điều khiển dòng FOC TS Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php nqnam@hcmut.edu.vn Bài giảng Giới thiệu Trước hết, phương pháp ước lượng từ thông rôto khảo sát Ước lượng từ thông rôto thường cần thiết với động KĐB Bài giảng khảo sát sâu phương pháp ước lượng từ thông rô to giới thiệu giảng Bài giảng khảo sát phương pháp điều khiển dòng điện cung cấp cho động thông qua nghịch lưu Bài giảng Ước lượng gián tiếp với cảm biến tốc độ/vị trí Phương pháp giới thiệu giảng 5, lặp lại để đảm bảo tính hệ thống: θ M* = ∫ (ω sl* + ωm )dt Với cảm biến tốc độ θ M* = ∫ (ωsl* )dt + θ m Với cảm biến vị trí Bài giảng Ước lượng gián tiếp với cảm biến tốc độ/vị trí (tt) Trong thực tế, vị trí trục máy tính toán từ cảm biến tốc độ tương đối (incremental encoder) Phương án có ưu điểm điều khiển gián tiếp hoạt động xác tốc độ trục máy Chú ý thay đổi đột ngột mômen dẫn đến thay đổi đột ngột dòng điện isq, đồng thời dẫn đến giá trị cực lớn độ trượt ωsl Do đó, cần có thêm khâu giới hạn tốc độ thay đổi isq Các tham số LM, LσR, Rr ảnh hưởng đến độ xác Bài giảng Ước lượng trực tiếp với cảm biến từ trường Bài giảng Ước lượng trực tiếp với cảm biến từ trường (tt) Từ thông tổng đo được: r ψ m = ψ mα + jψ mβ Từ thông rôto ước lượng: r ψM r = ψ m − (LσS − Lσs )is r Việc ước lượng vị trí từ thông có phức tạp so với trường hợp chọn a = 1, điều khiển lại đơn giản hóa (nhờ Lσr = 0) Sử dụng cảm biến từ trường dẫn đến cấu hình máy phi tiêu chuẩn, vấn đề độ tin cậy cảm biến Bài giảng Ước lượng trực tiếp với cuộn dây stato Bài giảng 7 Ước lượng trực tiếp với cuộn dây stato (tt) Cần tích phân điện áp cảm ứng để có từ thông stato ψs Từ ước lượng từ thông rôto: r ψM r = ψ s − LσS is r Chọn a = Ls/Lm dẫn đến Lσs = 0, ψM ψs, tránh việc phải đo dòng điện stato Sử dụng cuộn dây stato dẫn đến cấu hình máy phi tiêu chuẩn Việc cần tính tích phân điện áp dẫn đến hạn chế phương pháp ứng dụng tần số thấp (đến 0) Bài giảng Ước lượng trực tiếp với cảm biến dòng áp Cần liên tục xử lý dạng sóng điện áp (từ nghịch lưu PWM) để ước lượng từ thông Điện trở stato thay đổi theo nhiệt độ làm việc gây sai số ước lượng, đặc biệt tốc độ thấp, điện áp ngõ nghịch lưu có mức xấp xỉ điện áp rơi Rs Phương pháp không phù hợp với tần số stato = Bài giảng Ước lượng trực tiếp với cảm biến dòng tốc độ Sai lệch giá trị RR, thay đổi LM bão hòa, sai số đo tốc độ ảnh hưởng đến độ xác, đặc biệt tần số trượt nhỏ, ứng với độ lợi tích phân lớn Bài giảng 10 Ước lượng trực tiếp với cảm biến dòng tốc độ Ưu điểm quan sát tránh phải đo điện áp ngõ biến đổi Phương án đặc biệt có ưu tốc độ thấp, độ trượt lớn (sai số đo tốc độ/điện trở rôto không ảnh hưởng lớn) Trong số trường hợp, người ta kết hợp quan sát dựa vào cảm biến dòng điện (ứng với tốc độ thấp) dựa vào cảm biến điện áp (ứng với tốc độ cao) Cần ý đảm bảo chuyển đổi trơn tru hai quan sát (dòng điện/tốc độ điện áp/dòng điện) Bài giảng 11 Kỹ thuật điều khiển dòng Điều khiển dòng thường đặt với nghịch lưu nguồn áp (dạng phổ biến) để tạo hệ dòng điện cần thiết nhằm điều khiển máy điện Bài giảng giới thiệu kỹ thuật tải pha, sau đề cập kỹ thuật tương ứng cho tải pha Bài giảng 12 Giới thiệu khâu trễ Ký hiệu đáp ứng khâu trễ thể Ngõ thay đổi hai trạng thái -1 tùy theo ngõ vào, với độ trễ đáp ứng xác định ε Khi x ≥ ε/2, y = 1, x ≤ -ε/2, y = -1 Khi -ε/2 ≤ x ≤ ε/2, y không thay đổi (đáp ứng trễ) Bài giảng 13 Điều khiển trễ Sơ đồ khối điều khiển trễ (còn gọi điều khiển bang-bang) cho dòng điện thể đây, mục tiêu giữ cho dòng điện i nằm giới hạn i* ± ∆i/2 Bộ so sánh A với khâu hồi tiếp với độ lợi ∆i/2 thực khâu trễ, so sánh B tạo tín hiệu điều khiển khóa công suất nghịch lưu Bài giảng 14 Điều khiển trễ (tt) Dạng sóng điển hình điều khiển trễ dòng điện Bài giảng 15 Điều khiển trễ (tt) Phương pháp điều khiển dòng đơn giản Vì phương pháp quan tâm đến sai lệch dòng điện so với giá trị tham chiếu, nên tần số chuyển mạch thay đổi dải (có thể dẫn đến vấn đề tương thích điện từ) Có thể khắc phục nhược điểm phương pháp điều chế sóng mang (so sánh sai lệch dòng điện với sóng tham chiếu) Bài giảng 16 Điều khiển so sánh sóng mang Sai lệch giá trị tham chiếu giá trị thực dòng điện hiệu chỉnh điều khiển PI, cho so sánh với sóng mang tam giác tạo tín hiệu điều khiển thích hợp cho nghịch lưu i* PI controller Single phase inverter i Bài giảng 17 Điều khiển theo mô hình Giả sử chất tải biết Có thể thiết kế điều khiển để từ sai lệch dòng điện, tính toán điện áp yêu cầu khoảng lấy mẫu, để giảm sai lệch Trong sơ đồ khối đây, ue sức phản điện động (EMF) tải Bài giảng 18 Điều khiển theo mô hình (tt) Dạng sóng điển hình điều khiển số theo mô hình, để ý thời điểm lấy mẫu, sai lệch dòng điện Bài giảng 19 Điều khiển theo mô hình rời rạc hóa Mô hình tải rời rạc hóa, dẫn đến cấu trúc điều khiển Chú ý: khâu vi phân mô hình rời rạc gây ảnh hưởng xấu bị nhiễu Bài giảng 20 Điều khiển dòng tải pha Việc mở rộng phương pháp điều khiển vừa đề cập cho tải pha thường thực với hỗ trợ vectơ không gian, nhờ giảm số bậc tự xuống Bộ điều khiển thực hệ quy chiếu quay đồng bộ, để đơn giản hóa yêu cầu tính toán Có hai kỹ thuật điều khiển dòng pha Thứ nhất, dò tìm quỹ đạo dòng điện thực so sánh với quỹ đạo dòng điện tham chiếu Vectơ sai lệch dòng điện kết hợp điều kiện biên để chọn vectơ điện áp Thứ hai, mở rộng khái niệm điều khiển theo mô hình Bài giảng 21 Điều khiển trễ hệ dòng điện pha Tải bao gồm tổng trở tản sức điện động pha Bộ điều khiển so sánh vectơ dòng điện điều khiển trạng thái đóng ngắt nghịch lưu Bài giảng 22 Điều khiển trễ hệ dòng điện pha (tt) Một phương án thực điều khiển thể Vị trí vectơ từ thông xác định từ vectơ sức điện động ue Bài giảng 23 Điều khiển trễ hệ dòng điện pha (tt) Một “hộp” giới hạn áp đặt vectơ dòng điện thực, so với vectơ dòng điện tham chiếu Nếu đầu mút vectơ sai lệch điện áp vi phạm biên đánh số, có thao tác cụ thể tiến hành (xem slide sau) Bài giảng 24 Điều khiển trễ hệ dòng điện pha (tt) Biên 1: Nếu vectơ tích cực dùng trễ ue, chọn vectơ tích cực ngược chiều kim đồng hồ Biên 2: Kiểm tra vectơ tích cực dùng chuyển sang vectơ gần Biên 3: Nếu vectơ tích cực dùng sớm ue, chọn vectơ tích cực theo chiều kim đồng hồ Biên 4: Kiểm tra vectơ tích cực vừa dùng tái kích hoạt vectơ Bài giảng 25 Điều khiển trễ hệ dòng điện pha (tt) Ví dụ phương pháp dùng hộp giới hạn dòng điện Bài giảng 26 Điều khiển theo mô hình hệ dòng điện pha Cấu trúc điều khiển Bài giảng 27 Điều khiển theo mô hình hệ dòng điện pha (tt) Cấu trúc điều khiển định hướng trường Bài giảng 28 Điều khiển theo mô hình hệ dòng điện pha (tt) Ví dụ đáp ứng điều khiển theo mô hình Bài giảng 29 Điều khiển dòng pha theo mô hình rời rạc hóa Cấu trúc điều khiển Bài giảng 30 [...]... hệ dòng điện 3 pha (tt) Ví dụ của phương pháp dùng hộp giới hạn dòng điện Bài giảng 7 26 Điều khiển theo mô hình hệ dòng điện 3 pha Cấu trúc của bộ điều khiển Bài giảng 7 27 Điều khiển theo mô hình hệ dòng điện 3 pha (tt) Cấu trúc của bộ điều khiển định hướng trường Bài giảng 7 28 Điều khiển theo mô hình hệ dòng điện 3 pha (tt) Ví dụ đáp ứng của bộ điều khiển theo mô hình Bài giảng 7 29 Điều khiển dòng... với quỹ đạo dòng điện tham chiếu Vectơ sai lệch dòng điện kết hợp điều kiện biên để chọn vectơ điện áp Thứ hai, mở rộng khái niệm điều khiển theo mô hình Bài giảng 7 21 Điều khiển trễ hệ dòng điện 3 pha Tải bao gồm tổng trở tản và sức điện động 3 pha Bộ điều khiển so sánh các vectơ dòng điện và điều khiển trạng thái đóng ngắt của bộ nghịch lưu Bài giảng 7 22 Điều khiển trễ hệ dòng điện 3 pha (tt) Một... bộ điều khiển được thể hiện dưới đây Vị trí của vectơ từ thông được xác định từ vectơ sức điện động ue Bài giảng 7 23 Điều khiển trễ hệ dòng điện 3 pha (tt) Một “hộp” giới hạn được áp đặt đối với vectơ dòng điện thực, so với vectơ dòng điện tham chiếu Nếu đầu mút của vectơ sai lệch điện áp vi phạm các biên được đánh số, sẽ có các thao tác cụ thể được tiến hành (xem slide sau) Bài giảng 7 24 Điều khiển. . .Điều khiển dòng của tải 3 pha Việc mở rộng các phương pháp điều khiển vừa đề cập cho tải 3 pha thường được thực hiện với sự hỗ trợ của vectơ không gian, nhờ đó giảm số bậc tự do xuống còn 2 Bộ điều khiển cũng được hiện thực trong một hệ quy chiếu quay đồng bộ, để đơn giản hóa các yêu cầu tính toán Có hai kỹ thuật điều khiển dòng 3 pha Thứ nhất, dò tìm quỹ đạo của dòng điện thực và so... dòng điện 3 pha (tt) Biên 1: Nếu vectơ tích cực hiện dùng trễ hơn ue, chọn vectơ tích cực ngược chiều kim đồng hồ kế tiếp Biên 2: Kiểm tra vectơ tích cực nào đang dùng và chuyển sang vectơ 0 gần nhất Biên 3: Nếu vectơ tích cực hiện dùng sớm hơn ue, chọn vectơ tích cực theo chiều kim đồng hồ kế tiếp Biên 4: Kiểm tra vectơ tích cực nào vừa được dùng và tái kích hoạt vectơ đó Bài giảng 7 25 Điều khiển. .. trường Bài giảng 7 28 Điều khiển theo mô hình hệ dòng điện 3 pha (tt) Ví dụ đáp ứng của bộ điều khiển theo mô hình Bài giảng 7 29 Điều khiển dòng 3 pha theo mô hình rời rạc hóa Cấu trúc của bộ điều khiển Bài giảng 7 30 ... vectơ Bài giảng 25 Điều khiển trễ hệ dòng điện pha (tt) Ví dụ phương pháp dùng hộp giới hạn dòng điện Bài giảng 26 Điều khiển theo mô hình hệ dòng điện pha Cấu trúc điều khiển Bài giảng 27 Điều khiển. .. tạo tín hiệu điều khiển khóa công suất nghịch lưu Bài giảng 14 Điều khiển trễ (tt) Dạng sóng điển hình điều khiển trễ dòng điện Bài giảng 15 Điều khiển trễ (tt) Phương pháp điều khiển dòng đơn... hình hệ dòng điện pha (tt) Cấu trúc điều khiển định hướng trường Bài giảng 28 Điều khiển theo mô hình hệ dòng điện pha (tt) Ví dụ đáp ứng điều khiển theo mô hình Bài giảng 29 Điều khiển dòng pha