Ứng dụng mạng adaline điều khiển động cơ đồng bộ từ trở nhằm giảm dao động moment và tiết kiệm năng lượng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HUỲNH CÔNG PHÚC ỨNG DỤNG MẠNG ADALINE ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ TRỞ NHẰM GIẢM DAO ĐỘNG MOMENT VÀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2020 Luận văn thạc sĩ -1- TÓM TẮT LUẬN VĂN Động đồng từ trở nhận nhiều ý nhiều ứng dụng truyền động năm gần tính đơn giản cấu trúc cấu thành chi phí sản xuất thấp Đồng đồng từ trở (SynRM) tương đối rẻ khơng sử dụng nam châm vĩnh cửu Bên cạnh đó, việc vận hành SynRM khơng sinh nhiệt độ cao Ngồi ra, khơng có tổn thất đồng sinh rơto cho phép mô men xoắn lớn so với máy không đồng dẫn đến số hiệu suất SynRM lên tới số IE4 với kích thước tương đương với máy không đồng công suất nhỏ Chính lợi góp phần tạo hội lớn để SynRM phát triển lĩnh vực công nghiệp Với cần thiết động đồng từ trở, để giảm hạn chế mặt dao động mô men xoắn động cơ, đề tài luận văn nghiên phương pháp điều khiển dòng điện tối ưu dựa phương pháp điều khiển thích nghi mạng Neural Adaline cho động đồng từ trở để ứng dụng động đồng từ trở cách hiệu Đề tài bao gồm 05 chương sau: Chương giới thiệu tổng quan động đồng từ trở, tính cần thiết, ưu điểm, khuyết điểm động đồng từ trở thị trường Tóm gọn nghiên cứu ứng dụng nước động đồng từ trở ngày Nêu rõ lý lựa chọn đề tài phạm vi nghiên cứu đề tài Chương giới thiệu mơ hình vật lý tốn học động đồng từ trở Các phương trình tốn cấu trúc chi tiết động đồng từ trở So sánh với loại động khác công suất Chương giới thiệu áp dụng phương pháp tính tốn tối ưu cho động đồng từ trở nhằm cải thiện độ dao động mô men xoắn tiết kiệm lượng cho hai thông số động đồng từ trở hai phương pháp điều khiển có khơng có sử dụng dây trung tính Đưa kết tính tốn lý thuyết độ tối ưu áp dụng phương pháp để xây dựng giá trị dòng điện tối ưu điều khiển động đồng từ trở Chương giới thiệu mạng Adaline ứng dụng mạng Adaline việc điều khiển động đồng từ trở Xác định trọng số quan trọng việc điều khiển mạng nơ ron nhân tạo Adaline Chương Xây dụng mơ hình Matlab simulink để mơ điều khiển động đồng từ trở thông qua hai thông số động thật tế Đưa kết mô nhằm chứng minh tối ưu mà Adaline mang lại cho mơ hình điều khiển Chương Kết luận, đưa ưu khuyết điểm nghiên cứu đề xuất hướng phát triển cho đề tài nghiên cứu HVTH: Huỳnh Cơng Phúc GVHD: TS Trương Phước Hịa Luận văn thạc sĩ -2- THESIS SUMMARY The synchronous reluctanced motor has received a lot of attention in many applications in the industry in recent years due to its simplicity of structure and low production costs SynRM is relatively cheap because it does not use permanent magnets Besides, SynRM operation does not generate high temperatures In addition, the absence of copper-borne losses in the rotor allows greater torque than the asynchronous machine resulting in SynRM performance indexes that can reach up to IE4 with dimensions comparable to asynchronous machines These advantages have contributed to creating a great opportunity for SynRM to develop in the field of industry today With the need of synchronous synchronous motor (SynRM) of the domestic and foreign situation, in order to reduce the limit in terms of torque fluctuation of the motor, the thesis will study the optimum current control method based on adaptive Neural Adaline network control method for synchronous reluctanced motor to effectively apply the SynRM in industry The topic includes 05 main chapters Chapter gives an overview of the synchronous magnetic motor, necessity, advantages and disadvantages of the synchronous reluctanced motor in the market nowaday Summary of domestic and foreign studies and applications of synchronous reluctanced motors State the reasons for choosing the topic and the scope of the research Chapter introduces the physical and mathematical models of the SynRM Math equations and detailed structure of synchronous reluctanced motor Compared with other motors with the same capacity Chapter introduces and applies the optimal calculation method for synchronous reluctanced motor to improve torque fluctuation and save energy for the two synchronous reluctanced motor parameters by two methods Control with and without using neutral wire Provides the theoretical results of optimization when applying these methods to build the optimal current value when controlling the SynRM Chapter introduces the Adaline network and the application of the Adaline network in controlling the synchronous reluctanced motor Identify the important weights for controlling by artificial Adaline neural network Chapter Building the Matlab simulink model to simulate synchronous reluctanced motor control via two actual motor parameters Provide simulation results to prove the optimization that Adaline brings to the control model Chapter Conclusion, giving advantages and disadvantages of the research and proposing development directions for the next research topics HVTH: Huỳnh Công Phúc GVHD: TS Trương Phước Hòa Luận văn thạc sĩ -3- LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đề tài: “Ứng dụng mạng neural adaline điều khiển động đồng từ trở để giảm độ gợn moment tiết kiệm lượng” cơng trình nghiên cứu độc lập khơng có chép người khác Đề tài sản phẩm mà em nỗ lực nghiên cứu trình học tập trường Trong trình viết có tham khảo số tài liệu có nguồn gốc rõ ràng, hướng dẫn Tiến sĩ Trương Phước Hịa –Trưởng mơn Cung cấp điện trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Em xin cam đoan có vấn đề quyền trùng lặp em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm HVTH: Huỳnh Cơng Phúc GVHD: TS Trương Phước Hịa Luận văn thạc sĩ -4- MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ TRỞ .1 1.1 Tổng quan 1.2 Ưu nhược điểm động đồng từ trở 1.2.1 Ưu điểm 1.2.2 Nhược điểm 1.3 Tình hình nghiên cứu động đồng từ trở 1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.4 Mục tiêu nghiên cứu động đồng từ trở 1.4.1 Mục tiêu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ TRỞ 10 2.1 Lich sử phát triển 10 2.2 Quy trình sản xuất 11 2.2.1 Nguyên lý hoạt động 12 2.2.2 So sánh với động phổ biến 14 2.3 Mơ hình toán học hệ trục abc 15 2.3.1 Mơ hình 15 2.3.2 Phương trình tốn học 17 2.4 Mô hình tốn học hệ trục dq 19 2.5 Phép biến đổi Park 21 CHƯƠNG TÍNH TỐN DỊNG ĐIỆN TỐI ƯU CHO ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ TRỞ 23 3.1 Thông số động 23 3.1.1 Thông số động A 23 3.1.2 Thông số động B 24 3.2 Phương pháp tính tốn dịng điện tối ưu 25 3.2.1 Trường hợp có dịng trung tính (𝒊𝒉≠0) 25 3.2.2 Trường hợp khơng có dịng trung tính (𝒊𝒉= 0) 30 3.3 Tóm tắt 34 3.4 Kết tính tốn dịng tối ưu 35 HVTH: Huỳnh Công Phúc GVHD: TS Trương Phước Hòa Luận văn thạc sĩ -5- 3.4.1 Động A 35 3.4.2 Động B 49 3.5 Kết nhận xét 60 CHƯƠNG MẠNG ADALINE 62 4.1 Tổng quan 62 4.2 Cấu trúc mạng ADALINE 63 4.3 Ứng dụng Adaline điều khiển động đồng từ trở 65 4.3.1 Dữ liệu đầu vào 65 4.3.2 Hàm trọng số: 65 4.3.3 Dữ liệu đầu 66 4.3.4 Hệ số 𝑲𝒐𝒑𝒕 66 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 70 5.1 Thông số động mô 70 5.1.1 Động A (trích từ chương 3) 70 5.1.2 Động B ( trích từ chương 3) 71 5.2 Bộ điều khiển mô-men Adaline cho SynRM 72 5.3 Mơ hình mơ 73 5.4 Kết mô 74 5.4.1 Điều khiển khối Current Controller 74 5.4.2 So sánh việc sử dụng mạng Adaline không sử dụng mạng Adaline 83 5.4.3 Điều khiển khối Hysterisis 84 5.4.4 Hệ số học tập Adaline 86 CHƯƠNG KẾT LUẬN 88 6.1 Kết sau hoàn thành đề tài: 88 6.2 Kết luận 88 6.3 Hướng phát triển đề tài 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 PHỤ LỤC 94 PHỤ LỤC 1: Mơ hình mơ 94 Xây dựng mơ hình mơ 94 1.9 Mơ hình tổng qt 108 PHỤ LỤC 2: Giải thuật tính tốn Matlab 109 HVTH: Huỳnh Cơng Phúc GVHD: TS Trương Phước Hịa Luận văn thạc sĩ 103 Hình 0.16 Khối điều khiển dịng điện tối ưu Hysterisis Phương pháp điều khiển điều khiển dòng Hysterisis phương pháp điều khiển đơn giản danh sách điều khiển động ba pha Bằng cách sử dụng so sánh dòng điện pha động dòng điện cần điều khiển để đưa tín hiệu đóng cắt cho mạch bán dẫn Bộ điều khiển Hysterisis cho điện áp pha theo yêu cầu với độ sai số “răng cưa” định tùy vào chất lượng đóng cắt bán dẫn Hình 0.17 thể nguyên lý điều khiển điều khiển Hysterisis: Hình 0.17 Nguyên lý điều khiển Hysterisis Ưu điểm phương pháp độ đơn giản phương thức điều khiển xây dựng điều khiển HVTH: Huỳnh Công Phúc GVHD: TS Trương Phước Hòa Luận văn thạc sĩ 104 Khuyết điểm phương pháp lệ thuộc vào tốc độ đóng cắt linh kiên bán dẫn Có sai số thấp nhiên lớn phương pháp Current Controller 1.6 Khối mô động Khối mô động có nhiệm vụ tính tốn ngược từ điện áp dịng điện để đưa vào khối tính tốn momen đầu Hình 0.18 Khối động Lưu đồ chi tiết khối động cơ: Hình 0.19 Lưu đồ tính tốn khối động Lưu đồ khối Iq: HVTH: Huỳnh Cơng Phúc GVHD: TS Trương Phước Hịa Luận văn thạc sĩ 105 Hình 0.20 Lưu đồ tính tốn Iq Lưu đồ khối Id: Hình 0.21 Lưu đồ tính tốn Id Lưu đồ khối I0: Hình 0.22 Lưu đồ tính tốn I0 Phương trình tính tốn ứng với khối động cơ: Dựa vào phương trình điện áp ta có: HVTH: Huỳnh Cơng Phúc GVHD: TS Trương Phước Hịa Luận văn thạc sĩ 106 𝑉𝑑 = 𝑅𝑠 𝑖𝑑𝑠 + 𝑉𝑞 = 𝑅𝑠 𝑖𝑞𝑠 + 𝑑𝛹𝑑𝑠 𝑑𝑡 𝑑𝛹𝑞𝑠 𝑑𝑡 − 𝑝 𝜔𝑚 𝛹𝑞𝑠 + 𝑝 𝜔𝑚 𝛹𝑑𝑠 𝑉0 = 𝑅𝑠 𝑖0𝑠 + { [0.4] 𝑑𝛹0𝑠 𝑑𝑡 Từ ta xây dựng phương trinh Laplace điện áp sau: 𝑣𝑑 = 𝑅𝑠 𝑖𝑑 + 𝑖𝑑 𝐿𝑑 𝑠 − 𝜔𝑚 𝑝 𝐿𝑞 𝑖𝑞 { 𝑣𝑞 = 𝑅𝑠 𝑖𝑞 + 𝑖𝑞 𝐿𝑞 𝑠 + 𝜔𝑚 𝑝 𝐿𝑑 𝑖𝑑 𝑉0 = 𝑅𝑠 𝑖0 + 𝑖0 𝐿0 𝑠 [0.5] Chuyển vế để có phương trình dịng điện: 𝑖𝑑 = (−𝑖𝑑 𝜔𝑚 𝐿𝑑 𝑝 + 𝑣𝑞 − 𝑅𝑠 𝑖𝑞 ) 𝑖𝑞 = (𝑖𝑞 𝜔𝑚 𝐿𝑞 𝑝 + 𝑣𝑑 − 𝑅𝑠 𝑖𝑑 ) 𝑖0 = (𝑣0 − 𝑅𝑠 𝑖0 ) { 𝐿𝑞 𝑠 1 𝐿𝑑 𝑠 [0.6] 𝐿0 𝑠 1.7 Khối adaline Xây dựng giải thuật Adaline khối S-Function Matlab Code Adaline xây dựng chương Hình 0.23 Khối điều khiển Adaline 1.7.1 Cập nhật hàm Weighs: double err; int i,j; err=error[0]; xD[0]=xD[0]+ *eta*err; j=1; HVTH: Huỳnh Công Phúc GVHD: TS Trương Phước Hòa Luận văn thạc sĩ 107 for(i=1;i