Điều khiển động cơ không đồng bộ dùng phương pháp thụ động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ VIỆT SƠN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ DÙNG PHƯƠNG PHÁP THỤ ĐỘNG CHUYÊN NGÀNH : THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN MÃ SỐ NGÀNH : 2.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH 09/2005 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học :TS Dương Hoài Nghóa ………………… (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị, chữ ký) Cán chấm nhận xét :……………………………………………………………………… (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị, chữ ký) Cán chấm nhận xét :…………………………………………………………………… (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị, chữ ký) Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ngày……….tháng………năm…… MỤC LỤC Trang Chương : Giới thiệu 1.1 Vấn đề điều khiển động không đồng 1.2 Các hướng nghiên cứu 1.3.Kết cấu luận văn 1.4 Các ký hiệu thường dùng luận văn Chương : Xây dựng mô hình động không đồng phương pháp định hướng trường (RFOC) 2.1 Mô hình động không đồng 2.2 Phương pháp định hướng trường đìeu khiển động KĐB 2.2.1 Giới thiệu phương pháp 2.2.2 Nội dung phương pháp RFOC 2.2.3 Ước lượng từ thông mô men 10 Chương : Phương pháp điều khiển dựa vào tính thụ động 12 3.1 Thế thụ động ? 12 3.1.1 Tính thụ động hệ thống nhớ 12 3.1.2 Tính thụ động hệ thống có nhơ 12 3.2 Ổn định hệ thống thụ động 13 3.3 Các bước thiết kế điều khiển thụ động 14 3.4 Thiết kế điều khiển thụ động điều khiển động KĐB 15 3.4.1.Thiết kế điều khiển 15 3.4.2 Phương pháp SVM-VSI 18 3.4.3 Phương pháp CR-PWMI 19 Chương :xây dựng mô hình điều khiển simulink, kết mô so sánh 20 4.1 Xây dựng mô hình mô phương pháp điều khiển thụ động Simulink 20 4.1.1 Khối động không đồng 20 4.1.2 Khối điều khiển 25 4.1.3 Khối tính toán mômen đặt dòng điện đặt 25 4.1.4 Sơ đồ Simulink mô toàn hệ thống điều khiển thụ động 27 4.2 Sơ đồ Simulink mô phương pháp định hướng trường 27 4.3 Kết mô 28 4.3.1 Động hoạt động chế độ danh định 28 4.3.2 Khảo sát tính bền vững 34 4.3.2.1 Kiểm tra tính bền vững R 34 4.3.2.2 Kiểm tra tính bền vững L 37 4.3.2.3 Kiểm tra tính bền vững J 39 4.3.2.4 Kiểm tra tính bền vững R, L, J thay đổi 40 Chương :kết luận hướng phát triển đề tài 42 5.1 Kết luận 42 5.2 Hướng phát triển đề tài 42 Phụ lục 43 Tài liệu tham khảo 53 LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập trường, thu nhận kiến thức quan trọng để phục vụ tốt cho công việc Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy, cô truyền đạt, trao dồi cho kiến thức phương pháp làm việc hiệu Đặc biệt thầy Dương Hoài Nghóa, người thầy hướng dẫn tận tình suốt trình thực đề tài Tôi gởi đến gia đình, bạn đồng học người động viện, giúp đỡ, tạo điều kiện cho hoàn thành luận văn Một lần cảm ơn người Luận văn cao học CBHD :TS Dương Hoài Nghóa CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ LUẬN VĂN 1.1 Vấn đề điều khiển động không đồng : Cùng với phát triển Kỹ thuật Công nghệ, nhiều ứng dụng, vấn đề điều khiển động đòi hỏi nhanh chóng, xác hiệu ổn định cao Phương pháp điều khiển định hướng trường động KĐB phổ biến Tuy nhiên động KĐB bị tác động yếu tố phi tuyến phụ thuộc thay đổi trạng thái với thông số suốt trình hoạt động, giá trị đáp ứng điện roto lấy trực tiếp Do vấn đề điều khiển đòi hỏi hệ thống điều khiển với vi xử lý tốc độ cao, làm tăng giá thành hệ thống điều khiển Vấn đề đặt tìm hứơng phát triển đơn giản, hiệu dựa thành tựu kỹ thuật tiêu chí kinh tế Phương pháp điều khiển dựa vào tính thụ động động hướng đó, đựơc kiểm chứng thực nghiệm bước đầu chứng tỏ ưu việt Đây đựơc xem phương pháp điều khiển định hướng trường gián tiếp 1.2 Các hướng nghiên cứu hện : • Điều khiển dựa vào tính thụ động [Per J Nicklasson, Romeo Ortega and EspinosaPerez ] : báo tác giả đề cập đến khả mở rộng điều khiển cho mô hình máy điện quay nói chung Một cách gần đúng, lợi ích thuộc tính thụ động động đem đến từ hai cấp độ khác Đầu tiên, tác giả chứng tỏ mô hình động phân tích thành liên kết hồi tiếp hai hệ thống thụ động Về chúng xem động học điện Tiếp đến việc thiết kế Bộ điều khiển định hướng mômen nhằm trì tính thụ động cho thành phần điện tách thành phần “nhiễu thụ động” Trong ứng dụng điều khiển tốc độ hay vị trí, đương nhiên thủ tục dẫn đến cấu trúc điều khiển tầng phổ biến, phân tích thành giả định giai đoạn tách rời mong muốn Chìa khóa mô hình điều khiển tầng luận gần loại bỏ phân tích ổn định Vấn đề mô tả nhóm máy điện điều khiển thụ động giải vấn đề định hướng mô men hồi tiếp ngõ Nói cách đại khái, nhóm bao gồm máy mà động không kích thích chúng HV : Lê Việt Sơn Trang Luận văn cao học CBHD :TS Dương Hoài Nghóa hãm tốt động điện, tách riêng thích hợp thông qua phép biến đổi thông thường Điều kiện chuyển sang yêu cầu xác định gần điện trở rotor để tránh việc đưa hệ số khuếch đại lớn vào vòng lặp Điều kiện cuối xem tài liệu máy điện : biến đổi Blondel-Park Và giới hạn thực tế, đòi hỏi cưỡng magnetomotive khe hở không khí phải phù hợp gần với hài chuỗi Fourier • Điều chỉnh tốc độ mômen động không đồng dùng nguyên lý thụ động gần [Carlo Cecati Nicola Rotondale ] : Phương pháp điều khiển phi tuyến xem xét chủ yếu dựa kết thực nghiệm Hai cấu hình khác nêu : nghịch lưu điều chỉnh độ rộng xung dòng điện với điều khiển trễ mô hình nghịch lưu nguồn áp vector không gian Thực nghiệm chứng tỏ hai phương pháp cho kết xác, nhanh, mô men mạnh mẽ định hướng tốc độ toàn vùng 1.3 Kết cấu luận văn : Luận văn chia thành 05 chương : Chương : Yêu cầu thiết việc nghiên cứu điều khiển động không đồng Tính kinh tế, ổn định, xác tiêu chí đặt hàng đầu Chương : Xây dựng mô hình động không đồng Giới thiệu phương pháp điều khiển định hướng trường Chương : Phương pháp điều khiển thụ động động không đồng Chương : Xây dựng mô hình điều khiển Simulink so sánh kết với phương pháp điều khiển định hướng trường Chương : Kết luận, hướng phát triển đề tài HV : Lê Việt Sơn Trang Luận văn cao học CBHD :TS Dương Hoài Nghóa 1.4.Các ký hiệu thường dùng luận văn : vαs, vβs, iαs, iβs : Thành phần α β điện áp dòng điện stator iαr, iβr : Thành phần α β dòng điện rotor φαs, φβs, φαr, φβr : Thành phần α β từ thông stator rotor Rs, Rr : Điện trở stator rotor Ls, Lr : Tự cảm stator rotor Lsr : Hỗ cảm cuộn dây stator rotor θr= qM : Góc quay rotor ωr= q& M : Vận tốc góc p=np : Số đôi cực J= DM : Mômen quán tính T=TE,TL : Mômen điện từ mômen tải B= RM : Hệ số ma sát Q : Kích thích tổng H : Năng lượng R, RE,RM : Các ma trận tiêu tán D, DE,DM : Các ma trận quán tính Le,Lm : Các hàm Lagrange qe : Điện tích ne : Tổng cuộn dây rotor stator ω : Tốc độ đồng HV : Lê Việt Sơn Trang Luận văn cao học CBHD :TS Dương Hoài Nghóa CHƯƠNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ(KĐB) VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH HƯỚNG TRƯỜNG (RFOC) 2.1 Mô hình động không đồng : Phương trình định luật Kirchoff viết cho mạch điện stator rotor động không đồng hệ tọa độ stator αβ : dφαs ⎧ ⎪vαs = RS iαs + dt ⎪ dφ β s ⎪ = + v R i β s S β s ⎪⎪ dt ⎨ ⎪0 = R i + dφαr r αr ⎪ dt ⎪ dφ ⎪0 = R i + βr r β r ⎪⎩ dt (2.1) Trong : φαs , φ βs , φαr , φ βr thành phần từ thông móc vòng dây quấn stator rotor Các từ thông xác định : ⎧φαs ⎪ ⎪φ βs ⎨ ⎪φαr ⎪φ ⎩ βr Vớiù : = Ls iαs + Lsr (iαr cos( pθ r ) − i βr sin( pθ r )) = Ls i βs + Lsr (iαr sin( pθ r ) + i βr cos( pθ r )) = Lr iαr + Lsr (iαs cos( pθ r ) + i βs sin( pθ r )) (2.2) = Lr i βr + Lsr (−iαs sin( pθ r ) + i βs cos( pθ r )) Ls : hệ số tự cảm dây quấn stator Lr : hệ số tự cảm dây quấn rotor Lsr : hệ số hỗ cảm Rs : điện trở dây quấn stator Rr : điện trở dây quấn rotor Phương trình động : J dω r = T E − Bω r − T L dt (2.3) Trong : TE : mô men điện động TL : mô men tải B : hệ số ma sát động HV : Lê Việt Sơn Trang Luận văn cao học CBHD :TS Dương Hoài Nghóa J : mô men quán tính Đơn giản hóa, ta bỏ qua tổn hao sắt, điện dung kí sinh lớp dây quấn động Để ứng dụng kết nguyên lý điều khiển thụ động, ta viết lại phương trình mô tả động không đồng sau : Định nghóa : Điện tích : ⎡ t i dt ⎤ ⎡ qE1 ⎤ ⎢ ∫0 αs ⎥ ⎢q ⎥ ⎢ t i dt ⎥ ∫ βs ⎥ + q (0) qE = ⎢ E ⎥ = ⎢ 0t E ⎢ ⎥ ⎢ qE ⎥ i dt r α ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ∫0 ⎣qE ⎦ ⎢ t i dt ⎥ ⎣ ∫0 βr ⎦ Suy dòng điện động : ⎡iαs ⎤ ⎢i ⎥ ⎢ βs ⎥ = dq E = q& E ⎢iαr ⎥ dt ⎢ ⎥ ⎣⎢i βr ⎦⎥ Góc quay rotor : q M = θ r Tốc độ biến đổi từ thông móc vòng động : ⎡v − Rs iαs ⎤ ⎡ dφ s ⎤ ⎢ α s v βs − Rs i βs ⎥⎥ ⎥ ⎡Q ⎤ ⎢ QE = ⎢ Es ⎥ = ⎢ dt ⎥ = ⎢ = M E v − RE q& E φ d ⎥ ⎢ R i − Q r r r α ⎣ Er ⎦ ⎢ ⎥ ⎣ dt ⎦ ⎢⎢ − Rr i βr ⎥⎥ ⎦ ⎣ Trong : Điện áp : ⎡ v1 ⎤ ⎡vαs ⎤ ⎢ v ⎥ ⎢v ⎥ v = ⎢ ⎥ = ⎢ βs ⎥ ⎢v3 ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣v ⎦ ⎣ ⎦ Điện trở động : ⎡ R [ I ] [ 0] ⎤ RE = ⎢ s ⎥ ⎣ [0] Rr [ I ]⎦ ma trận 4×4: M E = [[ I ], [0]] HV : Lê Việt Sơn Trang Luận văn cao học CBHD :TS Dương Hoài Nghóa Hình 4.17A : Tốc độ mô men J thay đổi PP thụ động Hình 4.17B : Tốc độ mô men J thay đổi PP RFOC - Quan sát hình 4.17A/B, hệ thống ổn định mô men quán tính J tăng lên 20% giá trị danh định hai phương pháp điều khiển 4.3.2.4 Kiểm tra tính bền vững R, L, J thay đổi : Rs giảm 20%, Rr tăng 20%, Ls giảm 20%, Lr tăng 20%, Lsr giảm 20% J tăng 20% giá trị danh định HV : Lê Việt Sơn Trang 41 Luận văn cao học CBHD :TS Dương Hoài Nghóa Hình 4.18A : Dòng stator từ thông rotor R,L,J thay đổi PP thụ động Hình 4.18B : Tốc độ mô men PP thụ động - Với phương pháp điều khiển thụ động, hệ thống trì hoạt động tốt trường hợp Tóm lại : Trong ứng dụng, với phương pháp điều khiển thụ động ta tránh quan tâm đến biến cố bất thường ( ví dụ vọt lố ) Do phương pháp điều khiển thụ động làm giảm giá thành động sử dụng điều kiện làm việc so với điều khiển định hướng trường có dòng mở máy nhỏ, vọt lố dòng điện không đáng kể HV : Lê Việt Sơn Trang 42 Luận văn cao học CBHD :TS Dương Hoài Nghóa CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận : Luận văn giới thiệu việc sử dụng phương pháp thụ động để thiết kế điều khiển cho động không đồng Qua cho thấy ứng dụng phương pháp vào thực tế đem lại thành công định Đây kết hợp ý tưởng thụ động với kỹ thuật động lực để tạo nên ổn định cho hệ thống phi tuyến Phương pháp thụ động đem đến giải pháp ổn định toàn cục Hơn nữa, không cần quan sát không sử dụng trạng thái đo lường được, tránh phòng ngừa đặc biệt tính khác thường ( giai đoạn khởi động ví dụ ) 5.2 Hướng phát triển đề tài : Trong khuôn khổ thời gian kiến thức, luận văn giới hạn tìm hiểu ứng dụng phương pháp điều khiển thụ động cho động không đồng Qua phát triển phương pháp cho loại động có tính chuyển đổi Blondel_Park Ứùng dụng lôgic mờ mạng nơron để cải tiến phương pháp điều khiển thụ động HV : Lê Việt Sơn Trang 43 Luận văn cao học CBHD :TS Dương Hoài Nghóa Phụ lục 1: Phân tích hệ thống phi tuyến thành hệ thống thụ động : Chúng ta xem xét việc mô tả hệ thống điện phi tuyến hệ phương trình chuyển động Euler-Lagrange : d ⎡ ∂L(q, q& ) ⎤ ∂L(q, q& ) − =Q dt ⎢⎣ ∂q& ⎥⎦ ∂q (1) Trong : L = A* (q, q& ) − ν (q) laø haøm Lagrange A* : R n → R hàm trạng thái tổng lượng dự trữ hệ thống , ν : R n → R hàm trạng thái tổng lượng hệ thống, q ∈ R n “ tọa độ liên kết suy rộng “ Q ∈ R n cưỡng ngoại ( tiêu tán điều khiển) Chúng ta công nhận hàm trạng thái lượng hệ thống (năng lượng điện ) giới hạn sau : Từ phương trình cân lượng Euler-Lagrange : t H (t ) − H (0) = ∫ q& T Qds (2) Vế trái lượng dự trữ Vế phải lượng tiêu tán cung cấp Trong : H := (∂L / ∂q& ) T q& − L tổng lượng toàn hệ thống Điều (1) xác định hoạt động thụ động Σ : Ln2e → Ln2e : Q → q& Bổ đề : Cho phương trình Lagrange biểu diễn sau : L = Le (q e , q& e , q m ) + Lm (q m , q& m ) (3) Trong : q := [q eT , q mT ]T với q e ∈ R ne , q m ∈ R nm Hệ thống Σ biểu diễn dạng quan hệ hồi tiếp âm hai hệ thống thụ động : ⎡Q ⎤ ⎡q& ⎤ Σ e : Ln2e → Ln2 e : ⎢ e ⎥ a ⎢ e ⎥ ⎣y⎦ ⎣− q& m ⎦ Σ m : Ln2me → Ln2me : ( y + Qm ) a q& m HV : Lê Việt Sơn (4) Trang 44 Luận văn cao học Trong : y := CBHD :TS Dương Hoài Nghóa ∂Le tín hiệu liên kết hệ thống ∂q m Và Q := [QeT , QmT ]T với Qe ∈ R ne , Qm ∈ R nm Chứng minh : Dùng thủ tục Euler-Lagange đạo hàm hệ phương trình (1) ta có : d ⎡ ∂Le ⎤ ∂Le = Qe ⎢ ⎥− dt ⎣ ∂q& e ⎦ ∂q e (5) d ⎡ ∂Lm ⎤ ∂Lm = Qm + y ⎢ ⎥− dt ⎣ ∂q& m ⎦ ∂qm (6) Xác định đạo hàm tổng theo thời gian Le ta coù : ∂ LTe ∂ LTe ∂ LTe L& e = q& e + q&&e + q& m ∂qe ∂ q& e ∂q m (7) Để ý : d ⎡ ∂LTe ⎤ d ⎡ ∂LTe ⎤ ∂LTe q&&e = ⎢ q&e ⎥ − ⎢ ⎥ q&e dt ⎣ ∂q&e ⎦ dt ⎣ ∂q&e ⎦ ∂q&e Từ ta : d H e = QeT q& e − q& mT y dt (8) Suy : H e (q e , q& e , q m ) := ∂LTe q& e − Le ∂q& e (9) Đây lượng tổng hệ thống Σ e Tương tự, hàm lượng hệ thống Σ m H m = (∂Lm / ∂q&m )T q&m − Lm (10) Phụ lục 2: Phân tích máy điện quay thành hai hệ thống thụ động hồi tiếp Chúng ta lý tưởng hóa máy điện : ba pha đối xứng, cuộn dây pha phân bố theo dạng sin, độ thẩm từ thép kỹ thuật điện vô tận bão hòa; bỏ qua tổn hao sắt, cuộn dây, ảnh hưởng khe hở không khí; vật liệu nam châm tuyến tính tất thông số không đổi, xác định HV : Lê Việt Sơn Trang 45 Luận văn cao học CBHD :TS Dương Hoài Nghóa Với giả thiết trên, áp dụng định luật Gauss, Ampere cho ta mối quan hệ vector từ thông móc vòng φ = [φ1 , φne ]T vector doøng q&e = [q&1 , q&ne ] , ne : tổng số cuộn dây rotor stator : (11) φ = De (qm )q&e + μ (qm ) Trong : qm ∈ R vị trí động cơ; De = De > ma trận tự cảm cuộn dây Vector μ đại diện cho từ thông móc vòng phụ thuộc vào nam châm vónh cửu De μ hàm bị chặn tuần hoàn với chu kỳ qm Tổng điện tích hạt mang điện qua điểm cuộn dây pha qi , i = 1, ne vị trí góc quay rotor qm Chúng ta tính lượng từ trường liên kết sau : ne K e = ∑ ∫ φi (q& i/ )dq& i/ = q&i i =1 T q& e De q& e + μ T q& e (12) Động naêng : Km = Dm q&m2 (13) Dm : quán tính quay rotor Bỏ qua ảnh hưởng dung kháng cuộn dây, Năng lượng điện V hệ thống dựa tương tác vật liệu từ stator rotor (14) V = V (qm ) Kết hợp hàm ta có hàm Lagrange : L(q&e , q&m , qm ) = T q&e De q&e + μ T q&e + Dm q&m2 − V (qm ) 2 (15) Để mô hình hóa cưỡng ngoại, ta cho ảnh hưởng tiêu tán tuyến tính dựa điện trở cuộn dây ri ≥ 0, i = 1, ne ma sát Rm ≥ Đối tượng điều khiển điện áp cung cấp HV : Lê Việt Sơn Trang 46 Luận văn cao học CBHD :TS Dương Hoài Nghóa Mô men tải TL hệ thống : ⎛ q& TL (q m , q& m ) = [k1 + k q& m2 ] tanh⎜⎜ m ⎝ ρ ⎞ ⎟⎟ + k q& m ⎠ (16) ρ > : tỷ lệ đo Từ ta thu hệ phương trình máy điện Σ( D, R, M e , μ ,η ) : Phần điện Σ( De , Re , M e , μ ,η ) : (17) De q&&e + W1 (qm )q&m q&e + W2 (qm )q&m + Re q&e = M eu Phần Σ( Dm , Rm ) : (18) Dm q&&m − T (q& e , q m ) + Rm q& m = −TL Trong : D := diag {De , Dm }, R := diag {Re , Rm } W1 := dDe (q m ) dμ (q m ) ,W2 := dq m dq m ⎡I ⎤ R e := diag rs I ns , rr I nr , M e := ⎢ ns ⎥ ⎣0⎦ { } Moâ men toång : T = h(q& e , q m ) := vaø : η (qm ) = − T q& e W1 q& e + W2T q& e + η (q m ) (19) dV hữu hạn tuần hoàn với chu kỳ qm dqm Phụ lục : Thụ động chặt thông qua phép “tiêm giảm xóc” ( Damping Injection): Trong phần thực bước thủ tục thiết kế Phân tích mô hình thành hai hệ thống thụ động Σ e , Σ m thụ động chặt cho Σ e A Phân tích hồi tiếp Hệ thống Σ( D, R, M e , μ ,η ) coù thể thể thông qua mối liên kết hồi tiếp âm hai hệ thống thụ động ( xem hình ) q& s u _ Σe T q& m Σm HV : Lê Việt Sơn _ TL Trang 47 Luận văn cao học CBHD :TS Dương Hoài Nghóa ⎡ u ⎤ ⎡ q& s ⎤ Σ e : Ln2se+1 → Ln2se+1 : ⎢ a ⎥ ⎢T ⎥ ⎣ ⎦ ⎣ − q& m ⎦ Σ m : L2 e → L2 e : (T − TL ) a q& m (20) Lagrange máy điện phân tích thành T q&e De q&e + μ T q&e Lm (qm , q&m ) = Dm q&m2 − V (qm ) Le (q&e , qm ) = (21) B Điều kiện cho phép tiêm giảm xóc Bây phải nhận dạng nhóm máy điện cho “ tiêm giảm xóc” vào Σ e mà ta đảm bảo biêủ đồ từ tín hiệu vào điều khiển đến tín hiệu đo thụ động chặt Việc làm sáng tỏ giả định cho định đề sau Định đề : Xét hệ thống Σ e ( De , Re , μ ,η ) Ta coù : A1) Re ≡ diag {Rs , Rr } với Rs ∈ R n s × n s , Rr ∈ R nr × nr ma trận chéo Rr > A2) Khối kích thước nr × nr có vị trí (2,2) ma trận W1 = dDe / dqm zero Nghóa : ⎡ (W1 )11 W1 = ⎢ ⎣(W1 )21 (W1 )12 ⎤ 0nr × nr ⎥⎦ A3) Các thành phần không kích thích vector μ độc lập với qm Nghóa : W2 = dμ ⎡W2 s ⎤ ≡ ,W2 s ∈ R n s dqm ⎢⎣ ⎥⎦ Dưới điều kiện đây, có hình thức hồi tiếp ngõ phi tuyeán : u = v + W2 s q&m − K1 (qm ,q& m )q&e (22) Như thế, lưu đồ v a q& s thụ động chặt ngõ tất qm , q&m ∈ L2 e Kiểm chứng : Động lực Σ e mô tả : HV : Lê Việt Sơn Trang 48 Luận văn cao học CBHD :TS Dương Hoài Nghóa (23) De q&&e + W1 (qm )q&m q&e + W2 (qm )q&m + Re q&e = M eu Đóng vòng lặp với u = v + W2 s q&m − K1 (qm ,q& m )q&e ta coù : (24) De q&&e + Ce (qm , q&m )q&e + Res (qm , q&m )q&e = M e v Trong : ⎡K 1 C e := W1 q& m , Res := Re + W1 q& m + ⎢ 2 ⎣0 0⎤ 0⎥⎦ Đạo hàm theo thời gian lượng tổng Σ e Nghóa Đạo hàm H e = T q&e De q&e doïc theo đường cong Σ e Ta có : H& e = q& eT v − q& eT Res q& e Cho raèng : ⎧ q& ⎫ T K1 = K1T > sup ⎨ m (W1 )12 Rr−1 (W1 )12 − (W1 )11 q&m ⎬ ⎭ q m , q& m ⎩ (25) Sau đó, cách sử dụng kết ma trận chuẩn, ma trận đối xứng Res biểu diễn thành xác định dương đồng dạng chiều inf q m , q& m φmin {Res } ≥ α > Trong : (.)ij biểu thị ma trận thứ (i,j) φmin {} Tích phân H& e hoàn thành kiểm chứng Phụ lục 4: Định hướng dòng thông qua mô hình lượng : Bây ta định nghóa dòng “ có khả đạt tới “ q&ed bước thứ hai thủ tục thiết kế sau : Định đề : Nếu v vaø q&ed ∈ Ln∞e u = v + W2 s q&m − K1 (qm ,q& m )q&e thỏa mãn : M e v = De q&&ed + Ce q&ed + Res q&ed (26) q~&e → t → ∞ độc lập với qm , q&m việc chọn q&ed HV : Lê Việt Sơn Trang 49 Luận văn cao học CBHD :TS Dương Hoài Nghóa Vả lại, q&ed bị chặn q& m , q& e , T bị chặn Hơn biên q&&ed đảm bảo q&&e v bị chặn Kiểm chứng : Viết lại (3.24) đoạn tín hiệu sai lệch : D e q&~&e + C e q~& e + R es q~& e = ψ (27) Với : ψ := M e v − ( De q&&ed + C e q& ed + Res q& ed ) Từ đưa đến ψ ≡ động lực hệ thống mô tả đầy đủ : De q&~&e + C e q~& e + Res q~& e = (28) Dm q&&m + Rm q& m = T − TL (29) Đây phương trình trạng thái Lipschitz cục bộ, giả định mô men mong muốn mô men tải liên tục với thời gian t, tồn t1 > cho khoảng [0, t1 ) tồn cách giải Đạo hàm theo thời gian hàm lượng mong muốn H ed = ~& T ~& qe De qe doïc theo đường cong (27) Ta có : H& ed = −q~&eT Res q~&e ∀t ∈ [0, t1 ) (30) Từ (30) định đề điều kiện “tiêm giảm xóc” nêu phần trước : H& ed = −q~&eT Res q~&e ≤ −α q~&e , ∀t ∈ [0, t1 ) (31) Ta kết luận raèng : q~&e (t ) ≤ me q~&e (0) e − ρ e t , Với ∀t ∈ [0, t1 ) (32) me = φ max ( De ) / φ ( De ) vaø ρ e = α / φ max ( De ) độc lập với t1 Từ từ q&ed ∈ Ln∞e , suy : q&e giới hạn khoảng mở [0, t1 ) HV : Lê Việt Sơn Trang 50 Luận văn cao học CBHD :TS Dương Hoài Nghóa Bây giờ, ta chứng minh bị giới hạn khoảng đóng [0, t1 ] Để ý vế phải (29) bị chặn [0, t1 ) , đáp ứng không vượt nhanh hàm mũ qm , q&m bị chặn ∀t ∈ [0, t1 ] Trong khoảng đảm bảo biên Res q~&e tiến tới vô đoạn Từ me , ρ e ,α độc lập với t1 , lặp lại luận cho điều kiện đầu mới, để định nghóa kết đoạn [t1 ,2t1 ] Từ suy rộng cho thủ tục này, chứng tỏ tồn kết cho toàn trục thực Từ (32) có : lim q~&e = t →∞ Và ta kết luận q&e bị chặn, dẫn đến y bị chặn Từ (17) : q&m bị chặn; Từ (27) (28) : q&&e , v bị chặn q&&ed bị chặn Phụ lục 5: Từ định hướng dòng đến định hướng mô men : Để ý rằng, bước không dễ dàng gì, từ De , C e , Res , T phụ thuộc vào qm , q&m số điều kiện cộâng hợp hai hệ thống phải thỏa mãn Những điều kiện diễn đạt giới hạn hạn chế thông số De , Re , μ ,η mô hình máy điện tổng quát A Cách hoạt động dòng mong muốn : Thúc đẩy (20), ta đưa định nghóa q&ed sau Cho phương trình mô men mong muốn : Td = T q& ed W1 q& ed + W2 q& ed + η (33) Kết hợp (3.20) (3.33) ta coù : T − Td = ~& T ~& ~& T qe W1 q e + q e W1 q& ed + W2T q~& e (34) Từ W1 ,W2 bị chặn, dẫn đến hàm tiệm cận : định hướng mô men đạt đảm bảo : limt → ∞ q&e = q&ed với q&ed ∈ Ln∞e HV : Lê Việt Sơn Trang 51 Luận văn cao học CBHD :TS Dương Hoài Nghóa Rõ ràng để đạt mục tiêu định hướng mô men, ta phải vạch rõ giới hạn q&ed v (33) (26) Sau cùng, lưu ý trường hợp máy điện kích thích đầy đủ M e = I ne giới hạn tập hợp dòng “ đạt tới “ Nghóa là, trường hợp cho q&&ed , q&ed chọn v thích hợp cho ψ = Bây ta khảo sát máy điện kích thích, ta đủ hoạt động điều khiển để ψ = cho q&ed nào, ta thấy thuận tiện chia thành ψ = [ψ sT ,ψ rT ]T với ψ s ∈ R n s Từ ψ s ≡ giải với chọn lựa v thích hợp nên tập trung ý vào giải pháp ψ r ≡ Chúng ta cho thấy diễn biến sau (26) (33) có mối quan hệ mật thiết, giới hạn cộâng gộp mô hình máy điện đòi hỏi cho giải pháp đồng thời Thật thú vị đưa : điều kiện “ tách riêng “là điều kiện phép biến đổi BP tiếng nguyên tắc phân tích máy điện quay B Điều kiện tách riêng Định nghóa : Chúng ta nói máy điện Σ(D, R, M e , μ ,η ) biến đổi BP tồn biến đổi dòng z&e = P(qm )q&e = P1e −Uq m q&e Như động lực Σ e liên kết tung độ chúng độc lập với qm ( phụ thuộc q&m ) P1 ma trận không đơn Nếu U thuộc dạng ⎤ ⎡0 ⎤ ⎡0 = −U T = ⎢ U =⎢ ⎥ −1 ⎥ ⎣0 U 22 ⎦ ⎣0 − U 22 ⎦ Thì ta nói máy điện biến đổi BP mạnh Từ cấu trúc ma trận U nói trên, thấy “biến đổi BP mạnh” nghóa tách riêng đạt quay biến số rotor Như rõ ràng HV : Lê Việt Sơn Trang 52 Luận văn cao học CBHD :TS Dương Hoài Nghóa sau đó, điều kiện cần thiết mạch rotor không kích thích ( trường hợp động không đồng ) Sau ta trình bày dạng đơn giản định lý : Định lý : Nếu tồn ma trận U ∈ R ne × ne cho : UDe − DeU = W1 ReU = URe UW2 = dW2 dqm Σ( D, R, M e , μ ,η ) biến đổi BP Trong trường hợp phương trình động lực Σ e mô tả : De (0) P1−1&z&e + UDe (0) P1−1q&m z&e + W2 (0)q&m + Re P1−1 z&e = e −Uq m M eu = M eu′ Và Phương trình động Σ m : Dm q&&m + Rm q& m = T − TL T = z& eT P1−T UDe (0) P1−1 z& e + W2T (0) P1−1 z& e + η HV : Lê Việt Sơn Trang 53 Luận văn cao học CBHD :TS Dương Hoài Nghóa Tài liệu tham khảo : Carlo Cecati and Nicola Rotondale, Torque and speed regulation of induction motors using the passivity theory approach Vol46 1999 Per J Nicklasson, Romeo Ortega, Passivity-Based control of a class of BlondelPark transformable electric machines Nguyễn Phùng Quang, Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha 1996 Peter Vas, Sensorless vector and direct torqe control 1998 V.I Arnold, Mathematical Methods of Classical Mechanics, 2sd ed New York: Springer- Verlag, 1989 H Berghuis and H Nijmeijer, “A passivity approach to controller- observer design for robots,” IEEE Trans Robot Automat., vol.9, no.6, pp.740-754, 1993 M Bodson, J.N Chiasson, R.T.Novotnak, and,R.B Rekowski, “ Highperformance nonlinear feedback control of a permanent magnet stepper motor,” IEEE Trans Contr.Syst.Tech., vol.1, no 1,pp.5-14, 1993 M Bodson,J Chiasson, R Novotnak, “High- performance induction motor control via input- output linearization,” IEEE Contr Syst Mag , vol.14, no.4, pp 25-33, 1994 B K Bose, “Power electronics and motion control _ Technology Status and recent trends,” IEEE Trans Ind Appl , vol 29, no 5, pp 902-909, 1993 10 S Boyd and C Barrat, Linear Controller Design: Limits of Performance Englewood Cliffs, NJ.Prentice- Hall, 1991 11 B Brogliato, R Ortega, and R Lozano, “ Globally stable nonlinear controllers for Flexible joint manipulators: A comparative study,” Automatica, vol 31, no 7, pp 941-956, 1995 12 C Byrnes, A Isidori, and J C Willems, “ Passivity, feedback equivalence and the global stabilization of minimum phase nonlinear systems,” IEEE Trans, Automat.Contr., vol 36, no 11, pp 1228-1240, 1991 13 C Canudas de Wit, Ortega, and S.I Seleme, Jr., “ Robot motion control using induction motor drives,” in Proc IEEE ICRA, Atlanta, GA, 1993, pp 533-538 14 S.H Crandall, Ed., Dynamics of Mechanical and Electromechanical Systems New York: McGraw-Hill, 1968 15 D Drawson, J Hu, and P Vedagarbha, “An adaptive controller for a class of induction motor systems,” in Proc IEEE Conf Decision contr., New Orlearns, LA, Dec 13-15, 1995, pp.1567-1572 16 C Desoer and M Vidyasagar , Feedback Systems, Input- Output Properties New York: Academic, 1975 17 G Espinosa- Peùrez, “ Nonlinear control of induction motors,” Ph D Dissertation, UNAM, Mexico, 1993 18 G Espinosa- Peùrez, I Campos - Cantoùn, P Lara- Reyes, and D Gomez- Becerril, “ Passivity- based speed control of a 2Þ induction motor: Experrimental results,” HV : Lê Việt Sơn Trang 54 Luận văn cao học CBHD :TS Dương Hoài Nghóa in Proc IV IEEE Int Power Electronics Congr., San Luis Potosí, Mexico, Oct 1619, 1995 19 G Espinosa-Peùrez and R Ortega, “ State observers are unnecessary for induction motor control,” Syst Contr Lett , vol 23, no 5, pp 315-323, 1994 HV : Lê Việt Sơn Trang 55 ... Tính thụ động hệ thống có nhơ 12 3.2 Ổn định hệ thống thụ động 13 3.3 Các bước thiết kế điều khiển thụ động 14 3.4 Thiết kế điều khiển thụ động điều khiển động KĐB 15 3.4.1.Thiết kế điều khiển. .. đổi PP thụ động Hình 4.18B : Tốc độ mô men PP thụ động - Với phương pháp điều khiển thụ động, hệ thống trì hoạt động tốt trường hợp Tóm lại : Trong ứng dụng, với phương pháp điều khiển thụ động. .. phương pháp điều khiển thụ động cho động không đồng Qua phát triển phương pháp cho loại động có tính chuyển đổi Blondel_Park Ứùng dụng lôgic mờ mạng nơron để cải tiến phương pháp điều khiển thụ