Điều khiển động cơ không đồng bộ dùng dsp tms320lf2407 a

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –––––––––– o0o–––––––––– TRẦN CÔNG BINH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ DÙNG DSP TMS320LF2407A Chuyên ngành: Điều khiển học kỹ thuật Mã số ngành: 2.05.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11 NĂM 2004 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 ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… Cán chấm nhận xét 1: ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… Cán chấm nhận xét 2: ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… Luận văn thạc só bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2004 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp HCM ngày 05 tháng 11 năm 2004 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trần Công Binh Phái: Sinh ngày: 02.5.1980 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Điều khiển học kỹ thuật MSHV: ĐKKT13.002 Nam I- TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ DÙNG DSP TMS320LF2407A II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Điều khiển tốc độ động không đồng ba pha phương pháp mô hình nội xử lý DSP TMS320LF2407A III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: / /2004 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: / /2004 V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Dương Hoài Nghóa CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS Dương Hoài Nghóa Nội dung luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH tháng năm 2004 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc só đề tài hoàn chỉnh cuối thực trước hoàn thành chương trình thạc só Kết có nỗ lực học tập, nghiên cứu không ngừng thân suốt thời gian học tập trường hướng dẫn, giảng dạy Thầy Cô Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Cô Khoa Điện – Điện Tử, Trường Đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy truyền đạt cho kiến thức kinh nghiệm q báu suốt thời gian học tập Trường vừa qua Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Cô môn Thiết Bị Điện môn Điều Khiển Tự Động hỗ trợ phương tiện tạo điều kiện để thực luận văn thạc só Lòng cảm ơn chân thành xin gởi đến Thầy TS Dương Hoài Nghóa, người tận tình trực tiếp hướng dẫn thực hoàn thành đề tài Xin kính gửi đến cha mẹ người thân lòng biết ơn vô hạn động viên, giúp đỡ tạo điều kiện mặt đạt kết hôm Chân thành cảm ơn Thầy Trịnh Hoàng Hơn anh chị, đồng nghiệp bạn bè quan tâm, động viên giúp đỡ nhiều để hoàn thành luận văn Một lần xin gửi đến Thầy Cô, gia đình bạn bè lòng biết ơn chân thành sâu sắc Học viên Trần Công Binh LUẬN VĂN THẠC SĨ GIỚI THIỆU Luận văn trình bày hệ thống điều khiển tốc độ động không đồng ba pha dùng phương pháp mô hình nội (Internal Model Control-IMC) xử lý DSP (Digital Signal Processing) TMS320LF2407A Trên sở phương pháp điều khiển mô hình nội cho đối tượng tuyến tính M.Morari & E.Zafiriou phát triển năm 1987 ([1]) Phương pháp có ưu điểm dễ thiết kế thuật toán đơn giản Luận văn phát triển ý tưởng để điều khiển cho đối tượng phi tuyến động không đồng (ĐCKĐB) ba pha Mục đích đề tài thiết kế điều khiển tốc độ cho ĐCKĐB ba pha DSP TMS320LF2407A Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển bền vững tốc độ động phương pháp pháp điều khiển mô hình nội Tạo tiền đề cho việc xây dựng mô hình thử nghiệm cho hệ thống điều khiển động chất lượng cao Đồng thời sở để chế tạo điều khiển tốc độ động (bộ biến tần) ứng dụng hệ thống truyền động điện xác Lónh vực thu hút nhiều nhà khoa học nước quan tâm đến lónh vực điều khiển ứng dụng công nghiệp Và lónh vực cần nghiên cứu triển khai ứng dụng trình công nghiệp hóa – đại hóa nước ta Nội dung luận văn bao gồm trình thiết kế, mô khảo sát, phân tích thi công kiểm chứng trình bày chương: o Chương I Điều khiển động không đồng phương pháp mô hình nội o Chương II Xây dựng thuật toán điều khiển động không đồng ba pha dùng mô hình nội Điều khiển động không đồng dùng DSP TMS320LF2407A LUẬN VĂN THẠC SĨ o Chương III Điều khiển mô hình nội động không đồng ba pha với ước lượng từ thông tốc độ o Chương IV So sánh phương pháp điều khiển mô hình nội (IMC) với phương pháp điều khiển định hướng trường (FOC) o Chương V Điều khiển động không đồng ba pha dùng DSP TMS320LF2407A o Chương VI Kết hướng phát triển Điều khiển động không đồng dùng DSP TMS320LF2407A LUẬN VĂN THẠC SĨ MỤC LỤC Giới thiệu Chương I: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH NỘI I.1 Điều khiển động phương pháp mô hình nội I.2 I.1.1 Các phương pháp điều khiển động không đồng I.2 I.1.2 Điều khiển động dùng phương pháp mô hình nội I.3 I.1.3 Giới thiệu phương pháp điều khiển dùng mô hình nội I.4 I.2 Điều khiển động không đồng ba pha hệ tọa độ từ thông rotor I.7 I.2.1 Bieåu diễn vector không gian cho đại lượng ba pha I.7 I.2.2 Chuyển hệ tọa độ cho vector không gian I.10 I.2.3 Biễu diễn vector không gian hệ tọa độ từ thông rotor I.11 I.2.4 Ưu điểm việc mô tả động không đồng ba pha hệ tọa độ từ thông rotor I.15 I.3 Thuật toán điều khiển động ba pha dùng mô hình nội I.16 Chương II: XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA DÙNG MÔ HÌNH NỘI II.1 Các khái niệm động không đồng ba pha II.3 II.1.1 Một số qui ước ký hiệu dùng cho điều khiển ĐCKĐB ba pha II.3 II.1.2 Các phương trình ĐCKĐB ba pha II.5 II.2 Mô hình liên tục ĐCKĐB ba pha hệ tọa độ stator II.7 II.2.1 Xây dựng mô hình liên tục ĐCKĐB hệ tọa độ stator II.7 II.2.2 Mô Matlab mô hình liên tục ĐCKĐB hệ tọa độ stator II.10 II.3 Moâ hình gián đoạn ĐCKĐB ba pha hệ tọa độ từ thông rotor II.11 II.3.1 Xây dựng mô hình thuận liên tục ĐCKĐB hệ tọa độ dq II.11 II.3.2 Xây dựng mô hình thuận gián đoạn ĐCKĐB hệ tọa độ dq II.15 II.3.2 Mô Matlab mô hình gián đoạn ĐCKĐB hệ tọa độ dq II.15 Điều khiển động không đồng dùng DSP TMS320LF2407A LUẬN VĂN THẠC SĨ II.4 Mô hình ngược gián đoạn ĐCKĐB hệ tọa độ từ thông rotor II.16 2.4.1 Xây dựng mô hình ngược gián đoạn ĐCKĐB hệ tọa độ dq II.16 II.4.2 Mô Matlab mô hình ngược gián đoạn ĐCKĐB hệ tọa độ dq II.18 II.5 Bộ chuyển đổi gián đoạn từ hệ tọa độ dq sang hệ tọa độ αβ II.19 II.5.1 Xây dựng chuyển đổi gián đoạn từ hệ tọa độ dq sang αβ II.19 II.5.2 Mô Matlab chuyển đổi hệ tọa độ dq sang αβ II.19 II.6 Mô Matlab BBĐ điện áp hệ tọa độ αβ sang điện áp ba pha II.20 II.7 Bộ lọc mô hình nội (IMC) gián đoạn II.20 II.7.1 Xây dựng lọc IMC gián đoạn cho điều khiển ĐCKĐB ba pha II.20 II.7.2 Mô Matlab lọc IMC cho điều khiển ĐCKĐB II.22 II.8 Khảo sát kết mô điều khiển tốc độ ĐCKĐB dùng mô hình nội II.23 II.8.1 Mô Matlab hệ thống điều khiển ĐCKĐB ba pha dùng mô hình nội II.23 II.8.2 Đo đạt thông số động không đồng ba pha II.24 II.8.3 Xây dựng tập thông số mô mô tả cho động thực II.24 II.8.4 Đáp ứng danh định hệ thống điều khiển II.26 II.8.5 Tính bền vững thuật toán điều khiển II.29 II.8.6 Đánh giá chất lượng điều khiển II.34 II.9 Nhận xét thuật toán điều khiển IMC dùng DSP II.35 Chương III: ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH NỘI ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA VỚI CÁC BỘ ƯỚC LƯNG TỪ THÔNG VÀ TỐC ĐỘ III.1 Điều khiển tốc độ động KĐB ba pha với ước lượng từ thôngIII.3 III.1.1 Xây dựng ước lượng từ thông rotor dựa mô hình từ thông III.4 III.1.2 Xây dựng ước lượng từ thông rotor dùng khâu quan sát (observer) III.10 III.1.3 Mô Matlab ước lượng từ thông cho động ba pha III.15 III.1.4 Khảo sát kết mô điều khiển tốc độ động với ước lượng từ thông rotor III.17 Điều khiển động không đồng dùng DSP TMS320LF2407A LUẬN VĂN THẠC SĨ III.1.5 Đánh giá nhận xét sử dụng ước lượng từ thông rotor III.31 III.2 Điều khiển tốc độ động KĐB ba pha với ước lượng tốc độ.III.32 III.2.1 Xây dựng ước lượng tốc độ liên tục cho động ba pha III.33 III.2.2 Xây dựng ước lượng tốc độ gián đoạn cho động ba pha III.34 III.2.3 Mô Matlab ước lượng tốc độ cho động ba pha III.35 III.2.4 Khảo sát kết mô điều khiển tốc độ động với ước lượng tốc độ III.37 III.2.5 Đánh giá nhận xét sử dụng ước lượng tốc độ .III.50 III.3 Nhận xét chung điều khiển dùng mô hình nội III.51 III.3.1 Nhận xét chung kết mô điều khiển IMC III.52 III.3.2 Nhận xét chung điều khiển IMC dùng DSP .III.53 Chương IV: SO SÁNH PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH NỘI (IMC) VỚI PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TRƯỜNG (FOC) IV.1 Phương pháp điều khiển định hướng trường (FOC) .IV.2 IV.2 Xây dựng thuật toán điều khiển IV.3 IV.3 Mô Matlab thuật toán điều khiển FOC IV.5 IV.4 Đánh giá đáp ứng thuật toán điều khiển FOC IV.10 IV.5 So sánh với phương pháp điều khiển mô hình nội IMC IV.10 IV.5.1 So sánh kết mô hai phương pháp FOC IMC IV.10 IV.5.2 Nhận xét thuật toán điều khiển IV.11 IV.6 Kết luận IV.11 Chương V: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA DÙNG DSP TMS320LF2407A V.1 Bộ biến đổi công suất dùng phương pháp điều rộng xung PWM V.3 V.1.1 Sử dụng biến đổi công suất điều khiển ĐCKĐB ba pha .V.3 V.1.2 Mô Matlab biến đổi công suất hệ thống điều khiển ĐCKĐB ba pha phương pháp mô hình nội V.4 V.1.3 Đánh giá đáp ứng ĐCKĐB ba pha điều khiển duøng PWM .V.9 V.2 Chuẩn hóa công thức điều khiển động (dấu chấm tónh) V.10 Điều khiển động không đồng dùng DSP TMS320LF2407A LUẬN VĂN THẠC SĨ V.2.1 Chuẩn hóa dòng điện stator hồi tiếp cho DSP V.11 V.2.2 Chuẩn hóa tốc độ động hồi tiếp cho DSP V.14 V.2.3 Chuẩn hóa mô hình thuận ĐCKĐB ba pha V.15 V.2.4 Chuẩn hóa mô hình ngược ĐCKĐB ba pha V.18 V.2.5 Chuẩn hóa chuyển đổi gián đoạn từ hệ tọa độ dq sang αβ V.21 V.2.6 Chuẩn hóa lọc IMC V.23 V.2.7 Chuẩn hóa ước lượng từ thông rotor V.24 V.2.8 Chuẩn hóa ước lượng tốc độ động V.28 V.3 Hệ thống điều khiển động không đồng ba pha dùng DSP V.29 V.3.1 Bộ biến đổi công suất ba pha V.30 V.3.2 Cảm biến V.32 V.3.3 Boä điều khiển DSP TMS320LF2407A V.32 V.3.4 Các mạch điện hỗ trợ V.34 V.4 Lập trình điều khiển động không đồng thu thập liệu V.36 V.4.1 Xác định thông số điều khiển tốc độ động V.36 V.4.2 Lập trình DSP điều khiển tốc độ động V.36 V.4.3 Lập trình máy tính cài đặt thông số thu thập liệu V.38 V.4.4 Các chế độ điều khiển thu thập liệu V.40 V.5 Kết điều khiển tốc độ động KĐB dùng DSP V.41 V.5.1 Kết hệ thống thực V.41 V.5.2 So sánh mô lý thuyết với thực tế V.42 V.5.3 Đánh giá kết điều khiển thực tế V.43 V.5.4 Nhận xét V.43 Chương VI: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN VI.1 Đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển tốc độ ĐCKĐB ba pha VI.2 VI.1.1 Đánh giá đáp ứng hệ thống điều khiển .VI.2 VI.1.2 Đánh giá tính bền vững hệ thống điều khiển VI.2 VI.2 Nhận xét hệ thống điều khiển động không đồng ba pha .VI.2 VI.3 Một vài kết luận VI.3 VI.4 Hướng phát triển ứng dụng đề tài VI.4 VI.4.1 Hướng phát triển thuật toán điều khiển động VI.4 VI.4.2 Hướng phát triển hệ thống điều khiển động VI.4 VI.4.3 Hướng triển khai ứng dụng .VI.5 Tài liệu tham khảo Tóm tắt lý lịch trích ngang Điều khiển động không đồng dùng DSP TMS320LF2407A ... vector không gian cho đại lượng ba pha Động xoay chiều ba pha có ba (hay bội số ba) cuộn dây stator với dòng điện ba pha chạy qua, bố trí không gian hình vẽ sau: isb Pha B stator rotor isa Pha A isc... Chương I Điều khiển động không đồng phương pháp mô hình nội o Chương II Xây dựng thuật toán điều khiển động không đồng ba pha dùng mô hình nội Điều khiển động không đồng dùng DSP TMS320LF240 7A LUẬN... điều khiển tốc độ ĐCKĐB dùng mô hình nội II.8.1 Mô Matlab hệ thống điều khiển ĐCKĐB ba pha dùng mô hình nội Mô Matlab Simulink (Matlab 6.5) hệ thống điều khiển tốc độ động không đồng ba pha dùng