Tổng hợp bộ điều khiển véc tơ động cơ không đồng bộ ứng dụng lý thuyết điều khiển mờ

Đây là luận văn cao học kỹ thuật về tự động hóa: Ứng dụng lý thuyết mờ để tổng hợp thuật toán điều khiển thích nghi cho bộ điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha điều khiển véc tơ, gồm 3 chương:Chương 1: Hệ TDD động cơ không đồng bộ ba pha điều khiển véc tơChương 2: Bộ điều khiển mờChương 3: Nghiên cứu hệ truyền động động cơ KĐB ba pha điều khiển véc tơ với bộ điều khiển mờ thích nghi

4 Tổng hợp điều khiển véctơ động không ®ång bé øng dơng lý thut ®iỊu khiĨn mê Ln văn thạc sĩ kỹ thuật Mở ĐầU Bên cạnh dạng truyền động dùng thủy lực, khí nén, truyền động điện đợc sử dụng vô rộng rÃi đà trở thành khâu chấp hành thiếu trình tự động hóa Với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, u thÕ viƯc ®iỊu khiĨn trun ®éng ®iƯn mét chiỊu so với truyền động điện xoay chiều đà không vấn đề quan trọng Tuy nhiên đứng góc độ kỹ thuật điều khiển, động xoay chiều đối tợng có mối quan hệ phi tuyến nên việc điều khiển gặp nhiều khó khăn so với động điện chiều, đòi hỏi phải xử lý nhiều thuật toán phức tạp liên quan đến việc thiết kế cấu trúc phần cứng Với thành công nghiên cứu ứng dụng thuật toán điều khiển véc tơ loại động điện xoay chiều ba pha (ĐCXCBP) đà cho phép mô hình hóa loại động dạng mô hình động điện chiều Điều cho phép nâng cao chất lợng động học hệ thống với hỗ trợ vi xử lý tốc độ cao Để nâng cao chất lợng điều khiển hệ truyền động điện xoay chiều, đặc biệt đối tợng điều khiển động không đồng (KĐB) ba pha roto lồng sóc, cấu trúc điều khiển kinh điển ứng dụng ngày rộng rÃi kỹ thuật điều khiển đại, điều khiển thông minh Một kỹ thuật điều khiển thông minh việc ứng dụng lý thuyết điều khiển mờ mạng nơron để xây dựng thuật toán điều khiển thiết kế cấu trúc phần cứng Những kết ban đầu cho thấy chất lợng điều khiển, điều chỉnh đà đợc cải thiện nâng lên rõ rệt Tuy nhiên lĩnh vực mẻ nớc ta, đặc biệt hệ truyền động sử dụng động KĐB ba pha Chính lý đó, để góp phần bổ sung, củng cố sở khoa học, khẳng định tính u việt hệ điều khiển thông minh ứng dụng vào việc thiết kế điều khiển, đà chọn đề tài Tổng hợp điều khiển véctơ động không đồng ứng dụng lý thuyết điều khiển mờ Nội dung nghiên cứu đề tài nghiên cứu cấu trúc thuật toán xây dựng điều khiển mờ kết hợp với lý thuyến điều khiển thích nghi để tổng hợp bé ®iỊu khiĨn cho hƯ trun ®éng ®iƯn xoay chiỊu sử dụng động KĐB ba pha điều khiển véc tơ Để phục vụ cho mục đích nghiên cứu, luận văn sử dụng phần mềm Matlab - Simulink để xây dựng mô hình hoá mô hệ thống điều khiển Đây công cụ mạnh, đắc lực việc nghiên cứu nhiều lĩnh vực khác có khả ứng dụng vào việc nghiên cứu mô hệ truyền động động xoay chiều Bố cục luận văn đợc chia thành chơng nh sau: Chơng 1: Hệ truyền động điện động không ®ång bé ba pha ®iỊu khiĨn vÐc t¬ Trong ch¬ng trình bày sở xây dựng phơng trình mô tả động không đồng ba pha, phơng pháp biểu diễn véctơ không gian trạng thái; xây dựng thuật toán, mô hình hóa động không đồng ba pha hệ tọa độ không gian; phép chuyển hệ tọa độ, sở đa c¸c kÕt ln vỊ tÝnh u viƯt biĨu diễn động không đồng hệ tọa độ tựa hớng từ thông rotor dựa sở tài liệu [5], [6], [8], [9], [18] Chơng 2: Bộ điều khiển mờ Chơng trình bày khái quát lý thuyết điều khiển mờ, cấu trúc mô hình bé ®iỊu khiĨn mê, øng dơng bé ®iỊu khiĨn mê ®Ĩ tỉng hỵp bé ®iỊu khiĨn trun ®éng ®iƯn sư dụng động không đồng ba pha điều khiển véctơ dựa vào lý thuyết điều khiển mờ điều khiển thích nghi tài liệu [11], [12], [13], [15], [16], [20] Chơng 3: Nghiên cứu động học hệ truyền động động không đồng ba pha với điều khiển mờ Đề tài đa giải pháp ứng dụng lý thuyết điều khiển mờ kết hợp với thuật toán điều khiển thích nghi để xây dựng cấu trúc tổng hợp điều khiển mờ thích nghi cho cấu trúc động học động KĐB ba pha điều khiển véc tơ Các cấu trúc cấu trúc mạch điều khiển đợc ghép nối với mô hình động điều khiển véc tơ không làm ảnh hởng tới cấu trúc thuật toán mạch vòng điều chỉnh Điều đợc lý giải nh sau: - Điều khiển véc tơ giải pháp xây dựng mô hình động KĐB ba pha dới dạng động điện chiều, có cấu trúc thuật toán đơn giản, điều khiển đạt chất lợng tèt Trong thùc tÕ ®ang cã xu híng sư dơng hệ truyền động động KĐB ba pha điều khiển véctơ dùng biến tần để thay cho hệ truyền động điện chiều - Để đơn giản hóa cấu trúc phần cứng nh thuật toán xây dựng mà bảo đảm nâng cao chất lợng làm việc hệ thống truyền động sử dụng động KĐB ba pha điều khiển véctơ, việc sử dụng điều khiển mờ mạch điều chỉnh giải pháp có hiệu quả, tính kinh tế cao vấn đề khoa học có tính thực tiễn Trên sở đó, luận văn sử dụng phần mềm MatLab Simulink để tổng hợp điều khiển mạch vòng điều chỉnh từ thông rotor vòng điều chỉnh tốc độ hệ truyền động động KĐB ba pha So sánh kết thu đợc đánh giá tính thích nghi điều khiển mờ Trong trình thực luận văn, điều kiện học tập từ xa, thời gian thực ngắn, bên cạnh thân nhiều hạn chế hiểu biết kinh nghiệm vận hành hệ thống nên nội dung nghiên cứu đề cha đợc giải triệt để tối u Chơng Hệ TRUYềN động điện động không đồng ba pha điều khiển véctơ 1.1 Xây dựng phơng trình động không đồng ba pha Động không đồng (KĐB) ba pha có cấu tạo theo hai dạng rotor lồng sóc rotor dây quấn Do đặc điểm cấu trúc loại động KĐB ba pha rotor lång sãc nh cã kÝch thíc nhá, dƠ chế tạo, làm việc tin cậy so với loại rotor dây quấn, đồng thời u khả dễ điều khiển - điều chỉnh động KĐB ba pha rotor dây quấn không ý nghĩa thực tiễn Vì vậy, thực tế hệ truyền động điện xoay chiều ba pha sử dụng chủ yếu loại động KĐB ba pha rotor lồng sóc Với lý nêu trên, toàn nội dung đề tài đề cập đến loại động Bên cạnh đó, động KĐB ba pha với rotor lồng sóc hay rotor dây quấn nghiên cứu động học quy đổi rotor dây quấn đẳng trị, đồng thời quy đổi mạch stator, số vòng dây quấn pha sau chuyển đổi [18] Nh vậy, nhóm cuộn dây động thực tế đợc đẳng trị thành mô hình vật lý động KĐB ba pha nh biểu diễn hình 1.1 Hình 1.1 Mô hình vật lý động KĐB ba pha Để nghiên cứu động học động KĐB ba pha cần xây dựng mô hình toán học Víi cÊu tróc ba pha bè trÝ lƯch vỊ không gian lệch pha thời gian tơng ứng 1200, động KĐB đợc cấp nguồn điện ba pha vào dây quấn stator, mô hình toán học động KĐB ba pha khác hoàn toàn so với mô hình toán học động điện chiều Trong động KĐB ba pha, thông số động có quan hệ chặt chẽ với Sự thay đổi thông số dẫn đến làm thay đổi thông số khác Chính lý đó, mô hình toán học động KĐB mô hình nhiều biến Hay nói cách khác, động KĐB ba pha đợc coi phần tử phi tuyến đa thông số với quan hệ đợc biểu diễn nh hình 1.2 us, is, fs ur, ir, fr Me Rs, Rr §C θ Ls, Lr KĐB pc s Mc Hình 1.2 Mô hình đơn giản động không đồng Các tín hiệu vào us, is, fs tơng ứng điện áp (V); dòng điện (A); tần số (Hz) pha mạch stator; ur, ir, fr điện áp (V), dòng điện (A), tần số (Hz) pha mạch rotor; Rs, Rr - điện trở (ôm); Ls, Lr - điện cảm (Henry) dây quấn cuộn dây pha stator rotor; pc- số đôi cực máy; Me, Mc - mômen điện từ mômen cản (Nm); , - vị trí góc (radian) tốc độ góc (radian/s) rotor; stốc độ trợt tơng đối rotor Các đại lợng điều khiển thờng chọn u, i, f; Các đại lợng Me, , , s Các đại lợng Rs, Rr, Ls, Lr tham số mô hình Khi xây dựng mô hình động KĐB, tài liệu [1], [2], [5], [6], [18] đa giả thiết sau: - Các giá trị điện trở điện cảm (Rs , Ls, Rr, Lr) đợc coi không đổi -Trục hình học cuộn dây phân bố stator lệch góc không gian 2/ (radian) - Động KĐB ba pha, cuộn dây rotor tơng ứng với pha Các cuộn dây rotor lệch góc hình học nh cuộn dây pha stator - Bỏ qua tổn hao sắt từ bÃo hoà mạch từ - Các tham số mạch rotor đợc qui đổi stator - Từ trờng phân bố dạng hàm sin theo kh«ng gian däc theo chu vi khe hë tõ động 10 Từ sở phân tích nh ta tiến hành xây dựng phơng trình động KĐB ba pha biểu diễn mối quan hệ điện từ máy 1.1.1 Phơng trình điện áp Ta xây dựng phơng trình cân điện áp pha động dựa sở sơ đồ nguyên lý tổng quát động KĐB ba pha nh biểu diễn hình 1.1 Khi đặt điện áp xoay chiều ba pha với biên độ U s, biến thiên với tần số fs vào ba cuộn dây pha stator động tơng ứng dây quấn stator có dòng điện Is với tần số fs mạch cuộn dây rotor có dòng I r với tần số fr chạy qua Các dòng điện tơng ứng sinh thành phần từ trờng chạy máy điện làm cảm ứng sức điện động tơng ứng Dựa vào định luật Kiêchôp ta thiết lập phơng trình cân điện áp cuộn dây stato rôto theo [18] - Phơng trình cân điện áp dây quÊn stato: dψ su  u su = R U i su + dt  dψ sv  u sv = R V i sv + dt  dψ sw  u sw = R W i sw + dt (1.1a) - Phơng trình cân điện áp dây quấn rotor đà chuyển đổi mạch stator: dψ ru  u = R i + =0 ru u ru  dt  dψ rv  =0 u rv = R v i rv + dt  dψ rw  u rw = R w i rw + dt = (1.1b) Trong phơng trình (1.1a) (1.1b) chứa điện áp, dòng điện, từ thông tức thời stato rôto nh điện trở cuộn dây Với giả thiết đà nêu ta có R U = RV = RW = Rs (Rs điện trở cuộn dây stato), Ru= Rv = Rw = Rr (Rr điện trở cuộn dây rôto) 1.1.2 Phơng trình từ thông 11 Từ thông toàn phần cuộn dây pha động KĐB ba pha đợc hình thành tợng tự cảm hỗ cảm mạch Thành phần từ thông tự cảm dòng điện chạy qua pha tạo thành, thành phần từ thông hỗ cảm dòng điện cuộn dây pha khác có quan hệ tơng hỗ với tạo nên Định luật Ampe biểu diễn mối liên hệ từ thông tổng cuộn dây với dòng điện chạy qua cuộn dây - Đối với stato: su = L UU i su + L UV i sv + L UW i sw + L Uu i ru + L Uv i rv + L Uw i rw  ψ sv = L VU i su + L VV i sv + L VW i sw + L Vu i ru + L Vv i rv + L Vw i rw ψ = L i + L i + L i + L i + L i + L i WU su WV sv WW sw Wu ru Wv rv Ww rw  sw (1.2a) - §èi víi r«to: ψ ru = L uU i su + L uV i sv + L uW i sw + L uu i ru + L uv i rv + L uw i rw  ψ rv = L vU i su + L vVi sv + L vWi sw + L vui ru + L vvi rv + L vw i rw ψ = L i + L i + L i + L i + L i + L i wU su wV sv wW sw wu ru wv rv ww rw rw (1.2b) Trong phơng trình trên, LUU, LVV, LWW, Luu, Lvv, Lww điện cảm tự cảm cuộn dây, lại điện cảm hỗ cảm cuộn dây pha tơng ứng mạch stator rotor Trong thực tế, từ thông toàn phần động gồm có từ thông rò từ thông hỗ cảm: - Từ thông rò hay gọi từ thông tản bao quanh nhóm cuộn dây pha mà không xuyên qua khe hở không khí lõi thép stator rotor (khe hở từ) Thành phần từ thông rò thành phần thứ yếu Ta gọi điện cảm tản tơng ứng với thành phần từ thông rò pha stator L s pha rotor Lr (do tính chất đối xứng pha, nên điện cảm tản pha chúng nhau) Độ lớn từ thông rò hầu nh không đổi không phụ thuộc hình dáng khe hở từ - Từ thông hỗ cảm hay gọi thành phần từ thông (thành phần chủ yếu) xuyên qua khe hở từ làm cảm ứng sức điện động hỗ cảm Ta gọi điện cảm tơng ứng với thành phần từ thông hỗ cảm phía cuộn dây stator Lms phía cuộn dây rotor Lmr Vì xây dựng phơng trình cần quy đổi mạch rotor mạch stator theo nguyên tắc số vòng dây quấn pha mạch rotor stator phải từ thông hỗ cảm cuộn dây 12 qua khe hở víi tõ trë lµ nh [1], [2], [18] nªn ta cã thĨ coi Lms = Lmr = Lm Nh vậy, cuộn dây pha ta có: - Hệ số tự cảm cuộn dây pha: + Mạch pha stator: L UU = L VV = L WW = Ls = L m + Lσs (1.3a) + M¹ch pha rotor: L uu = L vv = L ww = L r = L m + L σr (1.3b) - Hệ số hỗ cảm cuộn dây pha: + Hỗ cảm nội cuộn dây pha stator hc rotor: L UV = L VW = L UW = L VU = L WV = L WU = L m cos(120 ) = − L m (1.4a) L uv = L vw = L uw = L vu = L wv = L wu = L m cos(120 ) = − L m (1.4b) + Hỗ cảm cuộn dây pha cđa stator víi rotor: L Uu = L uU = L vV = L Vv = L Ww = L wW = L m cos θ (1.5a) L Uv = L vU = L Vw = L Wv = L Wu = L Uw = L m cos(θ + 1200 ) (1.5b) L uV = L Vu = L vW = L Wv = L wU = L Uw = L m cos(θ − 120 ) (1.5c) 1.1.3 Ph¬ng trình mômen Định luật II Niutơn biểu diễn cân mômen trục động cơ: J d = M − Mc p c dt (1.6) Trong ®ã: J (Kg.m2) mômen quán tính trục động có tính đến quán tính thân động nh quán tính cấu làm việc hộp giảm tốc quy đổi trục động cơ; (rad/s) vận tốc góc điện động cơ; pc số đôi cực động cơ; M c (N.m) mômen cản cấu làm việc quy đổi trục động cơ, trờng hợp tổng quát hàm tốc độ góc quay Định luật Lenxơ biểu diễn mối liên hệ véc tơ mômen, từ thông tổng dòng điện [5], [6], [8], [9], [20], [23]:        (1.7) M =K(ψ ×i ) = p c (ψ s × is ) = − p c (ψ r ì ir ) 2 1.2 Véctơ không gian đại lợng ba pha động không đồng 13 1.2.1 Xây dựng véctơ không gian Trong phơng pháp mô tả toán học động điện xoay chiều nói chung động KĐB nói riêng, phơng pháp sử dụng biểu diễn véc tơ không gian có nhiều u điểm Phơng pháp đơn giản cho phép giảm bớt số phơng trình hệ phơng trình đà đa trên, đồng thời phơng pháp cho phép phơng trình (1.1) đến (1.7) nằm hệ thống với véc tơ biến trạng thái Bản chất phơng pháp là: Các giá trị tức thời biến trạng thái ba pha đối xứng (điện áp, dòng điện, từ thông tổng) biến đổi toán học cho chúng biểu diễn véc tơ không gian Xét biểu diễn véc tơ không gian đại lợng dòng điện stator: Ba dòng điện hình sin phía mạch stator i su, isv, isw động KĐB ba pha đấu theo kiểu hình Y dây trung tính theo [5], [6], [8], [9] cã quan hÖ: isu(t) + isv(t) + isw(t) = (1.8) Trong dòng điện thoả mÃn công thức sau: isu(t) = is  cos (ωst) isv(t) = is  cos (ωst + 1200) isw(t) = is  cos (ωst+ 2400) (1.9) VÒ phơng diện mặt phẳng học, động xoay chiều ba pha (ĐCXCBP) có ba cuộn dây lệch góc 120 Nếu mặt cắt ta thiết lập hệ toạ độ phức với trục thực qua trục cuộn dây U động cơ, ta xây dựng véc tơ không gian sau đây: is (t) = 0 i su ( t ) + i sv ( t ).e j120 + i sw ( t ).e j240 = i s e jγ (1.10) 90 Trờng hợp 3: Nghiên cứu ảnh hởng hàm liên thuộc biến mờ đầu vào điều khiển mờ e1, e2: Dạng hàm giá trị hàm liên thuộc biến mờ đầu vào ĐKM định trị số (e, e) quy luật điều chỉnh ĐKM Đối với hàm liên thuộc Gauss, tham số i thể độ rộng hàm nên có vai trò quan trọng liên quan đến chế độ làm việc ổn định hệ thống đây, xét trờng hợp thay đổi giá trị tham số i biến mờ e2 (xem bảng 3.4), tham số khác giữ không đổi (các hệ số c i biến e1 e2 giữ không đổi; = 25; pn = [0.5; 0.5]) Bảng 3.4 Giá trị tham số hàm Gauss ci, i Tham số [i ci] MiÒn i (1) (2) (3) (4) (5) BiÕn e1 [1 -1] [1 -0.5] [1 0] [1 0.5] [1 1] BiÕn e2 [1 -1] [1 -0.5] [1 0] [1 0.5] [1 1] Kết mô đáp ứng tốc độ động cơ: a Biến tần nguồn áp b Biến tần nguồn dòng Hình 3.25 Đáp ứng tốc độ động thay đổi tham số hàm liên thuộc Nh giảm hệ số i từ giá trị xuống giá trị ta thấy đáp ứng tốc độ xác lập rơi vào trạng thái ổn định 3.3.3.2 Nghiên cứu khả thích nghi ĐKM với thay đổi thông số mô hình đối tợng Nội dung nghiên cứu phần nhằm mục đích khảo sát ảnh hởng thay đổi thông số Rs, Rr, Ls, Lr nh chất lợng ổn định từ thông động cơ; thay đổi mômen quán tính hệ truyền động; ảnh hởng nhiễu mômen dao động tải hệ học gây đến chất lợng đáp ứng tốc độ hệ thống 91 - Trờng hợp mômen quán tính thay đổi: Mômen quán tính thông số đánh giá mức độ phân bố khối lợng hệ vật Đối với hệ truyền động, ghép động với truyền động phụ tải ta cần quy đổi mômen quán tính khâu trục động Và thực tế, mômen quán tính hệ truyền động thay đổi theo lợng tải học hệ trục Sự thay đổi mômen quán tính có ảnh hởng xấu tới chất lợng điều chỉnh hệ thống Để khảo sát khả thích nghi ĐKM với thay đổi mômen quán tính, ta chọn số giá trị cụ thể J để kiểm chøng kÕt qu¶: 1- J = 0.01 (BTu) 2- J = 0.01 (BTi) 3- J = 0.1 (BTu) 4- J = 0.1 (BTi) Hình 3.26 Đáp ứng tốc độ động hệ số J thay đổi - Trờng hợp hệ số Km thay đổi: Hệ số Km đặc trng cho thay đổi tham số Lr, Ls ổn định từ thông r động Khi mạch từ làm việc non tải Lr, Ls có giá trị lớn r nhỏ Khi mạch từ bị bÃo hòa, r không tăng lên đợc Lr, Ls bị giảm Nếu điều khiển không trì đợc mức độ ổn định từ thông động hệ số Km thay đổi đáng kể Khảo sát thay đổi hệ số K m đến chất lợng đáp ứng tốc độ động qua số trờng hợp cụ thể sau (Định mức Km = 3.52) : 92 1- Km = 2.5 (BTu) 2- Km = 2.5 (BTi) 3- Km = (BTu) 4- Km = (BTi) Hình 3.27 Đáp ứng tốc độ động Km thay đổi - Trờng hợp giá trị điện trở Rs thay đổi: 1- Rs = 0.5 Ω 2- Rs = 1.2 Ω Hình 3.28 Đáp ứng tốc độ động Rs thay đổi (BTu) - Trờng hợp thay đổi giá trị Le: Khi tham số điện cảm động thay đổi dẫn tới thay đổi L e Tuy nhiên, mức độ thay đổi Le không nhiều nên ảnh hởng không lớn đến chất lợng ®éng häc cđa hƯ thèng 93 1- Le = 0.003 H 2- Le = 0.01 H Hình 3.29 Đáp ứng tốc độ động Le thay đổi (BTu) Qua kết mô cho thấy, thay đổi thông số động không làm hệ thống rơi vào chế độ ổn đinh Sự thay ®ỉi ®iƯn trë R s vµ hƯ sè Km cã ảnh hởng lớn đến đáp ứng độ động (thay đổi thời gian đáp ứng độ chỉnh) Tuy nhiên thời gian độ hệ thấp (Từ ữ 4s), độ chỉnh nằm giới hạn cho phép (< 40%), sai số xác lập nhỏ 3.3.3.3 Nghiên cứu khả thích nghi với nhiễu mômen Mô men cản nhiễu nguyên nhân chủ yếu gây nên sai lệch biến đầu so với đại lợng điều khiển đầu vào Nó tồn khách quan, ta làm giảm triệt tiêu ¶nh hëng cđa nã tíi ®éng häc cđa hƯ thèng khử a Biến tần nguồn áp b Biến tần nguồn dòng 94 Hình 3.30 Đáp ứng tốc độ động nhiễu mômen Mnh = a Biến tần nguồn áp b Biến tần nguồn dòng Hình 3.31 Đáp ứng tốc độ động có nhiễu mômen ngẫu nhiên Mnh.max = (N.m); Mc = 30 (N.m) a Biến tần nguồn áp b Biến tần nguồn dòng Hình 3.32 Đáp ứng tốc độ động có nhiễu mômen dạng bậc thang Mnh.max = (N.m); Mc = 30 (N.m) 95 a BiÕn tÇn nguån áp b Biến tần nguồn dòng Hình 3.33 Đáp ứng tốc độ động có nhiễu mômen dạng bậc thang Mnh.max = 10 (N.m); Mc = 30 (N.m) Trong trờng hợp có tác động nhiễu mômen ngoài, ®¸p øng cđa hƯ thèng sÏ thay ®ỉi Víi tÝn hiệu nhiễu nhỏ, đáp ứng tốc độ hệ thống thay đổi không đáng kể Khi tín hiệu nhiễu có giá trị lớn phát sinh dao động với thời gian ngắn Tần số dao động tốc độ phụ thuộc vào tần số dao động nhiễu Trong trờng hợp tín hiệu nhiễu dạng ngẫu nhiên, đáp ứng tốc độ có dao động lớn 3.3.3.4 Nghiên cứu khả bám tốc độ có thay đổi tín hiệu đặt Với hệ truyền động điện khác có yêu cầu khác quy luật thay đổi tốc độ động theo giá trị mômen cản trục Để nghiên cứu tính đáp ứng này, ta chọn số hàm tốc độ đặc trng để khảo sát khả bám tốc độ điều khiển tín hiệu đặt có dạng biến đổi - Khả bám tốc độ trờng hợp cha điều chỉnh tham số ĐKM hệ số Kđc, Kph: 96 a Biến tần nguồn áp b Biến tần nguồn dòng Hình 3.34 Đáp ứng tốc độ tín hiệu đặt Xv = 15t a Biến tần nguồn áp b Biến tần nguồn dòng Hình 3.35 Đáp ứng tốc độ tín hiệu đặt Xv có dạng bậc thang a Biến tần nguồn áp b Biến tần nguồn dòng 97 Hình 3.36 Đáp ứng tốc độ tín hiệu đặt Xv = 150sint(0,4t) a Biến tần nguồn áp b Biến tần nguồn dòng Hình 3.37 Đáp ứng tốc độ tín hiệu đặt Xv = t2 - Khả bám tốc độ trờng hợp điều chỉnh tham số ĐKM hệ số Kđc, Kph: a K®c = 1.5 (BTu) b K®c = 1.8 (BTi) Hình 3.38 Đáp ứng tốc độ điều chỉnh hệ sè K®c (Xv = 15t) 98 a K®c = 1.8 (BTu) b Kđc = 1.8 (BTi) Hình 3.39 Đáp ứng tèc ®é ®iỊu chØnh hƯ sè K®c víi Xv = 150sint(0,4t) a K®c = 1.8; γ = 80 (BTu) b K®c = 1.8; Kph = 0.01; γ = 80 (BTi) Hình 3.40 Đáp ứng tốc độ điều chỉnh K®c, Kph, γ víi Xv = 150sint(0,4t) KÕt ln: Khi khởi động phát sinh xung tốc độ có trị số lớn Sau khoảng thời gian ngắn (dới 3s), tín hiệu bám đợc tín hiệu vào với sai số xác lập nhỏ Tuy nhiên với tín hiệu đặt có tần số dao động lớn phát sinh dao động tốc độ đáp ứng ngõ (trờng hợp sử dụng biến tần nguồn dòng) 99 Để nâng cao chất lợng đáp ứng tốc độ theo tín hiệu đặt, kết hợp điều chỉnh hệ số thích nghi ĐKM hệ số điều chỉnh K đc, hệ số phản hồi tốc độ Kph Kết mô cho thấy, tín hiệu đầu bám tốt với tín hiệu đầu vào với sai số xác lập nhỏ, dao động tốc độ xác lập không xảy 3.3.3.5 Kết luận chung Kết thu đợc mô hai mô hình động học vòng điều chỉnh tốc độ động KĐB ba pha điều khiển mờ cho thấy: - Xuất phát ban đầu mô hình đối tợng đơn giản, điều khiển tổng hợp theo thuật toán thích nghi mờ lắp ghép với mô hình chấp nhận thực, đà chứng tỏ khả thích nghi với mô hình Với giá trị hệ số , gắn với hai mô hình động học khác (BTu BTi) chất lợng đáp ứng tốc độ chế độ xác lập nh - Bộ điều khiển thích nghi mờ có khả thích nghi đợc với thay đổi mô hình, thích nghi với thay đổi tham số đối tợng biến động tải Với đối tợng có mô hình thay đổi, cần hiệu chỉnh tham số , Kđc, Kph thích hợp thỏa mÃn phiếm hàm chất lợng ®éng häc cđa hƯ C¸c hƯ sè lùa chän n»m giới hạn tơng ứng với mô hình thực hệ Việc lựa chọn thực nhờ hiệu chỉnh trực tuyến hệ thực Giá trị lựa chọn phải vào thời gian độ, dáng điệu hàm độ tiến tới xác lập tốc độ động - Với tác động nhiễu mômen cản bất định có giá trị nhỏ, đáp ứng hệ thống thay đổi không đáng kể Tuy nhiên, giá trị nhiễu lớn, đặc biệt nhiễu biến động với tần số lớn có ảnh hởng đáng kể đến chất lợng hệ; khả thích nghi ĐKM rõ nét Tuy nhiên, xét góc độ thực tế vòng điều chỉnh tốc độ, thông tin tốc độ có mức độ biến đổi nhanh, bị ảnh hởng trực tiếp có tác động đột biến từ bên nh thay đổi tham số cấu trúc đối tợng Tính thích nghi điều khiển với nhiễu mômen cản với kết mô chấp nhận đợc - Chất lợng động học hệ sử dụng điều khiển mê thÝch nghi thĨ hiƯn râ nhÊt b¸m víi tác động điều khiển đầu vào biến đổi Với điều khiển PID kinh điển, sai số góc trình bám đạt đợc điều chỉnh hai hệ 100 số khuếch đại sai lệch phản hồi tốc độ Với hệ sử dụng điều khiển mờ thích nghi, hai hệ số trên, thực hiệu chỉnh hệ số thích nghi Khả lựa chọn để đáp ứng chất lợng động học hệ thống rộng 3.4 Nghiên cứu khả thích nghi mô hình mờ với đối tợng điều khiển Thông thờng phơng pháp điều khiển kinh điển (PID), điều khiển đợc dùng cho đối tợng điều khiển định Khi áp dụng cho đối tợng khác cần điều chỉnh lại tham số điều khiển cho thích hợp bảo đảm chất lợng điều khiển tốt Để nghiên cứu khả thích nghi điều khiển mờ theo đối tợng điều khiển khác nhau, đề tài sử dụng điều khiển mờ ghép nối với hai động KĐB ba pha điều khiển véc tơ có thông số khác Thông số động thay đợc dùng để nghiên cứu có thông số nh bảng 3.5 Bảng 3.5 Thông số động KĐB ba pha rotor lồng sóc thay STT Các thông số K.hiệu Đơn vị tính Giá trị Công suất ®Þnh møc P®m KW 10 Tèc ®é ®Þnh møc nđm Vòng/phút 1460 Dòng điện định mức Iđm A 20,5 Điện áp pha định mức Uđm V 230 Tần số định mức fđm Hz 50 Số pha Số đôi cực pc Hệ số công suất 0,83 cos Rs Điện trở dây quấn stator 0,05 Rr 10 Điện trở dây quấn rotor 0,039 Wb 11 Từ thông rotor định mức 1,15 r.đm 12 Hỗ cảm stator rotor Lm H 0,0065 13 Điện cảm dây quấn stator Ls H 0,0145 14 Điện cảm dây quấn rotor Lr H 0,0145 H 15 Điện cảm tản stator 0,008 Ls 16 Điện cảm tản rotor H 0,008 Lr 17 Mômen quán tính động J KGm 0,525 18 Hệ số ma s¸t F N.m.s 0.0102 19 H»ng sè thêi gian rotor Tr s 0,37 20 Điện cảm tơng đơng Le H 0,0116 3.4.1 Nghiên cứu khả thích nghi điều khiển mờ kênh điều chỉnh từ thông rotor 101 Trờng hợp 1: Giữ nguyên cấu trúc thông sè bé §KM thÝch nghi, hƯ sè γ = 150 giữ nguyên hệ số điều chỉnh K đc Chọn giá trị từ thông đặt từ thông định mức động r = đm = 1.15 Vebe Sơ đồ mô sử dụng phần mềm Matlab - Simulink đợc trình bày cụ thể phụ lục với động đợc chọn nghiên cứu đối tợng áp dụng cho mô hình sử dụng biến tần nguồn áp biến tần nguồn dòng Khảo sát kết mô phỏng: a Biến tần nguồn áp (Kđc = 1.5) b Biến tần nguồn dòng (Kđc = 2) Hình 3.41 Đáp ứng từ thông rotor với ĐKM ( = 150) Trờng hợp 2: Thay đổi hệ số ®iỊu chØnh K ®c cho phï hỵp víi cÊu tróc hai mô hình động sử dụng biến tần nguồn dòng biến tần nguồn áp Kết mô đạt đợc nh hình (3.43) a Biến tần nguồn áp (Kđc = 1.8) b Biến tần nguồn dòng (Kđc = 38) Hình 3.42 Đáp ứng từ thông rotor víi bé §KM (γ = 150) Nh vËy, qua hai trờng hợp đà xét cho thấy sử dụng ĐKM áp dụng cho hai đối tợng điều khiển khác nhau, hệ thống cho chất lợng làm việc tốt 102 Vì động có thông số khác nên để đáp ứng độ đợc tối u, cần chỉnh hệ số điều chỉnh Kđc cho phù hợp với mô hình đối tợng Qua ví dụ nghiên cứu, xét riêng kênh điều chỉnh từ thông rotor động kết cho thấy, ĐKM có khả thích nghi với đối tợng điều khiển khác 3.4.2 Nghiên cứu khả thích nghi điều khiển mờ kênh điều chỉnh mômen Trờng hợp 1: Giữ nguyên cấu trúc thông sè bé §KM thÝch nghi víi hƯ sè γ = 25 giữ nguyên hệ số điều chỉnh Kđc nh đối tợng đà xét Sơ đồ mô sử dụng phần mềm Matlab - Simulink đợc trình bày cụ thể phụ lục với động đợc chọn nghiên cứu đối tợng áp dụng cho mô hình sử dụng biến tần nguồn áp biến tần nguồn dòng Kết mô phỏng: a Biến tần nguồn áp b Biến tần nguồn dòng Hình 3.43 Đáp ứng từ thông rotor với ĐKM ( = 25, Kđc = 3) - Trờng hợp 2: Điều chỉnh hệ số Kđc, Kph hai mô hình đối tợng sử dụng BTu BTi: 103 a Biến tần nguồn áp (Kđc = 1.6) b Biến tần nguồn dòng (Kđc =4) Hình 3.44 Đáp ứng tốc ®é thay ®ỉi hƯ sè ®iỊu chØnh K®c (Kph = 0.05) a K®c = 0.2; Kph = 0.01 (BTu) b Kđc = 12; Kph = 0.5 (BTi) Hình 3.45 Đáp ứng tốc độ thay đổi hệ số ®iỊu chØnh K®c, Kph Nh vËy trªn kªnh ®iỊu chØnh mômen với việc sử dụng ĐKM nh kết cho thấy điều khiển mờ bảo đảm đợc chế độ làm việc ổn định hệ thống với thời gian độ nhỏ, sai số xác lập thấp Với việc điều chỉnh hệ số khuếch đại tín hiệu điều khiển điều chỉnh hệ số phản hồi tốc độ phù hợp với mô hình đối tợng cho kết đáp ứng hệ thống tối u 104 Kết luận chơng Qua nội dung nghiên cứu cấu trúc động học hệ truyền động điện sử dụng động KĐB ba pha điều khiển véc tơ, luận văn đà đa phơng án dùng điều khiển mờ sử dụng thuật toán điều khiển thích nghi để tổng hợp ®iỊu khiĨn, thay thÕ cho bé ®iỊu khiĨn PID kinh điển đà đạt đợc kết sau đây: - CÊu tróc bé ®iỊu khiĨn mê thÝch nghi cho phÐp tổng hợp điều khiển đà thỏa mÃn phiếm hàm mục tiêu mà không cần phải nhận dạng xác mô hình đối tợng - Luật chỉnh định thích nghi đợc xây dựng sở bảo đảm tính ổn định tiệm cận theo phơng pháp trực tiếp Lyapunov, nên lời giải bảo đảm tính ổn định hệ thống Bé ®iỊu khiĨn mê thÝch nghi ®· thĨ hiƯn râ nét khả thích nghi với thay đổi tham số đối tợng, thay đổi cấu trúc động học đối tợng nh khả thích nghi với đối tợng điều khiển - Tham số điều khiển chỉnh định dễ dàng bảo đảm chế ®é lµm viƯc tèi u cđa hƯ thèng cã thay đổi tham số mô hình, thay đổi cấu trúc động học đối tợng nh ảnh hởng tác động nhiễu lên hệ thống Điều cho phép tạo vùng điều chỉnh rộng điều khiển mà không cần thay đổi cấu trúc phần cứng hệ thống - Phơng pháp tổng hợp đơn giản, không đòi hỏi phải biết xác mô hình đối tợng Điều đợc chứng minh thuật toán kết thực nghiệm mô Tính chất điều khiển mờ có ích tổng hợp hệ thống phi tuyến, khó xác định đợc mô hình động học đối tợng có mô hình đối tợng nhng không đầy đủ đòi hỏi chất lợng làm việc tốt - Phơng pháp tổng hợp điều khiển mờ thích nghi xây dựng đợc hoàn toàn áp dụng cho đối tợng hệ truyền động điện biết mô hình động học đơn giản hệ tiêu kỹ thuật cần đạt đợc điều khiển Kết luận kiến nghị Kết luận a Những nội dung đà đợc giải luận văn Với u điểm cấu trúc thuật toán điều khiển với việc sử dụng linh kiện vi xử lý tốc độ cao, loại động KĐB ba pha ... Chơng 2: Bộ điều khiển mờ Chơng trình bày khái quát lý thuyết điều khiển mờ, cấu trúc mô hình điều khiển mờ, ứng dụng điều khiển mờ để tổng hợp điều khiển truyền động điện sử dụng động không đồng. .. ứng dụng lý thuyết điều khiển mờ kết hợp với thuật toán điều khiển thích nghi để xây dựng cấu trúc tổng hợp ®iỊu khiĨn mê thÝch nghi cho c¸c cÊu tróc ®éng học động KĐB ba pha điều khiển véc tơ. .. điều khiển theo nguyên lý điều khiển mờ, nói cách khác làm cách để tổng quát hóa chúng thành nguyên lý điều khiển mờ chung từ áp dụng cho trình tơng tự Điều khiển mờ chiếm vị trí quan trọng điều