Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều không chổi than (Luận văn thạc sĩ)

Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều không chổi than (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều không chổi than (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều không chổi than (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều không chổi than (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều không chổi than (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều không chổi than (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều không chổi than (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều không chổi than (Luận văn thạc sĩ)

Thái Nguyên, ngày 30 tháng 10

ii

v

1

1.1 5

1.2 6

1.2.1 6

1.2.2 7

1.2.3 8

1.2.4 8

1.3 10

1.3.1 10

1.3.2 10

1.4 11

1.4.1 11

1.4.2 16 2.1 24

2.2 29

2.3 31

G DÙNG 3.1 32

3.6 48

CHO BLDC 4.1 49

4.2 52

4.3 53

4.4 53

4.5 55

56

Tài li tham kh 62

BLDC Brushless DC Motor

Back EMF Back Electromotive Force

PID Proportional- Intergral- Derivative

-PI Proportional Integral B i khi t l tích phân

DSP Digital signal processing X lý tín hi s

ZCP Zero Crossing Point Các i m chuy n ti p qua

giá tr 0

HVAC Heating, Ventilation and Air

Conditioning

H th gia nhi , thông gió và i hòa không khíIGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor

cách lyMOSFEET Metal-Oxide Semiconductor Field-

M

cao

- tích phân [9] Trong

v vi nghiên c và th hi gi i pháp i khi n BLDC không s d c

bi mang tính c thi t

-ph ng pháp không dùng

c bi n Ph ng pháp này s d b quan sát quay và v trí

c rotor nh cung c cho các b i khi dòng PWM và b i khi t ,

Thi t k b i u khi t

Mô ph b Matlab/Simulink

Xây d g th nghi

- :

+

quan sát g v trí và t c g c thay cho c bi Hall, gi phá v trí và t quay chính xác t

1.3.1

trên rô to nên

trên rô to

1.7

Hình 1-7

Hình 1-8

h r

K I B U

Nam châm Rô to N

Nam châm

Rô to S

Nam châm Hall

Hình 1-9

Hình 1-10

Hình 1-11

-i g-ian này

-EMF , pha back-

Pnày

M

1.11

back-

-EMF,

Hình 1-15 PWM áp d ng cho thi b chuy n m phía cao c m t bi t

này ta c s d m t thu t toán xác các tín hi g : các tín hi xác

v trí c rotor (gi nh các tín hi c c bi Hall) và tín hi tính toán

t quay c rotor

MÔ HÌNH C BLDC VÀ B BI

Equation Section (Next)

2.1

Trong ch ng này, lu v n s mô t mô hình c h

t thô t ra b các nam châm v c trên stator là hình thang, có nghEMF c g là hình thang (trapezoidal back-EMF) Mô hình c b bi i áp

3 pha và BLDC nh Hình 2-1

Gi thi t r i tr các pha là b nhau, các i c và h c gi các

cu dây là h s Ph ng trình i áp 03 pha có th bi u di b ph ng trình sau y [7]:

Mô hình BLDC s d Matlab/Simulink nh Hình 2-3, trong : cácvào A, B, C là các i n áp vào ba cu dây stator, Tm là mô men t , các ra

là các dòng i stator, back EMF c stator, t quay c rotor, mô men i

Hình 2-7

Mô hình gi mã tín hi c c bi xác EMF c ba pha A,

B, C Mô hình này xác theo b tr thái sau:

Hình 2-9 Minh h b bi i áp c cho BLDC

t ra nh vi m các van IGBT/Diodes, MOSFET/Diodes hoThyr m các van này ta c b gi mã t EMF c ba pha A B C xác quy lu m các van bán d này

Hình 2-10

biê

ng 2 c lu v n tìm hi mô hình c BLDC trên h t stator,

mô hình này th hi qua hai ph n là mô hình ph i và mô hình ph

c Mô hình ph i bi di quan h gi các dòng i và i áp trên các

cu dây c stator, mô hình ph i c xác bi th gi mô men i

sau:

(trapezoidal back-EMF)

Bo chinh luu

4

3 Ctrl

2 Conv.

1 Motor 3

gates m g

V_abc Wm_est

Sa,Sb,Sc Khoi uoc luong vi tri rotor va toc do quay

I_abc V_abc Ta

Tb

Tc Mta Mtb Mtc

Khoi do luong Meas.

V L+

V

L-V +

V Khoi do

Bo dieu khien dong PWM

g A B C +

-Bo bien doi dien ap

m A B C

Tm

BLDC 2

1

SP

<Rotor speed wm (rad/s)>

Matlab/Simulink

0thì

3.2 Kh v trí rotor và tính toán t quay

v trí rotor và t quay, lu v n s d ph ng phápquan sát xác h các back EMF gi các dây v nhau: back - EMF ab, back -EMF bc và back - EMF ca Chính vì v g là back EMF dây (line to line back-EMF) T các EMF này ta s tính toán t quay và các tín hichuy n m cho các pha A, B, C a t các van Mu làm i này ta

s d back EMF c c , vì back EMF không tr ti cho nên ta dùng ph ng pháp quan sát t các dòng i và i áp vào c

Vì i trung tính c BLDC là không có, do v r khó kh n cho vi c xây

d ph ng trình c m t pha, qua u vào ch a bi t c b quan sát githi t b ph ng trình dòng i dây nh sau:

V K là ma tr khu c b quan sát (3.9) N h s khu này

ch phù h , b quan sát (3.9) có th g chính xác back-EMF dây c

c [9] Hình v sau minh h c trúc c b quan sát này

T g quát ta có ph ng trình quan sát c c ba pha nh sau:

ab ab ab

1

2

3 4 5 6

k k k

Ph ng pháp i khi không dùng c bi Hall c ph xác các

th i m chuy n m b các tín hi phát hi ZCP c back EMF dây Tuy nhiên ph ng pháp này không th phát hi ZCP t t quay th , do

gi quy v này ta xây d m t hàm chuy n m nh s d b quan sát back-EMF dây nêu trên, hàm chuy n m

ngh là:

+ Mode 1 và 4: ( )1 bc

ca

e CF

+ Mode 2 và 5: ( )2 ab

bc

e CF

+ Mode 3 và 6: ( )3 ca

ab

e CF

Hình v sau minh h nguyên lý làm vi c hàm chuy n m

rotor có th xác b thu t toán n gi Quan h gi t c rotor vàbiê c back EMF c BLDC nh sau:

Hình 3-5 Quan h gi giá tr g c back EMF dây và g c

back - EMF

trong E là biê back EMF, K là h e s back EMF, e là v t góc

i Nh mô t trên Hình 3-5 biê c back EMF b giá tr

c c back EMF dây Qua t có th tính t biê c back EMF nh sau:

e e

Hình 3-6 Kh g v trí rotor và l g t quay

sát back EMF dây

1 eab,ebc,eca

k6 K(1) k5

K(2) k4 K(1) k3

K(2) k2 K(1)

k1

u(3)-u(1)

ic-ia u(2)-u(3)

ib-ic u(1)-u(2)

1/L

K Ts

K Ts z-1

K Ts z-1

K Ts z-1

K T s z-1

K Ts z-1

2

V_abc

1

I_abc

Hình 3-8 Kh xác d c t

1 Sa,Sb,Sc

double double double

0 -180 -120 60 120 -60

Nguyên lý chuy n m c b i khi dòng iPWM nh sau:

1 If iaer hb then S1là ON and S4là OFF, Va = Vs/2aer< hb then S1là OFF and S4 a= -Vs/2ber S3là ON and S6 b= Vs/2

4 If iber< hb then S3là OFF and S6là ON b= -Vs/2cer S5là ON and S2 c = Vs/2cer< hb then S5là OFF and S2 c= -Vs/2

t : i aer i aref i i a ber, i bref i i b cer, i cref i , V c a, Vb, Vc

NOT NOT NOT

Demux Demux

Convert Convert

Convert Convert

Convert Convert

2

Iabc

1

Iabc*

1( ) ( ) ( ( ) ( ) )

th i 0.5s lên giá tr 11N.m duy trì th i 1.5s sau gi xu 11N.m và duy trì h t th gian mô ph là 2s T quay th c bám theo t

-v sai s l nh là 0.25 vòng/phút trong ph vi t T

th i xu hi mô men t 0.5 s, t quay c rotor gi i c 20 vòng/phút, sau kho th gian 0.1 s, t rotor bám tr l t là 300 vòng/phút T i th i mô men t ti theo (th i m 1.5 s, gi t11N.m xu 11 N.m) khi rotor yên (0 vòng/phút), rotor b kéo quay i

v t c 25 vòng/phút, c sau kho th gian 0.1s roto vàduy trì tr thái yên

Hình 3-14 T quay c rotor và t và t

Hình 3-15 là dòng i các pha c c , vì i u ch r xung PWM cho nên trên hình v cho ta th s c dòng i stator có dxung v r g khác nhau, khi t th r xung càng r g, khi t

r xung càng t gi t b 0 khi có mô men c n thì dòng i

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 -20

Hình 3-17 là i áp trên DC bus, i áp này bi qua b ch

l u 03 pha, ngu i áp trên DC bus này c cho b ngh h l u (b bi i

trên DC bus duy trì giá tr xác l là 300V DC

T k t qu mô ph trên y cho th vi s d b g tquay và v trí rotor hoàn toàn vi thay th cho s d c bi

tính t quay c nh v trí c rotor nh c cho các b i khi n dòng

quay h n n và gi m mô th hi trên Hình 3-14 ta c cthi thêm cá tính c các hàm chuy n m nh và h s khu ch c bquan sát y là v c nghiên c ti p

Ch ng 3 c lu v n nghiên c v c trúc i khi n t BLDC không dùng c bi n v 02 m vòng i khi là m vòng i u khidòng i PWM và m vòng i khi t quay s d lu i khi PI không c s d c bi Hall, lu v n nghiên c s d b quan sát

v trí c rotor và t quay b cách s d b quan sát

g giá tr back EMF dây, t các giá tr back EMF dây ta có th tính toán

t quay và xác v trí c rotor

Các k t qu mô ph th hi trên matlab/simulink nh s tr giúp

c các Toolbox, t các k t qu mô ph cho th b quan sát xác

t quay và v trí c rotor v chính xác tin c B i khi dòng

b mô men c c bám theo mô men B i khi t

t khi mô men c a vào h th nhanh chóng x lý sau kho

Equation Chapter 4 Section 4

Mô hình th nghi i khi BLDC

i áp

Encorder

S

4.2 C trúc c mô hình

C u trúc c i khi n c mô hình th nghi nh sau:

Hình 4-6

3500 vòng/phút2500W

3000VA72V2500W20A50A

4.4

Trong lu v n nghiên c v ph ng pháp i u khi t BLDC không dùng c bi n mà dùng b quan sát xác v trí rotor và t quay Tuy nhiên trong quá trình th nghi h viên ch a cài thu t toán này vì m t

s h ch ch a kh ph v m ph c , t x lý và kh n ng t u hóa c ch ng trình trên mi r r Do ch a thu nh k t qu nh ý

mu v m th nghi Do v k t qu th nghi y h viên v dùng

ph ng pháp i u khi s d c bi n Hall

-th nghi s d ph ng pháp i khi PI có dùng c bi Hall, tBLDC bá tín hi v các giá tr t t khác nhau Tuy nhiên h

th nghi ch a th c hi chi i khi BLDC không dùng c

bi n vì m t s lý do v m k thu t y là nhi v ti theo c h viên trong

th gian t

Nghiên c ph ng pháp i u khi t

c m t chi không ch than

i khi n t c BLDC, qua lu v ph ng pháp ikhi không dùng c bi n nh m m tiêu gi giá thành s ph m vàcác khó kh n khi cài c bi c bi là các c có

t quay và v trí c rotor Hai giá tr g này a

t th hi b i khi dòng và i khi t quay T các k t

qu mô ph trên Matlab/Simulink cho th b quan sát g

t chính xác t và v trí c rotor T và mô men c

c s dnguyên lý c b quan sát Luenberger

[6] Grenier, D., L.-A Dessaint, O Akhrif, Y Bonnassieux, and B LePioufle,

"Experimental Nonlinear Torque Control of a Permanent Magnet Synchronous Motor Using Saliency," IEEE® Transactions on Industrial Electronics, Vol

44, No 5, October 1997, pp.680-687

-Industry Applications, vol 25, no 2, pp 274-279, 1989

[8] TS Kim, BG Park, DM Lee, JS Ryu, DS Hyun, "A New Approach to Sensorless Control Method for Brushless DC Motors", International Journal of Control, Automation, and Systems, vol 6, no 4, pp 477-487, August 2008

pp 280-285, 2007

[10]

[12] José Carlos Gamazo-Real, Ernesto Vázquez-Sánchez and Jaime Gómez-Gil,

Sensorless

Communications and Telematic Engineering, University of Valladolid (UVA),

47011 Valladolid, Spain

[13] G Prasad, Venkateswara Reddy, , Dr P V N Prasad, Dr G Tulasi Ram

International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA) Vol

2, Issue 3, May-Jun 2012, pp.2120-2125, ISSN: 2248-9622