Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều không chổi than

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN QUỐC CHIẾN NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIẾU KHÔNG CHỔI THAN Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 60 52 02 16 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN VĂN CHÍ THÁI NGUN, 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i LỜI CAM ĐOAN Tên là: Nguyễn Quốc Chiến Sinh ngày 12 tháng 03 năm 1974 Học viên lớp cao học khoá 15 CH.TĐH 02 - Trƣờng đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Hiện công tác tại: Trƣờng cao đẳng nghề Công nghệ Nông lâm Phú Thọ Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu phƣơng pháp điều khiển tốc độ động chiều không chổi than” thầy giáo TS Nguyễn Văn Chí hƣớng dẫn cơng trình nghiên cứu riêng Tất tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Tơi xin cam đoan tất nội dung luận văn nhƣ nội dung đề cƣơng yêu cầu thầy giáo hƣớng dẫn Nếu có vấn đề nội dung luận văn, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm với lời cam đoan Thái Nguyên, ngày 30 tháng 10 năm 2014 Học viên Nguyễn Quốc Chiến Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trƣơng đƣợc hƣớng dẫn tận tình giúp đỡ thầy giáo TS Nguyễn Văn Chí, luận văn với đề tài “ Nghiên cứu phƣơng pháp điều khiển tốc độ động chiều không chổi than ” đƣợc hồn thành Tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới: Thầy giáo hƣớng dẫn TS Nguyễn Văn Chí tận tình dẫn, giúp đỡ tác giả hồn thành luận văn Các thầy giáo Trƣờng Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên số đồng nghiệp, quan tâm động viên, giúp đỡ tác giả suốt trình học tập để hoàn thành luận văn Mặc dù cố gắng hết sức, nhiên điều kiện thời gian kinh nghiệm thực tế thân cịn ít, đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, tác giả mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy giáo, cô giáo bạn bè đồng nghiệp cho luận văn tơi đƣợc hồn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 30 tháng 10.năm 2014 Tác giả Nguyễn Quốc Chiến Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v LỜI NÓI ĐẦU Chƣơng GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN 1.1 Tổng quan động BLDC 1.2 Cấu trúc động BLDC 1.2.1 Cấu tạo stato động BLDC 1.2.2 Cấu tạo Rotor động BLDC 1.2.3 Cảm biến xác định vị trí rơto 1.2.4 Nguyên lý hoạt động động BLDC 1.3 Ƣu điểm, nhƣợc điểm động BLDC 10 1.3.1 Ƣu điểm 10 1.3.2 Nhƣợc điểm 10 1.4 Một số phƣơng pháp điều khiển động BLDC 11 1.4.1 Phƣơng pháp điều khiển sử dụng cảm biến 11 1.4.2 Điều khiển vị trí tốc độ động BLDC khơng sử dụng cảm biến 16 Chƣơng MƠ HÌNH CỦA BLDC VÀ BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP 2.1 Mơ hình động BLDC 24 2.2 Mơ hình biến đổi điện áp cấp cho BLDC 29 2.3 Kết luận chƣơng 31 Chƣơng ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CHO BLDC KHÔN G DÙNG CẢM BIẾN 3.1 Cấu trúc điều khiển BLDC không dùng cảm biến 32 3.2 Khối ƣớc lƣợng vị trí rotor tính tốn tốc độ quay 34 3.2.1 Ƣớc lƣợng back - EMF dây sử dụng quan sát 34 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv 3.2.2 Xác định hàm chuyển mạch 37 3.2.3 Ƣớc lƣợng tốc độ vị trí rotor 38 3.3 Bộ điều khiển dòng điện PWM 41 3.4 Bộ điều khiển tốc độ dùng PI 43 3.5 Kết mô 43 3.6 Kết luận chƣơng 48 Chƣơng MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CHO BLDC 4.1 Giới thiệu mơ hình thực nghiệm BLDC 49 4.2 Cấu trúc mơ hình 52 4.3 Các thơng số mơ hình thực nghiệm 53 4.4 Kết thực nghiệm 53 4.5 Kết luận chƣơng 55 Kết luận chung luận văn 56 Tài liệu tham khảo 62 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BLDC Brushless DC Motor Động chiều không chổi than Back EMF Back Electromotive Force Sức phản điện động phần ứng PID Proportional- Intergral- Derivative – - Proportional Integral Bộ điều khiển tỷ lệ tích phân PWM Pulse-width modulation Điều chế độ rộng xung DSP Digital signal processing Xử lý tín hiệu số ZCP Zero Crossing Point Các điểm chuyển tiếp qua PI giá trị CP LPFs HVAC IGBT Commutation point Điểm chuyển mạch Low Pass Filter Bộ lọc thông thấp Heating, Ventilation and Air Hệ thống gia nhiệt, thơng Conditioning gió điều hịa khơng khí (Insulated Gate Bipolar Transistor Transistor có cực điều khiển cách ly MOSFEET Metal-Oxide Semiconductor Field- Transistor hiệu ứng trƣờng Effect Transistor Oxit Kim loại - Bán dẫn Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI NÓI ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Động chiều không chổi than (The Brushless DC motor -BLDC) nhanh chóng phổ biến với áp dụng nhiều ngành khác nhƣ tự động hóa trang thiết bị điện công nghiệp, hàng không, y học, dân dụng, phƣơng tiện vận tải v.v Động không chổi than thay động chiều sử dụng chổi than ƣu điểm sau [10][11][12]: - Đặc tính tốc độ mô men tốt - Đáp ứng động học nhanh quán tính nhỏ - Hiệu suất sử dụng cao sử dụng nam châm vĩnh cửu nên khơng có tổn hao đồng rôto - Tuổi thọ động cao khơng có chuyển mạch khí - Động chạy êm, tiếng ồn nhỏ - Không gây nhiễu hoạt động - Có thể điều chỉnh dải tốc độ rộng Để điều khiển động BLDC có hai phƣơng pháp chính: phƣơng pháp dùng cảm biến vị trí phƣơng pháp điều khiển không sử dụng cảm biến (sensorless control) a Phƣơng pháp sử dụng cảm biến Cảm biến dùng để xác định vị trí rotor để làm tín hiệu đóng ngắt dịng điện vào cuộn dây tƣơng ứng Cảm biến xác định vị trí sử dụng cảm biến Hall, cảm biến tốc độ từ trở biến thiên, gia tốc kế Tín hiệu điều khiển đƣa tới cuộn dây để điều khiển động BLDC điện áp cách [11] : + Điều chỉnh điện áp cấp cho cuộn dây stator + Điều khiển phƣơng pháp PWM + Kỹ thuật điện áp hình thang b Phƣơng pháp khơng sử dụng cảm biến Đây phƣơng pháp sử dụng ƣớc lƣợng từ thơng rotor để điều khiển khóa đóng cắt thay cho cảm biến Hall truyền thống Do phƣơng pháp đƣợc Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ gọi phƣơng pháp điều khiển không cảm biến (sensorless control) Cơ sở điều khiển không cảm biến động BLDC dựa vào thời điểm qua zero sức điện động cảm ứng pha động Tuy nhiên phƣơng pháp áp dụng đƣợc phƣơng pháp điện áp hình thang Về có hai kỹ thuật điều khiển khơng cảm biến: Một xác định vị trí rotor dựa vào sức điện động động cơ, phƣơng pháp đơn giản, dễ dàng thực giá thành rẻ Hai ƣớc lƣợng vị trí dùng thông số động cơ, giá trị điện áp dòng điện động Phƣơng pháp đòi hỏi phải tính tốn phức tạp để tính tốn thơng số Phƣơng pháp tính tốn phức tạp, khó điều khiển, giá thành cao Phƣơng pháp ƣớc lƣợng vị trí rotor dựa vào thời điểm qua zero sức điện động đòi hỏi phải tạo điểm trung tính để đo bắt điểm qua zero sức điện động Điểm trung tính trung tính trung tính ảo Điểm trung tính ảo lý thuyết có điện với trung tính thật cuộn dây đấu hình Y Tuy nhiên điểm trung tính khơng phải điểm cố định Điện áp điểm trung tính thay đổi từ đến gần điện áp DC nguồn Đặc biệt lúc động khởi động tín hiệu nhận đƣợc nhỏ dẫn đến điều khiển khơng xác Do phƣơng pháp áp dụng phạm vi tốc độ hạn chế có đặc tính khởi động nhỏ Trƣớc có số nghiên cứu công bố số mô cho phân tích hoạt động động BLDC khơng sử dụng điều khiển, đặc tính chúng đƣợc so sánh với tín hiệu mẫu điều khiển tỷ lệ - tích phân [9] Trong sức điện động phản hồi có hình dạng chuỗi xung hình thang EMF hàm vị trí rơ to hàm chuyển đổi đƣợc thơng qua tín hiệu điện áp nghịch lƣu Kết thu đƣợc thơng số điện áp dịng điện nghịch lƣu Vì vậy, ta sử dụng xử lý tín hiệu số rút ngắn thời gian tính tốn trở thành cơng cụ thiết kế hữu ích phát triển động chiều không chổi than BLDC Các kết nghiên cứu nƣớc thể tài liệu [10],[11] dừng lại việc thiết kế điều khiển PID, PI với Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ phƣơng pháp có sử dụng cảm biến Các phƣơng pháp mang lại chất lƣợng tốt dải tốc độ lớn cỡ 500 vòng/phút trở lên, nhiên dải tốc độ chậm chậm phƣơng pháp không mang lại chất lƣợng tốt Với việc ứng dụng vi xử lý điều khiển BLDC cho phép thực giải pháp không dùng cảm biến nhằm giảm giá thành sản phẩm khắc phục khó khăn gắn cảm biến, đặc biệt động BLDC nhỏ Chính việc nghiên cứu thực giải pháp điều khiển BLDC không sử dụng cảm biến mang tính cấp thiết Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu chung Luận văn tập trung vào mục tiêu thiết kế thực thi điều khiển tốc độ động chiều không chổi than sử dụng phƣơng pháp không dùng cảm biến Phƣơng pháp sử dụng quan sát để ƣớc lƣợng tốc độ quay vị trí rotor nhằm cung cấp cho điều khiển dòng PWM điều khiển tốc độ, điều khiển sử dụng vi xử lý (hoặc DSP- xử lý tín hiệu số) Phƣơng pháp cần phải khắc phục tƣợng xác định điểm qua không dải tốc độ thấp nhằm ƣớc lƣợng đƣợc vị trí rotor cách xác hơn, kết hợp thuật toán điều khiển tốc độ sử dụng luật điều khiển PI để điều chỉnh tốc độ với độ xác dải tốc độ thấp tốc độ cao - Mục tiêu cụ thể Nghiên cứu mơ hình BLDC biến đổi điện áp Thiết kế quan sát để ƣớc lƣợng tốc độ vị trí rotor Thiết kế điều khiển dòng PWM Thiết kế điều khiển tốc độ Mô Matlab/Simulink Xây dựng thực nghiệm Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ - Các kết đạt đƣợc luận văn: + Xây dựng đƣợc mơ hình tốn học động khơng chổi than + Thiết kế đƣợc quan sát để ƣớc lƣợng vị trí tốc độ động thay cho cảm biến Hall, giải pháp ƣớc lƣợng vị trí tốc độ quay xác tốc độ thấp + Thiết kế đƣợc điều khiển dòng PWM điều khiển tốc độ quay dùng luật điều khiển PI + Xây dựng đƣợc mơ hình thực nghiệm gồm động chiều không chổi than 2.5KW + Chạy thực nghiệm Nội dung luận văn Luận văn thực nội dung sau: a Tìm hiểu BLDC, nguyên lý làm việc phƣơng pháp điều khiển tốc độ cho BLDC, phân tích ƣu nhƣợc điểm phƣơng pháp b Xây dựng mơ hình toán BLDC c Thiết kế quan sát để ƣớc lƣợng vị trí tốc độ động d Thiết kế đƣợc điều khiển dòng PWM điều khiển tốc độ quay dùng luật điều khiển PI e Xây dựng đƣợc mơ hình thực nghiệm gồm động chiều không chổi than 2.5KW Từ nội dung luận văn nêu trên, luận văn gồm 04 chƣơng với bố cục nhƣ sau: Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan động BLDC Chƣơng 2: Mơ hình BLDC biến đổi điện áp Chƣơng 3: Điều khiển tốc độ cho BLDC không dùng cảm biến Chƣơng 4: Xây dựng mơ hình thực nghiệm điều khiển BLDC Phần cuối kết luận chung đề tài Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 45 Hệ số KI = 46.35 Tham số nguồn xoay chiều 03 pha: điện áp pha 220V, tần số 50Hz Hình 3-14 kết mô tốc độ quay rotor bao gồm tốc độ quay thực, đƣờng nét liền đậm, tốc độ đặt đƣờng nét liền mảnh tốc độ quay ƣớc lƣợng quan sát đƣờng nét đứt Tốc độ đặt thay đổi theo đƣờng dốc, sau trì 300 vịng/phút, sau giảm dần Mô men cản đƣợc đƣa vào thời điểm 0.5s lên giá trị 11N.m trì đến thời điểm 1.5s sau giảm xuống 11N.m trì đến hết thời gian mơ 2s Tốc độ quay thực bám theo tốc độ đặt với sai số lớn 0.25 vòng/phút phạm vi tốc độ đặt thay đổi Tại thời điểm xuất mô men tải 0.5 s, tốc độ quay rotor giảm cỡ 20 vòng/phút, sau khoảng thời gian 0.1 s, tốc độ rotor bám trở lại tốc độ đặt 300 vịng/phút Tại thời điểm thay đổi mơ men tải (thời điểm 1.5 s, giảm từ 11N.m xuống 11 N.m) rotor đứng yên (0 vòng/phút), rotor bị kéo quay với tốc độ cỡ 25 vòng/phút, sau khoảng thời gian 0.1s rotor đƣợc giữ lại trì trạng thái đứng yên Tốc độ quay ƣớc lƣợng tính tốn tƣơng đối xác tốc độ quay rotor với sai số cỡ vòng/phút tốc độ 300 vòng/phút Toc dat, toc thuc va toc uoc luong vong/phut 350 300 250 200 150 100 50 -50 0.2 0.4 0.6 Số hóa Trung tâm Học liệu 0.8 time (s) 1.2 1.4 1.6 1.8 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 46 Toc dat, toc thuc va toc uoc luong vong/phut 301 300.5 300 299.5 299 Toc thuc Toc dat Toc uoc luong 298.5 298 0.362 0.364 0.366 0.368 time (s) 0.37 0.372 0.374 0.376 Hình 3-14 Tốc độ quay rotor tốc độ đặt tốc độ ước lượng 15 Dong dien Ia,Ib,Ic (A) 10 -5 -10 -15 0.2 0.4 0.6 0.8 time(s) 1.2 1.4 1.6 1.8 Hình 3-15 Dịng điện stator Hình 3-15 dịng điện pha stator động cơ, điều chế độ rộng xung PWM hình vẽ cho ta thấy thay đổi dịng điện stator có dạng xung với độ rộng khác nhau, tốc độ thấp độ rộng xung rộng, tốc độ cao độ rộng xung tăng Để giữ tốc độ có mơ men cản dịng điện stator trì giá trị -7.5A Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 47 20 Mo men thuc Mo men dat Mo men dat va mo men thuc 15 10 -5 -10 -15 -20 0.2 0.4 0.6 0.8 time (s) 1.2 1.4 1.6 1.8 Mo men dat va mo men thuc 12 Mo men thuc Mo men dat 11 10 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 time (s) Hình 3-16 Mơ men thực mơ men đặt động Hình 3-16 mô men đặt mô men thực động cơ, mô men đặt đƣợc tạo điều khiển tốc độ PI đƣờng nét liền, mô men thực tế trục động đƣờng nét đứt Mô men thực bám theo mô men đặt cách dao động xung quanh giá trị đặt cỡ ± 2.5 N.m 600 500 DC bus 400 300 200 100 0 0.2 0.4 0.6 0.8 time (s) 1.2 1.4 1.6 1.8 Hình 3-17 Điện áp DC bus Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 48 Hình 3-17 điện áp DC bus, điện áp đƣợc biến đổi qua chỉnh lƣu 03 pha, nguồn điện áp DC bus đƣợc cấp cho nghịch lƣu (bộ biến đổi điện áp) cấp cho stator, đƣợc điều khiển điều khiển dòng PWM Điện áp DC bus trì giá trị xác lập 300V DC Từ kết mô cho thấy việc sử dụng ƣớc lƣợng tốc độ quay vị trí rotor hồn tồn đáp ứng đƣợc việc thay cho sử dụng cảm biến Hall Tốc độ đặt đƣợc thay đổi theo hình thang thấy khả đáp ứng tính tốc độ quay nhƣ vị trí rotor nhằm cấp cho điều khiển dòng PWM điều khiển tốc độ Để cải thiện mức độ xác ƣớc lƣợng tốc độ quay giảm mức độ “mấp mơ” nhƣ thể Hình 3-14 ta cần cải thiện thêm đặc tính hàm chuyển mạch nhạy hệ số khuếch đại quan sát Đây vấn đề cần nghiên cứu tiếp 3.6 Kết luận chƣơng Chƣơng luận văn nghiên cứu cấu trúc điều khiển tốc độ BLDC khơng dùng cảm biến với 02 mạch vịng điều khiển mạch vịng điều khiển dịng điện PWM mạch vòng điều khiển tốc độ quay sử dụng luật điều khiển PI Để không cần sử dụng cảm biến Hall, luận văn nghiên cứu sử dụng quan sát để ƣớc lƣợng vị trí rotor tốc độ quay cách sử dụng quan sát để ƣớc lƣợng giá trị back – EMF dây, từ giá trị back – EMF dây ta tính tốn đƣợc tốc độ quay xác định vị trí rotor Các kết mơ đƣợc thực matlab/simulink nhờ trợ giúp Toolbox, từ kết mô cho thấy quan sát xác định đƣợc tốc độ quay vị trí rotor với độ xác đáng tin cậy Bộ điều khiển dịng đảm bảo đƣợc mơ men động bám theo mô men đặt Bộ điều khiển tốc độ đảm bảo động bám theo tốc độ đặt kể tốc độ thấp tốc độ cao, việc sụt tốc độ mô men cản đƣa vào hệ thống nhanh chóng đƣợc xử lý sau khoảng thời gian cỡ 0.1s Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 49 Chƣơng MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CHO BLDC 4.1 Giới thiệu mơ hình thực nghiệm BLDC Equation Chapter Section Mơ hình thực nghiệm điều khiển BLDC đƣợc xây dựng môn Đo lƣờng – Điều khiển, Khoa Điện Tử nhƣ sau: Động 3pha Encorder BLDC Tín hiệu đảo chiều quay động Máy biến áp cấp nguồn VDC cho biến đổi Hãm, dừng động Đặt tín hiệu tốc độ Bộ điều khiển biến đổi điện áp Hình 4-1 Mơ hình thực nghiệm hệ thống điều khiển BLDC 4.1.1 Động điện chiều khơng chổi than (BLDC) Hình 4-2 Động BLDC thực nghiệm Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 50 Động sử dụng hình 4-2 có mã hiệu TP20, với thông số nhƣ sau: Tốc độ định mức: nđm = 3500 (v/ph) Điện áp định mức: Vđm = 72 (V) Công suất định mức: P (W) = 2500 4.1.2 Máy biến áp cấp nguồn công suất cho biến đổi để điều khiển động Hình 4-3 Hình ảnh máy biến áp, chỉnh lưu để cấp nguồn VDC cho biến đổi điện áp, Thông số máy biến áp cấp nguồn cho Bộ biến đổi nhƣ sau: Công suất định mức: Sđm = 3000 (VA) Điện áp vào xoay chiều: U1đm = 220 (VAC) Điện áp chiều: VDC = 72 (VDC) 4.1.3 Bộ biến đổi điện áp mạch điều khiển cho động Hình 4-4 Hình ảnh Bộ biến đổi cơng suất điều khiển cho động Nguồn công suất pha từ biến đổi điện áp đƣa tới động BLDC Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 51 Nguồn vào đƣợc lấy từ máy biến áp Hãm động Cảm biến Hall Đặt tốc độ vào động Đảo chiều quay động Cho phép chạy Dây nối đất Cấp nguồn 72VDC cho điều khiển Khối biến đổi điện áp cho stator pha C Mạch đệm Khuếch đại thuật toán Khối biến đổi điện áp cho stator pha B Khối biến đổi điện áp cho stator pha B Vi điều khiển STM8S Mạch kích xung điều khiển Khối biến đổi điện áp 72V/5V Điện trở sun RS Hình 4-5 Hình ảnh Khối biến đổi cơng suất điều khiển Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 52 4.2 Cấu trúc mơ hình Cấu trúc điều khiển mơ hình thực nghiệm nhƣ sau: +VCC Tín hiệu đặt Hãm, dừng TA+ Vi điều khiển STM8S PWM Mạch kích xung điều khiển Đảo chiều quay A TB+ BLDC B TA- TC+ C TB- TCHall sensor KĐTT RS -VCC Mạch đệm Hình 4-6 Hình 4-7 Cấu trúc mơ hình điều khiển động BLDC Học viên bên mơ hình thực nghiệm mơn Đo lường - Điều khiển, Khoa Điện tử Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 53 4.3 Các thông số mô hình thực nghiệm Các thơng số hệ thống đƣợc cho bảng sau: Điện áp định mức động 72V Công suất định mức động 2500W Tốc độ định mức động 3500 vịng/phút Cơng suất biến đổi 2500W Công suất định mức máy biến áp 3000VA Điện áp vào điều khiển 72V Công suất điều khiển 2500W Dòng điện làm việc điều khiển 20A Dòng điện lớn điều khiển 50A 4.4 Kết thực nghiệm Trong luận văn nghiên cứu phƣơng pháp điều khiển tốc độ BLDC không dùng cảm biến mà dùng quan sát để xác định vị trí rotor tốc độ quay Tuy nhiên trình thực nghiệm học viên chƣa cài đặt đƣợc thuật tốn số hạn chế chƣa khắc phục đƣợc mặt phần cứng, tốc độ xử lý khả tối ƣu hóa chƣơng trình miền rời rạc Do chƣa thu nhận đƣợc kết nhƣ ý muốn mặt thực nghiệm Do kết thực nghiệm học viên dùng phƣơng pháp điều khiển sử dụng cảm biến Hall Các kết thực nghiệm đƣợc minh họa hình vẽ sau: Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 54 Hình 4-8 Đáp ứng tốc độ BLDC khơng tải tốc độ đặt 125 vịng/phút thời điểm 7.5s Hình 4-9 Đáp ứng tốc độ BLDC khơng tải tốc độ đặt có dạng xung với tốc độ đỉnh 600 vòng/phút Đánh giá kết thực nghiệm: - Khi khởi động động cơ: + Từ lức bắt đầu khởi động đến ổn định theo tốc độ đặt 1s Đáp ứng theo tốc độ đặt, nhiên tốc độ cịn mấp mơ dao động quanh tốc độ đặt Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 55 + Lƣợng điều chỉnh nhỏ, thời gian đáp ứng nhanh - Khi dừng động cơ: Thời gian giảm tốc độ nhanh 4.5 Kết luận chƣơng Chƣơng trình bày kết thực nghiệm điều khiển tốc độ động BLDC với điều khiển đƣợc thực môi trƣờng Matlab-Simulink Phần thực nghiệm sử dụng phƣơng pháp điều khiển PI có dùng cảm biến Hall, tốc độ BLDC bám theo đƣợc tín hiệu đặt với giá trị đặt tốc độ khác Tuy nhiên hệ thực nghiệm chƣa thực đƣợc chiến lƣợc điều khiển BLDC không dùng cảm biến số lý mặt kỹ thuật Đây nhiệm vụ học viên thời gian tới Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 56 Kết luận chung luận văn Luận văn với tên đề tài “Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ động chiều không chổi than” thực đƣợc nội dung đƣợc trình bày chƣơng cách tóm tắt nhƣ sau: a Chƣơng 1: Đã thực tìm hiểu cấu trúc, phân loại phƣơng pháp điều khiển tốc độ BLDC, qua luận văn lựa chọn phƣơng pháp điều khiển không dùng cảm biến nhằm mục tiêu giảm giá thành sản phẩm khó khăn cài đặt cảm biến cho động cơ, đặc biệt động có kích thƣớc nhỏ b Chƣơng 2: Đã nghiên cứu xây dựng đƣợc mơ hình BLDC biến đổi điện áp, BLDC biến đổi điện áp đƣợc mô Matlab/Simulink c Chƣơng 3: Nghiên cứu phƣơng pháp điều khiển tốc độ cho BLDC không dùng cảm biến sử dụng 02 mạch vòng điều khiển: mạch vòng điều khiển dòng PWM mạch vòng điều khiển tốc độ dùng luật PI Chƣơng nghiên cứu phƣơng pháp dùng quan sát kiểu Luenberger để ƣớc lƣợng tốc độ quay vị trí rotor Hai giá trị ƣớc lƣợng đƣợc đƣa tới thực điều khiển dòng điều khiển tốc độ quay Từ kết mô Matlab/Simulink cho thấy quan sát ƣớc lƣợng tƣơng đối xác tốc độ vị trí rotor Tốc độ mô men động bám theo đƣợc giá trị đặt với kết đáng tin cậy d Chƣơng 4: Tác giả xây dựng mơ hình thực nghiệm để điều khiển tốc độ BLDC 2.5KW Các kết đƣợc thực dừng bƣớc đầu trƣờng hợp sử dụng cảm biến Hall, chƣa cài đặt đƣợc quan sát tốc độ vị trí thời gian hạn chế số yếu tố kỹ thuật chƣa đáp ứng đƣợc yêu cầu thực nghiệm Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 57 Các đóng góp luận văn là: a Tìm hiểu BLDC, nguyên lý làm việc phƣơng pháp điều khiển tốc độ cho BLDC, phân tích ƣu nhƣợc điểm phƣơng pháp b Xây dựng mơ hình tốn BLDC, mơ BLDC biến đổi điện áp matlab/simulink c Thiết kế quan sát để ƣớc lƣợng vị trí tốc độ động sử dụng nguyên lý quan sát Luenberger d Thiết kế đƣợc điều khiển dòng PWM điều khiển tốc độ quay dùng luật điều khiển PI, mô hệ thống điều khiển BLDC không dùng cảm biến Matlab/Simulink Các kết mô cho thấy việc sử dụng quan sát hồn tồn thay đƣợc cảm biến Hall e Xây dựng đƣợc mơ hình thực nghiệm gồm động chiều không chổi than 2.5KW môn Đo lƣờng - Điều khiển, Khoa Điện tử Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đức Dũng, “Nghiên cứu triển khai điều khiển động chiều không chổi than ứng dụng lĩnh vực điện tử”, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, Đại học Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội, 2011 [2] Thân Ngọc Hồn, … “Mơ động chiều khơng chổi than”, Tạp chí khoa học công nghệ hàng hải, số T4-6/2008 [3] Bùi Quốc Khánh – Phạm Quốc Hải – Dƣơng Văn Nghi (1999), Điều chỉnh tự động truyền động điện, nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [4] Nguyễn Phùng Quang (1996), Điều khiển động không đồng xoay chiều ba pha, nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [5] Nguyễn Phùng Quang (2004), Matlab & Simulink dành cho kỹ sƣ điều khiển tự động, nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [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 [7] P Pillay and R Krishnan, “Modeling, simulation, and analysis of permanentmagnet motor drives, part II: The bruahless DC motor drive,” IEEE Trans on 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 [9] S H Huh, S J Seo, I Choy, and G T Park, “Design of a robust stable flux observer for induction motors,” KIEE J Electr Eng Technol., vol 2, no 2, pp 280-285, 2007 [10] Vinod KR Singh Patel, A.K Pandey, “Modeling and performance analysis of PID controlled BLDC motor and different schemes of PWM controlled BLDC Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 59 motor”, International Journal of Scientific and Research Publications, Volume 3, Issue 4, April 2013 ISSN 2250-3153 [11] Tae-Sung Kim, Byoung-Gun Park, Dong-Myung Lee, Ji-Su Ryu, and DongSeok 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 [12] José Carlos Gamazo-Real, Ernesto Vázquez-Sánchez and Jaime Gómez-Gil, “Position and Speed Control of Brushless DC Motors Using Sensorless Techniques and Application Trends ”, Department of Signal Theory, 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 Das,”Speed control of Brushless DC motor with DSP controller using Matlab”, International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA) Vol 2, Issue 3, May-Jun 2012, pp.2120-2125, ISSN: 2248-9622 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ... QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN Equation Chapter (Next) Section 1.1 Tổng quan động BLDC Động DC không chổi than BLDC (Brushles DC Motor) dạng động đồng có kết cấu giống nhƣ động chiều, ... việc điều khiển động BLDC khó khăn động chiều chổi than Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 11 1.4 Một số phƣơng pháp điều khiển động BLDC Để điều khiển động BLDC có hai phƣơng pháp. .. qua không dải tốc độ thấp nhằm ƣớc lƣợng đƣợc vị trí rotor cách xác hơn, kết hợp thuật toán điều khiển tốc độ sử dụng luật điều khiển PI để điều chỉnh tốc độ với độ xác dải tốc độ thấp tốc độ