Điều khiển động cơ đồng bộ bằng phương pháp DTFC

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐỖ CHÍ PHI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP DTFC Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số ngành : 2.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2004 Trang 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 Phan Quốc Dũng Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …… tháng … năm 2004 Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày … tháng 07 năm 2004 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : Đỗ chí phi Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 20 – 12 -1975 Nơi sinh : Bình Thuận Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện MSHV : KTĐI.13.008 I- TÊN ĐỀ TÀI: Điều khiển động đồng phương pháp DTFC II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : Xây dựng mô hình điều khiển động theo phương pháp DTFC Thiết lập bảng tham chiếu đóng cắt linh kiện bán dẫn Mô hệ thống phần mềm Matlab So sánh đáp ứng mômen ,tốc độ , từ thông với giá trị đặt Dùng mạng nơron nhân tạo (ANN) thay khâu điều khiển khâu ước tính , thực mô mô hình So sánh phương pháp điều khiển ANN với phương pháp điều khiển truyền thống Trang III- NGÀY GIAO NHIỆM VU Ï: Ngày 09 tháng 02 năm 2004 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 09 tháng 07 năm 2004 V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Phan Quốc Dũng CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Ngày tháng năm 2004 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH Trang Lời cảm ơn ! Tập luận văn hoàn thành thời hạn nhờ công ơn lớn lao quý thầy cô khoa Điện - Điện tử trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện giúp đỡ thời gian vừa qua Tôi xin bày tỏ tình cảm chân thành lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn TS Phan Quốc Dũng tạo điều kiện thuận lợi tận tình hướng dẫn suốt trình làm luận văn Kính chúc quý thầy cô nhiều sức khỏe bình an Trang TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ LUẬN VĂN BAO GỒM : Mở đầu : - Mục đích lí chọn đề tài - Nhiệm vụ đề tài - Lịch sử đề tài - Cơ sở khoa học đề tài Các chương : - Chương I : Mô hình toán học - Chương II : Xây dựng mô hình toán học phần mềm mô Matlab - Chương III : Xây dựng hệ thống điều khiển mạng nơron nhân tạo - Chương IV : Kết mô Kết luận hướng phát triển đề tài Trang MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI VÀ MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI ÝÙ NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 10 CƠ SỞ CỦA ĐỀ TÀI 10 LỊCH SỬ CỦA ĐỀ TÀI 11 CHƯƠNG I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 1.1 MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ 13 1.1.1 Giới thiệu động đồng rôto nam châm vónh cửu 13 1.1.3 Phép chuyển đổi abc Ỉ αβỈ dq ngược lại 15 1.1.4 Mô hình d-q động đồng 17 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 21 ĐỒNG BỘ PM - SM 1.2.1 Điều khiển vô hướng (v/f) với khâu bù góc tải 21 1.2.2 Điều khiển véc tơ 21 1.2.3 Điều khiển trực tiếp mômen từ thông 22 1.3 BỘ NGHỊCH LƯU VÀ BỘ BIẾN TẦN 24 1.3.1 Bộ nghịch lưu áp 26 1.3.2 Phương pháp điều chế vector không gian 32 1.3.3 Bảng trạng thái đóng cắt theo vector không giun điện áp 40 Trang CHƯƠNG II XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG Trang TRÊN PHẦN MỀM MATLAB 44 2.1 MOÂ HÌNH ĐỘNG CƠ 44 2.4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHỐI NGHỊCH LƯU 45 2.3 MÔ HÌNH BẢNG ĐÓNG CẮT 48 2.2 MÔ HÌNH ƯỚC TÍNH MÔMEN VÀ TỪ THÔNG 49 2.5 XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHÂU SO SÁNH TRỂ 50 2.6 MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 51 CHƯƠNG III :MẠNG NƠRON NHÂN TẠO 52 3.1 TỔNG QUÁT 52 3.2 THUẬT TOÁN HUẤN LUYỆN KHÂU ƯỚC 52 TÍNH TỪ THÔNG BẰNG MẠNG NƠRON 3.3 THUẬT TOÁN HUẤN LUYỆN KHÂU ƯỚC 55 TÍNH MÔMEN BẰNG MẠNG NƠRON 3.4 HUẤN LUYÊN BẢNG ĐÓNG CẮT BẰNG MẠNG NƠ RON 57 3.5 THUẬT TOÁN HUẤN LUYỆN KHÂU SO SÁNH TRỂ 58 BẰNG MẠNG NƠ RON 3.5.1 Khâu so sánh trể ba bậc 58 3.5.2 Khâu so sánh trể hai bậc 60 CHƯƠNG IV : KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 64 4.1 ĐÁP ỨNG TỐC ĐỘ , MÔMEN , TỪ THÔNG , DÒNG ĐIỆN , 64 ĐIỆN ÁP THEO PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG 4.2 ĐÁP ỨNG TỐC ĐỘ , MÔMEN , TỪ THÔNG DÒNG ĐIỆN , 71 ĐIỆN ÁP KHI BẢNG ĐÓNG CẮT HUẤN LUYỆN ANN Trang Trang 4.3 ĐÁP ỨNG TỐC ĐỘ , MÔMEN , TỪ THÔNG KHI 74 THAY THẾ KHÂU ƯỚC TÍNH TỪ THÔNG, BẰNG ANN 4.4 ĐÁP ỨNG TỐC ĐỘ , MÔMEN , TỪ THÔNG KHI 77 THAY THẾ CÁC KHÂU ƯỚC TÍNH BẰNG ANN 4.5 ĐÁP ỨNG TỐC ĐỘ , MÔMEN , TỪ THÔNG KHI 80 MÔMEN TẢI THAY ĐỔI KẾT LUẬN 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 PHUÏ LUÏC 87 PHUÏ LUÏC 90 PHUÏ LUÏC 93 PHUÏ LUÏC 95 PHUÏ LUÏC 97 PHUÏ LUÏC 99 Trang MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI VÀ MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Các động điện xoay chiều thường dùng nhiều sản xuất động không đồng , động có đặc điểm cấu tạo đơn giản giá thành hạ , làm việc chắn bảo quản dể dàng Tuy nhiên , thời gian gần , động điện đồng sử dụng nhiều có ưu điểm định so sánh với độâng không đồng lónh vực truyền động điện Về ưu điểm , trước hết phải nói đến ưu điểm động điện đồng kích từ nguồn điện chiều nên làm việc với cos Φ =1 không cần lấy công suất phản kháng từ lưới điện kết hệ số công suất lưới điện cao , làm giảm điện áp rơi tổn hao công suất đường dây Ngoài ưu điểm động điện đồng chịu ảnh hưởng thay đổi điện áp mômem động đồng tỉ lệ với điện áp U , động không đồng có mômem tỉ lệ với U2 Vì điện áp lưới sụt thấp , khã giữ tải động điện đồng lớn Cũng phải nói thêm , hiệu suất động điện đồng thường cao động không đồng Có nhiều phương pháp điều khiển động đồng động không đồng Tuy nhiên , vấn đề cần đặt điều khiển động cho truyền động đạt đặt tính xác lập độ ( đặt tính động ) thích hợp với hệ truyền động khác Có phương pháp điều khiển sau : - Điều khiển vô hướng ( v/f ) Trang 10 p = [f;tt;o]; t = [a;b;c]; net = train(net,p,t); b1 = net.b(1); b1 = cat(1,b1{:}); b2 = net.b(2); b2 = cat(1,b2{:}); IW = net.IW(1,1); IW = cat(1,IW{:}); LW = net.LW(2,1); LW = cat(1,LW{:}); gensim(net,1e-5) Chú thích phụ lục 2: Ba biến ngõ vào sai số từ thông (f) , sai số mômen (tt) , mã góc từ thông (o) Ba biến ngõ : net = newff([-5 5;-2 2;0.1 0.6],[18,3],{'logsig','purelin'},'trainlm'); Giá trị mim – max Số nơron ẩn ba biến ngõ vào Số ngõ net.trainParam.show = 5; Bước nhảy net.trainParam.epochs = 3000; Hệ số phản hồi 3000 net.trainParam.goal = 1e-10; Sai số bình phương p = [f;tt;o]; Khai báo ngõ vào t = [a;b;c]; Khai báo ngõ Trang 92 net = train(net,p,t); Bắt đầu huấn luyện với ngõ vào p ngõ t b1 = net.b(1); Hệ số hiệu chỉnh lớp đặt ẩn b1 = cat(1,b1{:}); cat ; Hàm chyển đổi b1 ,b2 : Độ dốc b2 = net.b(2); Hệ số hiệu chỉnh lớp đặt ẩn đầu IW = net.IW(1,1); Trọng số lớp đặt ẩn LW = net.LW(2,1); Trọng số lớp đặt đầu gensim(net,1e-5) Hàm tạo khối simulink để mô mạng nơron Trang 93 PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH HUẤN LUYỆN ANN CHO KHÂU ƯỚC TÍNH TỪ THÔNG XÂY DỰNG TRONG MATLAB VIẾT BẰNG FILE.M clear all; va=[0.12652 0.26595 0.98267 0.28763 0.15674 0.98531 0.457112 0.461274 0.76393 0.23272]; vb=[0.32652 0.26575 0.75267 0.88763 0.35674 0.28531 0.26711 0.56127 0.26393 0.63272]; vc=[0.82652 0.36575 0.25267 0.48763 0.65674 0.78531 0.36711 0.26127 0.16393 0.13272]; ia=[0.02652 0.36575 0.05067 0.08763 0.15674 0.48531 0.56711 0.26127 0.46393 0.63272]; ib=[0.12652 0.26575 0.75067 0.28763 0.65674 0.28531 0.16711 0.56127 0.26393 0.04326]; ic=[0.62652 0.56575 0.25067 0.58763 0.05674 0.48531 0.36711 0.46127 0.06393 0.24326]; ds=[-0.40640 -0.03746 0.82039 -0.13147 -0.32481 0.40368 0.07590 0.08821 0.27204 -0.21085]; qs=[-0.37906 -0.02247 0.10547 0.54573 -0.32523 -0.35277 -0.04959 0.24657 0.07388 0.45453]; P=[va;vb;vc;ia;ib;ic]; net=newlin([0 220;0 220;0 220;-50 50;-50 50;-50 50],1,[0 1],0.01); net.trainParam.epochs=3000; net.trainParam.goal=1e-10; net=train(net,P,ds); Trang 94 Y=sim(net,P) gensim(net) P1=[vb;vc;ib;ic]; net=newlin([0 220;0 220;-50 50;-50 50],1,[0 1],0.01); net.trainParam.epochs=3000; net.trainParam.goal=1e-10; net=train(net,P1,qs); Y=sim(net,P1) gensim(net) Chú thích phụ lục : Ta chọn mười tham số ngẫu nhiên cho sáu ngõ vào Va,Vb ,Vc , ia , ib,ic Hhai biến ngõ ds qs xác định từ hàm mục tiêu P=[va;vb;vc;ia;ib;ic]; : Khai báo sáu ngõ vaøo net=newlin([0 220;0 220;0 220;-50 50;-50 50;-50 50],1,[0 1],0.01); net=newlin(PR,S,ID,LR) PR : Ma trận R×2 giá trị Min – Max ngõ vào S : Số phần tử véc tơ ngõ ID : Véc tơ tạo trể ngõ vào , mặt định [0] LR : Tốc độ huấn luyện (Learning rate ) , mặt định [0.01]; Y=sim(net,P) : Mô P1=[vb;vc;ib;ic]; : Khai báo ngõ Trang 95 PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH HUẤN LUYỆÂN ANN CHO KHÂU ƯỚC TÍNH MÔMEN XÂY DỰNG TRONG MATLAB VIẾT BẰNG FILE.M clear all; ia=[0.02652 0.36575 0.05067 0.08763 0.15674 0.48531 0.56711 0.26127 0.46393 0.63272]; ib=[0.12652 0.26575 0.75067 0.28763 0.65674 0.28531 0.16711 0.56127 0.26393 0.04326]; ic=[0.62652 0.56575 0.25067 0.58763 0.05674 0.48531 0.36711 0.46127 0.06393 0.24326]; ds=[-0.40640 -0.03746 0.82039 -0.13147 -0.32481 0.40368 0.07590 0.08821 0.27204 -0.21085]; qs=[-0.37906 -0.02247 0.10547 0.54573 -0.32523 -0.35277 -0.04959 0.24657 0.07388 0.45453]; T=[0.12990 0.02582 1.20807 0.67548 -0.70146 -0.10392 0.00519 0.20784 0.20784 -0.55787]; net=newff([-27 27;-27 27;-27 27;0 1;0 1],[6,1],{'logsig','purelin'},'trainlm'); net.trainParam.show=5; net.trainParam.epochs=3000; net.trainParam.goal=1e-10; P=[ia;ib;ic;ds;qs]; net=train(net,P,T); b1 = net.b(1); Trang 96 b1 = cat(1,b1{:}); b2 = net.b(2); b2 = cat(1,b2{:}); IW = net.IW(1,1); IW = cat(1,IW{:}); LW = net.LW(2,1); LW = cat(1,LW{:}); gensim(net,1e-5) Trang 97 PHUÏ LỤC Mô hình mô phương pháp điều khiển động theo phương pháp điều khiển dòng điện Trang 98 Đáp ứng tốc độ (n* = 700 V/ph) Đồ thị dòng điện Trang 99 Đáp ứng mômen PHỤ LỤC Mô hình đáp ứng mômen tốc , tốc độ theo phương pháp điều khiển DTC buổi hội thảo IEEE Fig Proposed DTC system diagram Trang 100 Fig Speed Estimation Scheme Fig Speed Estimation Scheme Modeling Results Trang 101 Fig.4(a).Torque dynamics with basic DTC Fig.4(b).Torque dynamics with the modified DTC Experimental Results Trang 102 Fig.5(a) Sensorless control under the basic DTC -experiment Trang 103 Fig.5(b) Sensorless control under the modified DTC-experiment Trang 104 Fig.6(a) Speed Estimation Error with the basic DTC -experiment Fig.6(b) Speed Estimation Error with the modified DTCexperiment Trang 105 TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên : Đỗ Chí Phi Ngày , tháng , năm sinh : 20 – 12 - 1975 Địa liên lạc : 935 Trần Hưng Đạo , Phường , Quận , Nơi sinh : Bình Thuận TP.HCM ; Điện thoại : 9233926 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Từ 1993 – 1998 : Học trường đại học bách khoa TPHCM Và tạm trú KTX Bách Khoa , 497 Hòa Hảo , Phường 14 , Q.10 , TPHCM QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC Từ 1998 đến : Công tác trường Kỹ Thuật Cao Thắng 65 Huỳnh Thúc Kháng , phường Bến Nghé , Quận , TPHCM Thường trú : 935 Trần Hưng Đạo , Phường , Quận , TP.HCM Điện thoại : 9233926 Trang 106 ... d-q động đồng 17 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 21 ĐỒNG BỘ PM - SM 1.2.1 Điều khiển vô hướng (v/f) với khâu bù góc tải 21 1.2.2 Điều khiển véc tơ 21 1.2.3 Điều khiển. .. nói thêm , hiệu suất động điện đồng thường cao động không đồng Có nhiều phương pháp điều khiển động đồng động không đồng Tuy nhiên , vấn đề cần đặt điều khiển động cho truyền động đạt đặt tính... đưa phương pháp ước tính từ thông điều khiển động đồng phương pháp DTC Đề tài phần đề tài nghiên cứu CƠ SỞ CỦA ĐỀ TÀI Từ tác giả nghiên cứu , với đề tài : ? ?Điều khiển động đồng phương pháp DTFC