Ứng dụng mạng nơron điều khiển động cơ từ trở

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN TRUNG THOẠI ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TỪ TRỞ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ NGÀNH : 2.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2006 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Hữu Phúc Cán nhận xét 1: Cán nhận xét 2: Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày……… tháng……… năm……… TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp Hồ Chí Minh, ngày……… tháng……… năm……… NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên: Nguyễn Trung Thoại Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 15-01-1976 Nơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN I- TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TỪ TRỞ II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tìm hiểu động từ trở phương pháp điều khiển động từ trở Tìm hiểu mạng nơron ứng dụng mạng nơron vào việc điều khiển giảm thiểu độ nhấp nhô moment động từ trở III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN HỮU PHÚC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH TS NGUYỄN HỮU PHÚC Nội dung đề cương luận văn thạc só hội đồng chuyên ngành thông qua Tp Hồ Chí Minh, ngày……… tháng……… năm……… TRƯỞNG PHÒNG ĐT - SĐH TRƯỞNG KHOA QL CHUYÊN NGÀNH LỜI CẢM ƠN Trước hết, Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến Thầy TS Nguyễn Hữu Phúc, người tận tình hướng dẫn bảo Tôi suốt trình làm luận văn Ngoài Tôi xin chân thành cảm ơn: Thầy Giáo, Cô Giáo Khoa Điện Trường Đại Học Bách Khoa tận tình bảo truyền đạt kiến thức suốt thời gian học làm luận văn Thầy Giáo, Cô Giáo Phòng Quản lý khoa học sau đại học, phòng quản lý thư viện tạo điều kiện thuận tiện suốt thời gian học trường Ban Giám Hiệu, đồng nghiệp nơi Tôi công tác, tạo điều kiện thuận lợi để Tôi hoàn thành khóa học Cảm ơn Gia Đình, Bạn Bè động viên Tôi nhiều suốt thời gian Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2006 Học Viên thực Nguyễn Trung Thoại MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Ưu, khuyết điểm số ứng dụng động từ trở 1.3 Mục tiêu luận văn 1.4 Cấu trúc luận văn CHƯƠNG 2: MÔ TẢ TOÁN HỌC CỦA ĐỘNG CƠ TỪ TRỞ .5 2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động động từ trở 2.1.1 Cấu tạo 2.1.2 Nguyên lý hoạt động 2.2 Mô tả toán học động từ trở 11 2.2.1 Biến thiên điện cảm pha 11 2.2.2 Phương trình moment 12 2.2.3 Các phương trình mô tả toán học động từ trở 15 2.3 Đặc tính dòng điện pha động từ trở 17 2.4 Đặc tính từ thông động từ trở 18 2.5 Mô hình tuyến tính điện cảm 19 CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TỪ TRỞ 21 3.1 Nguyên tắc điều khiển động từ trở 22 3.2 Các chiến lược điều khiển động từ trở 23 3.2.1 Điều khiển điện áp 23 3.2.2 Điều khiển dòng điện 24 3.2.3 Điều khiển từ thông 24 3.2.4 Điều khiển moment .25 3.3 Caáu trúc biến đổi công suất dùng cho động từ trở .26 3.3.1 Bộ biến đổi công suất dạng q khoá đóng cắt q pha .26 3.3.2 Bộ biến đổi công suất dạng (q+1) khoá đóng cắt q pha 27 3.3.3 Bộ biến đổi công suất dạng 1.5q khoá đóng cắt q pha 27 3.3.4 Bộ biến đổi công suất dạng 2q khoá đóng cắt q pha .28 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TRỪ TRỞ 30 4.1 Xây dựng mô hình điều khiển động từ trở 31 4.1.1 Mô hình động từ trở 31 4.1.2 Mô hình khối pha A .34 4.1.3 Mô hình khoái pha B .35 4.1.4 Mô hình khối pha C .36 4.1.5 Khối chuyển đổi 36 4.2 Mô hình mô SRM có khối điều khiển tốc độ PI .40 4.3 Kết mô 40 4.3.1 Khi moment tải thay đổi 40 4.3.2 Khi tốc độ thay đổi 44 4.3.3 Khi thay đổi góc tắt 48 4.4 Baûng tổng kết nhận xét kết mô 69 CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON ĐIỀU KHIỂN GIẢM THIỂU ĐỘ NHẤP NHÔ MOMENT 71 5.1 Giới thiệu lý thuyết mạng nơron ứng dụng 72 5.1.1 Khái niệm 72 5.1.2 Mô hình mạng nơron nhân tạo 72 5.1.3 Phân loại mạng nơron 73 5.1.4 Huấn luyện mạng nơron 74 5.1.5 Trình tự bước xây dựng mạng nơron .75 5.2 Bộ nơron bù góc tắt 76 5.2.1 Đặt vấn đề bù góc tắt .76 5.2.2 Quá trình xây dựng nơron bù góc tắt .78 5.2.3 Sơ đồ điều khiển SRM có nơron bù góc tắt .91 5.2.4 Kết mô 91 5.2.5 Phân tích kết nhận xeùt 107 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 109 6.1 Kết luận 110 6.2 Hướng phát triển đề tài 110 Taøi liệu tham khảo Chương 1: Tổng quan CHƯƠNG TỔNG QUAN Chương 1: Tổng quan 1.1 Đặt vấn đề: Ngày nay, với phát triển vượt bật kỹ thuật điều khiển, vi mạch, mà động từ trở (SRM: Switched Reluctance Motor) ngày quan tâm nhiều hệ thống truyền động điện ưu điểm bật như: cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy, hoạt động với tốc độ cao, moment lớn, giá thành thấp… Bên cạnh ưu điểm có nhược điểm phức tạp điều khiển tính phi tuyến từ thông làm cho moment có độ nhấp nhô lớn ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống điều khiển, mặt khác SRM hoạt động trực tiếp với nguồn DC AC mà phải chuyển đổi pha động cơ, việc chuyển đổi phải diễn vào thời điểm thích hợp Như việc điều khiển SRM chiến lược cần thiết tồn song song với phạm vi ứng dụng ngày rộng rãi động Điều khiển SRM vấn đề phức tạp, điều khiển giảm thiểu độ đập nhấp nhô moment quan tâm Vì có nhiều tác giả nghiên cứu vấn đề chủ yếu chia làm hai nhóm: - Một là: thiết kế động nhằm làm giảm độ nhấp nhô moment như: tăng số cực stator rotor, thiết kế kích thước cực từ cho phù hợp, nhiên giải pháp đáp ứng phần phụ thuộc vào công nghệ chế tạo giá thành sản phẩm - Hai là: sử dụng phương pháp điều khiển thích hợp như: dùng mô hình phi tuyến, chọn cấu trúc chuyển đổi công suất góc đóng mở cho phù hợp, dùng thuật toán điều khiển tối ưu, dùng fuzzy logic, neural-fuzzy để bù dòng điện, bù góc tắt … Do tính chất phi tuyến cao SRM nên việc điều khiển dùng mạng Nơron, điều khiển mờ, điều khiển mờ mạng nơron phù hợp Trong đề tài này, Học Viên tìm hiểu ứng dụng mạng NƠRON vào việc điều khiển động từ trở mà cụ thể điều khiển giảm thiểu độ nhấp nhô moment 1.2 Ưu khuyết điểm số ứng dụng động từ trở: - SRM có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo stator rotor dạng cực lồi, dây quấn stator dạng tập trung dễ quấn, rotor dẫn nam châm đơn giản rotor loại máy điện khác Chương 1: Tổng quan - SRM có cấu tạo đơn giản nên giá thành thấp, làm việc tin cậy, hệ số moment quán tính lớn - Tốc độ khả tăng tốc lớn, đạt 100000V/phút dùng điều khiển phù hợp - Cấu trúc chắn SRM phù hợp môi trường khắc nghiệt môi trường có nhiệt độ cao độ rung động lớn - Dễ làm mát toàn lượng nhiệt sinh stator Chính ưu điểm với phát triển kỹ thuật điều khiển mà SRM lựa chọn cho nhiều ứng dụng: - Trong hệ truyền động thay đổi tốc độ - Trong ứng dụng đặc biệt như: máy nén, quạt gió, bơm, máy quay li tâm - Trong ứng dụng dân dụng như: chế biến thực phẩm, máy giặt, máy hút bụi - Ứng dụng tàu điện, hệ thống servo… Bên cạnh ưu điểm nêu SRM có số hạn chế như: - SRM làm việc trực tiếp với nguồn chiều xoay chiều mà phải thực chuyển mạch pha động dựa vào vị trí tức thời rotor - Do cấu trúc cực từ lồi stator lẫn rotor nên đặc tính từ thông SRM có tính phi tuyến cao việc phân tích điều khiển phức tạp - Moment SRM có độ nhấp nhô cao 1.3 Mục tiêu luận văn: - Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động mô tả toán học SRM - Lập mô hình SRM - Tìm hiểu nguyên tắc chiến lược điều khiển SRM - Tìm hiểu cấu trúc biến đổi điện tử công suất dùng cho SRM - Lập mô hình mô điều khiển tốc độ, điều khiển moment SRM dùng MATLAB/SIMULINK phân tích kết mô ... , i j ) = 20 Chương 3: Điều khiển động từ trở CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TỪ TRỞ 21 Chương 3: Điều khiển động từ trở 3.1 Nguyên tắc điều khiển động từ trở: Moment động từ trở tính bỡi công thức:... BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN I- TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TỪ TRỞ II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tìm hiểu động từ trở phương pháp điều khiển động từ trở Tìm hiểu mạng nơron ứng dụng. .. nên việc điều khiển dùng mạng Nơron, điều khiển mờ, điều khiển mờ mạng nơron phù hợp Trong đề tài này, Học Viên tìm hiểu ứng dụng mạng NƠRON vào việc điều khiển động từ trở mà cụ thể điều khiển