Điều khiển thời gian thực động cơ không đồng bộ 3 pha bằng phương pháp tuyến tính hóa vào ra

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HUỲNH ĐỖ MINH THIỆN ĐIỀU KHIỂN THỜI GIAN THỰC ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA BẰNG PHƯƠNG PHÁP TUYẾN TÍNH HĨA VÀO RA CHUN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HĨA Niên Khóa: 2007 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH – 01/2011 Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS DƯƠNG HOÀI NGHĨA (ghi rõ họ tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: (ghi rõ họ tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: (ghi rõ họ tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2011 Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: HUỲNH ĐỖ MINH THIỆN Ngày, tháng, năm sinh : 27/03/1983 Chuyên ngành : TỰ ĐỘNG HĨA Khố (Năm trúng tuyển) : 2007 Giới tính : Nam Nơi sinh : Tp Đà Nẵng 1- TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN THỜI GIAN THỰC ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA BẰNG PHƯƠNG PHÁP TUYẾN TÍNH HĨA VÀO RA 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: • Xây dựng luật điều khiển tuyến tính hóa vào áp dụng cho đối tượng phi tuyến động khơng đồng ba pha • Tiến hành mơ điều khiển tuyến tính hóa vào động khơng đồng ba pha phần mềm MATLAB • Áp dụng luật điều khiển tuyến tính hóa vào điều khiển đối tượng thực động không đồng ba pha 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 1/7/2010 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 1/1/2010 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ): PGS.TS DƯƠNG HOÀI NGHĨA Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) PGS.TS Dương Hoài Nghĩa GVC.TS Nguyễn Đức Thành PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện LỜI CẢM ƠN Xin gởi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Dương Hồi Nghĩa, người tận tình hướng dẫn, bảo giúp đỡ tác giả suốt thời gian thực luận văn Và quan trọng hết, PGS người gợi mở cho tác giả đề tài, hướng nghiên cứu mẻ, độc đáo, có tính ứng dụng cao, hồn tồn phù hợp với lực tác giả Xin cảm ơn bố mẹ tác giả, người tạo điều kiện thuận lợi tối đa để tác giả nghiên cứu hoàn thiện luận văn Sự giúp đỡ khơng mang tính chun mơn góp phần quan trọng đến thành công luận văn Bên cạnh tác giả xin chân thành cảm ơn quý thầy cô môn Điều Khiển Tự Động trang bị cho tác giả kiến thức quý báu để hoàn thành tốt luận văn Lời cảm ơn cuối xin dành cho bạn thuộc lớp cao học TDH 2007 Sự giúp đỡ bạn mặt chuyên môn nguồn động lực không nhỏ cho tác giả suốt thời gian qua HUỲNH ĐỖ MINH THIỆN Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện Tóm tắt luận văn thạc sĩ Đề tài xây dựng điều khiển tuyến tính hóa vào điều khiển động không đồng nuôi nghịch lưu áp ba bậc dạng Diode kẹp điểm trung tính (Three-level Neutral Point Clamped Voltage Source Inverter – NPC VSI) Bộ điều khiển thiết kế gồm hai phần: Trong phần một, đối tượng động không đồng ba pha tuyến tính hóa cách áp dụng lý thuyết tuyến tính hóa vào Động khơng đồng sau tuyến tính hóa điều khiển phương pháp điều khiển tuyến tính như: điều khiển tuyến tính tín hiệu sai lệch, điều khiển tuyến tính dùng phương pháp đặt cực, điều khiển PID, … phần hai Việc sử dụng nhiều phương pháp điều khiển tuyến tính giúp tác giả thu nhiều kết để có so sánh lựa chọn phương pháp tốt áp dụng vào điều khiển cho đối tượng thực ĐC KĐB Như vậy, điểm mạnh luận văn việc tác giả áp dụng điều khiển tuyến tính hóa vào việc điều khiển đối tượng thực ĐC KĐB Kết tạo tiền đề cho việc áp dụng điều khiển tuyến tính hóa vào việc điều khiển cho nhiều đối tượng thực khác Đồng thời tác giả tiến hành so sánh kết điều khiển phương pháp điều khiển tuyến tính hóa vào với phương pháp khác như: Điều khiển trực tiếp mô-men (DTC), Điều khiển định hướng từ thơng rotor (FOC), Điều khiển dùng mơ hình nội (IMC), Điều khiển tuyến tính hóa vào (IOLC), … Sự so sánh giúp tác giả có kết luận xác ưu khuyết điểm phương pháp Và dựa vào tác giả có sở để nâng cao, phát triển đề tài Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện ABSTRACT This thesis presents an Input Output Linearization controller for induction motors fed with three-level Neutral Point Clamped (NPC) Voltage Source Inverter (VSI) This controller is designed in two steps: In the first step, the induction motor is linearzed by applying the Input Output Linearization theory In the second step, the linearzed system is controlled by a linear controller such as: pole placement controller, PID controller A comparision study is carried out with many different controller such as: Direct Torque Control (DTC), Field Oriented Control (FOC), Internal Model Control ( IMC), Input Output Linearization Control (IOLC)… Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện Mục lục Trang Chương 1: Tổng quan 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Các phương pháp điều khiển động không đồng 1.2.1 Phương pháp điều khiển trực tiếp Mô men 1.2.2 Phương pháp điều khiển định hướng trường 1.3 Tổng quan phương pháp điều khiển tuyến tính hóa vào 12 1.3.1 Tình hình nghiên cứu nước 12 1.3.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 12 1.4 Nội dung tóm lược luận văn 13 Chương 2: Điều khiển tuyến tính hóa vào ứng dụng điều khiển động không đồng 2.1 Giới thiệu phương pháp điều khiển tuyến tính hóa vào 15 2.2 Thiết kế điều khiển tuyến tính hóa vào ĐC KĐB 17 2.2.1 Điều khiển tuyến tính tín hiệu sai lệch 21 2.2.2 Điều khiển tuyến tính dùng phương pháp đặt cực 22 2.2.3 Điều khiển PID 26 2.3 Bộ ước lượng từ thông rotor mô - men 28 2.3.1 Bộ ước lượng từ thông rotor 28 2.3.2 Bộ ước lượng mô – men 31 2.4 Bộ nghịch lưu áp ba bậc ứng dụng điều khiển ĐC KĐB 31 2.4.1 Đặt vấn đề 31 2.4.2 Tổng quan nghịch lưu 31 2.4.3 Cấu trúc BNL áp ba bậc chứa cặp diode kẹp (Neutral Point Clamped Multilevel Inverter –NPC) 32 2.4.4 Giải thuật điều khiển BNL áp ba bậc NPC 33 2.4.5 Sơ đồ BNL ba bậc mô Matlab 34 Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện 2.5 Tóm lược chương 36 Chương 3: Mơ điều khiển tuyến tính hóa vào động không đồng ba pha 3.1 Điều kiện mô 37 3.1.1 Điều kiện mô 37 3.1.2 Mục tiêu điều khiển 37 3.1.3 Phương pháp tiếp cận 38 3.1.4 Đánh giá so sánh 38 3.2 Thiết lập đối tượng 38 3.3 ĐK TTHVR với khâu ước lượng vòng hở phương pháp ĐKTT THSL 40 3.4 ĐK TTHVR với khâu ước lượng vịng kín phương pháp ĐKTT THSL 44 3.5 ĐK TTHVR với khâu ước lượng vòng hở phương pháp ĐK đặt cực 48 3.6 ĐK TTHVR với khâu ước lượng vịng kín phương pháp ĐK đặt cực 54 3.7 ĐK TTHVR với khâu ước lượng vòng hở phương pháp ĐK PID 60 3.8 ĐK TTHVR với khâu ước lượng vịng kín phương pháp ĐK PID 64 3.9 ĐK TTHVR với khâu ước lượng vòng hở dạng RR phương pháp ĐK đặt cực 67 3.10 Nhận xét chung 76 3.11 Tóm lược chương 77 Chương 4: Điều khiển tuyến tính hóa vào đối tượng thực động không đồng ba pha 4.1 Giới thiệu thiết bị phần mềm dùng điều khiển đối tượng thực 78 4.1.1 Giới thiệu card điều khiển DSPACE DS1104 78 4.1.2 Các sơ đồ mạch phần cứng dùng luận văn 86 4.2 ĐK TTHVR đối tượng thực động không đồng 93 4.2.1 Sơ đồ điều khiển 93 4.2.2 Kết điều khiển 95 4.2.3 Nhận xét so sánh với kết mô 99 4.3 Tóm lược chương 101 Chương 5: Nhận xét kết hướng phát triển Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện 5.1 Kết đạt 102 5.2 Một số hạn chế 103 5.3 Hướng phát triển đề tài 104 Tài liệu tham khảo .106 Phụ lục Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện Danh mục từ viết tắt ĐC KĐB: Động không đồng ĐK: Điều khiển ĐKTT: Điều khiển tuyến tính THSL: Tín hiệu sai lệch TTHVR: Tuyến tính hóa vào (Input Output Linearization) DTC: Điều khiển trực tiếp mô – men (Direct Torque Control) FOC: Điều khiển định hướng từ thông (Field Oriented Control) IMC: Điều khiển mô hình nội (Internal Model Control) SMC: Điều khiển trượt (Điều khiển mơ hình nội) NPC: Diode kẹp điểm trung tính nguồn (Neutral Point Clamped) PWM: Điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation) SPWM: Điều chế độ rộng xung sin (Sine Pulse Width Modulation) SVPWM: Điều chế véc-tơ không gian (Space Vector Pulse Width Modulation) Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện Hình 4.33 Dịng điện động theo trục Hình 4.34 Dịng điện động theo a,b,c xác lập (mô phỏng) trục a,b,c xác lập (chạy thực) Kết việc điều khiển đối tượng thực kết mô gần giống với Sự sai khác khơng đáng kể Có sai số hai kết điều khiển mô hình thực cịn gặp nhiều vấn đề liên quan đến đối tượng như: tác động nhiệt đến mô hình động cơ, ảnh hưởng nhiễu, encoder… Như vậy, điều khiển tuyến tính hóa vào cho thấy khả ứng dụng thực tiễn cao Để phát triển đề tài lên mức độ ứng dụng thực tiễn, ta thay điều khiển sử dụng DSPACE vi điều khiển DSP Với hướng này, việc điều khiển linh hoạt nhiều Vì thời gian làm luận văn có hạn nên tác giả dừng lại việc thử nghiệm giải thuật điều khiển với card điều khiển DSPACE 4.3 Tóm lược chương Trong chương 4, tác giả giới thiệu cách ứng dụng điều khiển TTHVR việc điều khiển thời gian thực ĐC KĐB Với thiết bị phần mềm giới thiệu điều khiển TTHVR, tác giả xây dựng sơ đồ điều khiển tiến hành điều khiển thời gian thực ĐC KĐB Trong luận văn này, tác giả giới thiệu hai thí nghiệm việc điều khiển thời gian thực ĐC KĐB: thí nghiệm tăng tốc thí nghiệm tốc độ Trang số -101- Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện đặt thay đổi thấy khả hoạt động điều khiển TTHVR Với kết đạt được, tác giả tiến hành so sánh với kết mơ để có đánh giá khách quan Như vậy, với kết đạt chương 4, tác giả chứng minh khả điều khiển điều khiển TTHVR không dạng mơ mà cịn có khả ứng dụng vào thực tế Từ phát huy khả điều khiển cho nhiều đối tượng Trang số -102- Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện Chương 5: Nhận xét kết quả-Hướng phát triển 5.1 Kết đạt được: Với đề tài nghiên cứu trên, tác giả hoàn thành số kết sau: Với kết số tài liệu tham khảo, tác giả tiến hành xây dựng sở lý thuyết cho điều khiển tuyến tính hóa vào với đối tượng ĐC KĐB Bước xây dựng tạo tiền đề vững cho tác giả tiến hành đưa điều khiển vào mô thực nghiệm Đồng thời, việc tìm hiểu lý thuyết giúp tác giả đưa số lựa chọn xác thơng số cho điều khiển Sau xây dựng sở lý thuyết vững vàng, tác giả tiến hành xây dựng điều khiển tuyến tính hóa vào dạng mơ điều khiển động không đồng Ở dạng mô phỏng, tác giả điều khiển ĐC KĐB tuyến tính hóa với nhiều phương pháp điều khiển tuyến tính khác nhau: Điều khiển tuyến tính tín hiệu sai lệch, điều khiển tuyến tính phương pháp đặt cực, điều khiển PID Đồng thời tác giả tiến hành thay đổi thông số ước lượng từ thông rotor áp đặt nhiễu lên hệ thống để thử tính thích nghi điều khiển độ bền vững hệ thống Như qua kết mơ phỏng, tác giả có nhận xét tổng quan phương pháp lựa chọn phương pháp tốt để áp dụng vào điều khiển thời gian thực ĐC KĐB Bên cạnh việc ứng dụng điều khiển TTHVR mô phỏng, tác giả áp dụng điều khiển điều khiển thời gian thực ĐC KĐB phương pháp điều khiển tuyến tính đặt cực Với kết đạt được, tác giả nhận xét rằng: Bộ điều khiển hoạt động tốt có khả áp dụng vào thực tiễn cao Tác giả tiến hành so sánh kết thực nghiệm kết mô để có đánh giá khách quan cho điều khiển tuyến tính hóa vào Đồng thời qua Trang số -102- Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện sai khác giữ mô thực nghiệm ảnh hưởng môi trường lên đối tượng hệ thống Như đến đây, tác giả hoàn thành đủ nhiệm vụ luận văn Tuy nhiên trình thực luận văn, thời gian có giới hạn nên tác giả gặp số hạn chế 5.2 Một số hạn chế: Bên cạnh kết đạt được, luận văn số khuyết điểm hạn chế sau: Bộ điều khiển TTHVR điều khiển ĐC KĐB với phương pháp ĐKTT THSL chạy tốt thông số ước lượng ước lượng từ thông rotor khác với thông số động áp đặt nhiễu vào hệ thống hệ thống lúc khơng hoạt động Bộ điều khiển TTHVR điều khiển ĐC KĐB với phương pháp điều khiển PID có khâu D nhạy với nhiễu nên có nhiễu tác động vào hệ thống điều khiển khơng hoạt động Đồng thời thông số ước lượng ước lượng từ thông rotor khác với thông số động hệ thống hoạt động khơng tốt Khi áp dụng vào điều khiển thời gian thực ĐC KĐB, tác giả sử dụng ước lượng từ thơng rotor vịng hở ước lượng từ thơng rotor vịng kín phụ thuộc vào q nhiều thơng số tín hiệu từ động Đây điểm hạn chế phần cứng luận văn Trong luận văn này, tác giả áp dụng điều khiển TTHVR cho đối tượng ĐC KĐB chưa đưa điều khiển TTHVR tổng quát cho nhiều đối tượng khác chưa áp dụng nhiều điều khiển khác vào điều khiển đối tượng ĐC KĐB Do tác giả chưa có nhiều nhận xét cho điều khiển TTHVR Đây hạn chế mà đề tài gặp phải nghiên cứu khoảng thời gian cho phép Trang số -103- Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện Để khắc phục khuyết điểm hạn chế trên, tác giả vạch hướng phát triển cho nhà nghiên cứu tiếp theo, để luận văn có ích, ứng dụng nhiều lĩnh vực điều khiển tự động Việt Nam 5.3 Hướng phát triển đề tài Hướng phát triển đề tài? Theo tác giả, đề tài có tầm ứng dụng thực tiễn lớn Do cần phải khắc phục khuyết điểm hạn chế để việc ứng dụng điều khiển TTHVR vào thực tiễn rộng rãi hơn, dễ dàng đạt nhiều kết tốt Vì vậy, để phát triển đề tài theo hướng cao hơn, có ba vấn đề cần phải giải quyết: Xây dựng mở rộng phần cứng để áp dụng ước lượng từ thơng rotor vịng kín vào điều khiển thời gian thực ĐC KĐB Ngồi thay điều khiển sử dụng DSPACE vi điều khiển DSP Với hướng này, việc điều khiển linh hoạt nhiều việc áp dụng điều khiển TTHVR vào thực tiễn đạt nhiều kết tốt Tiến hành xây dựng điều khiển TTHVR tổng quát, không áp dụng riêng cho đối tượng ĐC KĐB mà áp dụng cho nhiều đối tượng khác Với việc xây dựng này, áp dụng điều khiển TTHVR cho đối tượng khác dễ dàng nhanh chóng Trong lĩnh vực điều khiển tự động có nhiều phương pháp điều khiển khác như: điều khiển mơ hình nội, điều khiển trượt, điều khiển trực tiếp, … Do đó, khơng có điều khiển TTHVR áp dụng cho đối tượng ĐC KĐB mà phương pháp Do cần phải tiến hành đưa phương pháp điều khiển vào điều khiển ĐC KĐB để người dùng có nhiều lựa chọn cần điều khiển động Với hướng phát triển trên, tác giả mong muốn đề tài phát triển sâu rộng lĩnh vực điều khiển tự động Trang số -104- Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách: [1] Dương Hoài Nghĩa, Điều khiển hệ thống đa biến, Nhà xuất đại học quốc gia TP.Hồ Chí Minh 2007, trang 172-181 [2] Nguyễn Phùng Quang, “Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha”, NXB Giáo dục, 1998 [3] Nguyễn Văn Nhờ, “ Điện tử công suất 1”, NXB ĐHQG Tp Hồ Chí Minh, 2002 [4] Phan Quốc Dũng - Tô Hữu Phúc, “Truyền động điện”, NXB ĐHQG Tp Hồ Chí Minh, 2003 [5] Andrzej M Trzynadlowski “ The Field Orientation Principle in Control of Induction Motors” Kluwer Academic Publishers.1994 Bài báo: [6] Phan Quoc Dzung, Le Minh Phuong, Pham Quang Vinh, Nguyen Minh Hoang, Nguyen Xuan Bac, “A New Switching Technique for Direct Torque Control of Induction Motor using Four-Switch Three-Phase Inverter”,PEDs’07 Conference, Nov 27-30, 2007, Bangkok, Thailand [7] Hong Hee Lee; Phan Quoc Dzung; Le Minh Phuong; Nguyen Xuan Bac “A New Switching Technique For Direct Torque Control Of Induction Motor Using Four-Switch Three-Phase Inverter With Dc - Link Voltage Imbalance” IEEE International Conference on Industrial Technology ICIT 2009 Feb 10-13, 2009 Australia [8] Hong Hee-Lee, Phan Quoc Dzung, Truong Phuoc Hoa, Le Minh Phuong, Nguyen Xuan Bac “Fault Detection using ANN for Four Switch Three Trang 106 Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện Phase Inverter fed Induction Motor Drive” IEEE International Conference on Sustainable Energy Technologies ICSET 2008 Nov 24-27, 2008.Singapore [9] Trần Công Binh, Dương Hồi Nghĩa “Điều khiển động khơng đồng dùng mơ hình nội” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, số 54, pp 64-67, 2005 [10] Sachit Rao, Martin Buss, and Vadim Utkin, “An Adaptive Sliding Mode Observer for Induction Machines”, American Control Conf.,Jun 2008, Washington,USA [11] K K Shyu and H J Shieh, “A new switching surface sliding-mode speed control for induction motor drive systems,” IEEE Trans Power Electron., vol 11, no 4, pp 660-667, Jul 1996 [12] Z Yan, C Jin, and V I Utkin, “Sensorless sliding-mode control of induction motors,” IEEE Trans Ind Electron., vol 47, pp 1286-1297, Dec 2000 [13] Lin, F.-J Control for Shen, P.-H ,” Robust Fuzzy Neural Network Sliding-Mode Two-Axis Motion Control System”, IEEE Trans Ind Electro., Vol 53, pp.1209- 1225, Jun 2006 [14] V I Utkin, “Sliding mode control design principles and applications to electric drives,” IEEE Trans Ind Electron., vol 40, pp 23-36, Feb 1993 [15] M Tursini, R Petrella, and F Parasiliti, “Adaptive sliding mode observer for speed sensorless control of induction motors,” IEEE Trans Ind Applicat., vol 36, pp 1380-1387, Sept./Oct 2000 [16] Li Ying, Zou Jingxiang, Fu Xi, Zhang Xinzheng and Li Xiuhua, “The SelfAdjustable Fuzzy Sliding Mode Control for AC Speed Drive Systems”, Proceeding of the American Control Conference Chicago, illinois,June 2000 Trang 107 Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện [17] A Derdiyok, M K Guven, H Rehman, N Inanc, and L Xu, “Design and implementation of a new sliding-mode observer for speed-sensorless control of induction machine,” IEEE Trans Ind Electron., vol 49, no 5, pp 11771182, Oct 2002 [18] H J Shieh and K K Shyu “Nonlinear sliding-mode torque control with adaptive backstepping approach for induction motor drive,” IEEE Trans Ind Electron., vol 46, pp 380, Apr 1999 [19] Rachid Beguenane, Mohand A.Ouhrouche, and Andrzeij M.Trzynadlowski, “ Stator Resistance Tuning in an Adaptive Direct Field-Orientation Induction Motor Drive at Low Speeds”, Conf of the IEEE Ind Electron Socie., Nov 2004, Busan, Korea [20] Fodor D., Katona Z., Szesztay E., “Field-oriented control of induction motors using DSP”, Computing & Control Engineering Journal, p.61 Apr 1994 [21] C Lascu, I Boldea, and F Blaabjerg, “Direct torque control of sensorless induction motor drives: A sliding-mode approach,” IEEE Trans Ind Appl., vol 40, no 2, pp 582-590, Mar./Apr 2004 [22] P Cancelliere , V D Colli and F Marignetti, “Nonlinear feedback control for linear induction motor using a speed insensitive sliding-mode state observer,” 4th Int Symp Linear Drives for Industry Applications, 2003 [23] J Lin, R F Fung, and Y C Wang, “Sliding mode and fuzzy control of toggle mechanism using PM synchronous servomotor drive,” Proc IEE\— Control Theory Appl., vol 144, no 5, pp 393-402, 1997 [24] T H Liu and M T Lin, “A fuzzy sliding mode controller design for a synchronous reluctance motor drive,” IEEE Trans Aerosp Electron Syst., vol 32, no 3, pp 1065-1075, Jul 1996 Trang 108 Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện [25] Keerthipala, W.W.L.; Duggal, B.R.; Miao Hua Chun “Implementation of field-oriented control of induction motors usingneural network observers” IEEE International Conference on Neural Networks Vol.3, No.1, pp.1795 – 1800, Jun 1996 [26] Ba-Razzouk, A.; Cheriti, A.; Olivier, G.; Sicard, P “Field-oriented control of induction motors using neural-networkdecouplers” IEEE Transactions on Power Electronics vol.12, No.4, pp.752 – 763, Jul 1997 [27] Tang, Y.; Xu, L “Stator field oriented control of doubly-excited induction machine in wind power generating system” Proceedings of the 35th Midwest Symposium on Circuits and Systems, Vol.2, No.1, pp.1446 – 1449, Aug 1992 [28] G Bartolini , A Ferrara , L Giacomini and E Usai “Properties of a combined adaptive/second-order sliding mode control algorithm for some classes of uncertain nonlinear systems,” IEEE Tran Autom Control, vol 45, pp 1334, Jul 2000 [29] T G Habetler, F Profumo, M Pastorelli, and L M Tolbert, “Direct torque control of induction machines using space vector modulation,” IEEE Trans Ind Applicat., vol 28, pp 1045-1053, Sept./Oct 1992 [30] C Lascu, I Boldea, and F Blaabjerg, “A modified direct torque control for induction motor sensorless drive,” IEEE Trans Ind Applicat., vol 36, pp 122-130, Jan./Feb 2000 [31] H.-J Shieh and K.-K Shyu, “Nonlinear sliding-mode torque control with adaptive backstepping approach for induction motor drive,” IEEE Trans Ind Electron., vol 46, pp 380-389, Apr 1999 [32] M Rodi\č, K Jezernik, and A \Šabanovi\ć, “Speed sensorless sliding mode torque control of induction motor,” in Conf Rec IEEE-IAS Annu Meeting, vol 3, 2000, pp 1820-1827 Trang 109 Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện [33] S Doki, S Sangwongwanich, and S Okuma, “Implementation of speedsensor-less field-oriented vector control using adaptive sliding observer,” in Conf Rec IEEE IECON'92, vol 1, 1992, pp 453-458 [34] P K Nandam and P C Sen, “Control laws for sliding mode speed control of variable speed drives,” Int J Contr., vol 56, no 5, pp 1167-1186, 1992 [35] C C Chan and H Q Wang, “New scheme of sliding-mode control for high performance induction motor drives,” Proc Inst Elect Eng., Electr Power Appl., vol 143, no 3, pp 177-185, 1996 [36] E Y Y Ho and P C Sen, “Control dynamics of speed drive systems using sliding mode controllers with integral compensation,” IEEE Trans Ind Appl., vol 27, no 5, pp 883-892, Sep./Oct 1991 [37] M H Park and K S Kim, “Chattering reduction in the position control of induction motor using the sliding mode,” IEEE Trans Power Electron., vol 6, no 3, pp 317-325, Jul 1991 [38] W J Wang and J Y Chen, “A new sliding mode position controller with adaptive load torque estimator for an induction motor,” IEEE Trans Energy Convers., vol 14, no 3, pp 413-418, Sep 1999 [39] A Benchaid, A.Rachid, E.Audrezet, M.Tadjine “Real-Time Sliding Mode Observer and Control of an Induction Motor” IEEE Trans Ind Electron., vol 46, No.1,pp.128-138,Feb.1999 [40] A.Rojko, K.Jezernik, “Sliding Mode Motion Controller with Adaptive Fuzzy Disturbance Estimation.”, IEEE Trans Indus electrics , vol.51,no.5, pp 963-971, oct.2004 [41] Tian-Jun Fu and Wen-Fang Xie, “A novel sliding-mode control of induction motor using space vector modulation technique”, ISA Trans Vol.44,Issue 4, pp 481-490 Oct 2005 Trang 110 Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện Phụ lục Giới thiệu mơ hình ĐC KĐB Trong hầu hết phương pháp điều khiển, việc cần có mơ hình tốn học đối tượng vô quan trọng Điều định chất lượng điều khiển Một số phương pháp đại điều khiển mờ, mạng nơron nhân tạo cho phép điều khiển mà khơng cần đến mơ hình tốn đối tượng Tuy nhiên, trường hợp này, việc điều khiển dùng phương pháp khó đạt đối tượng ĐC KĐB đối tượng phi tuyến bậc cao Vì vậy, việc để xây dựng điều khiển ĐC KĐB xây dựng mơ hình tốn động Như ta biết, ĐC KĐB đối tượng phi tuyến bậc cao Mơ hình tốn hệ phương trình vi phân bậc cao với nhiều khâu phi tuyến Mục đích xây dựng điều khiển dựa mơ hình đối tượng Vì vậy, mơ hình đối tượng đơn giản dễ dàng thiết lập điều khiển Do đó, q trình thiết lập mơ hình, ta chấp nhận số điều kiện sau để đơn giản hóa mơ hình động cơ: Các cuộn dây stator bố trí đối xứng mặt khơng gian Các tổn hao sắt từ bảo hịa từ bỏ qua Dịng từ hóa từ trường phân bố hình sin bề mặt khe từ Các giá trị điện trở điện cảm coi không biến đổi Những giả thiết gây sai lệch định mơ hình đối tượng thật, sai lệch nhỏ loại bỏ biện pháp chỉnh định điều khiển P.1 Hệ tọa độ anpha-beta Khái niệm véc-tơ khơng gian phép biến hình véc-tơ không gian: Phụ lục Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện Cho đại lượng ba pha cân na, nb, nc Áp dụng cơng thức Euler ta có: na = N m sin ωt = N m (e jωt − e − jωt 2j nb = N m sin(ωt − 120 ) = N m nc = N m sin(ωt − 240 ) = N m ) [e j (ωt −120 ) [e − e − j (ωt −120 2j j (ωt − 240 ) − e − j (ωt − 240 2j ] ) ) (P.1) ] Định nghĩa véc-tơ không gian N: ( N = k n a + nb e j120 + n c e j 240 ) 0 Nm [( e jωt − e − jωt ) + (e jωt − e − j (ωt − 240 ) ) + (e jωt − e − ( jωt − 480 ) )] 2j N m jω t N m j (ωt −90 ) =k e =k e 2j =k (P.2) N = nα + jnβ N véc-tơ với modul k 3N m , argument ωt-900 N quay theo chiều lượng giác với tốc độ góc ω k số Tùy theo giá trị k ta có phép biến hình khác sau: k= : ta có phép biến hình bảo tồn biên độ k = :ta có phép biến hình có biên độ tăng 1,5 lần k= : ta có phép biến hình bảo tồn cơng suất 3 Từ (P.2), với k = , ta có quan hệ na, nb, nc nα, nβ sau: Phụ lục Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện ⎡ ⎢1 − ⎡ nα ⎤ ⎢ ⎢ n ⎥ = ⎢0 ⎢ β⎥ 3⎢ ⎢⎣ ⎥⎦ ⎢1 ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎡n ⎤ ⎥ a ⎥⎢ ⎥ − nb ⎥⎢ ⎥ ⎥ ⎢⎣ nc ⎥⎦ ⎥ ⎦ − (P.3) Trong na + nb + nc = 0, hệ ba pha cân Từ (P.3) ta có phép biến đổi hệ tọa độ αβ sang hệ tọa độ abc sau: ⎡ ⎢ ⎡ na ⎤ ⎢ ⎢ n ⎥ = ⎢− ⎢ b⎥ ⎢ ⎢⎣ nc ⎥⎦ ⎢ ⎢− ⎣ 1⎤ ⎥ ⎡n ⎤ ⎥ α ⎥⎢ ⎥ nβ ⎥⎢ ⎥ ⎥ ⎢⎣ ⎥⎦ ⎥ 2⎦ 3 − (P.4) P.2 Mơ hình ĐCKĐB hệ tọa độ tĩnh anpha-beta Mơ hình động ĐCKĐB hệ tọa độ αβ sau: disα K = −γ isα + ψ rα + K ωψ r β + α usα dt Tr disβ dt = −γ isβ − K ωψ rα + K ψ r β + α usβ Tr dψ rα Lm = isα − ψ rα − ωψ r β dt Tr Tr dψ r β dt = Lm isβ + ωψ rα − ψ r β Tr Tr Te = µ (ψ rα isβ −ψ r β isα ) dω p = (Te − TL ) dt J (P.5) (P.6) (P.7) (P.8) (P.9) (P.10) Phụ lục Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện với ( i sα , isβ ), ( u sα , u sβ ),(ψ rα ,ψ r β ) thành phần dòng điện stator (A) , điện áp stator (V) từ thông rotor (Wb) hệ tọa độ αβ, ω tốc độ rotor (rad/s), Te mô-men điện động (N.m), TL mô-men tải (N.m), ⎛ 1−σ + ⎝ σ Ts σ Tr γ =⎜ ⎞ L2m pLm Lr 1−σ Ls , , , µ = , σ = − ,α = T = K = T = , ⎟ r s Ls Lr Lr Rr σ Ls σ Lm Rs ⎠ số, Rs điện trở stator, Rr điện trở rotor, Ls hệ số tự cảm stator, Lr hệ số tự cảm rotor, Lm hệ số hỗ cảm, p số đơi cực, J mơ-men qn tính rotor Mơ hình thiết lập chương P.3 Mơ hình ĐCKĐB hệ tọa độ quay dq Mơ hình trạng thái ĐCKĐB hệ tọa độ quay dq: di sd = -a i + ω i + a Ψ + a ωΨ + a u sd rd sd s sq rq dt di sq = −ω i − a1i − a 3ωΨ + a Ψ + a u s sd sq rd rq sq dt dΨ rd = a i − a Ψ + (ω − ω)Ψ sd rd s rq dt dΨ rq = a i − a Ψ − (ω − ω)Ψ sq rq s rd dt (P.11) (P.12) (P.13) (P.14) dω = a [Te − TL ] dt (P.15) Te = a [Ψ rd i sq − Ψ rq i sd ] (P.16) 2 Ψr = Ψrd + Ψrq (P.17) Phụ lục Luận văn thạc sĩ – Huỳnh Đỗ Minh Thiện (isd, isq), (usd, usq), (Ψrd, Ψrq) thành phần dòng điện stator [A], điện áp stator [V], từ thơng rotor chuẩn hóa [A] hệ tọa độ dq, ω tốc độ động [rad/s], Te mô-men điện [Nm], TL mô-men tải [Nm], ωs tốc độ đồng [rad/s], Ψr modul từ thông rotor a1 = ( 1 1- σ 1- σ 1- σ ) , a2 = , a3 = , a4 = , a5 = , + σL s σTs σTr σTr σ Tr 3pL2 m , a = p , σ = 1− L m , T = L s , T = L r a6 = s r 2L J Ls L r Rs Rr r số, Rs điện trở stator, Rr điện trở rotor, Ls điện cảm stator, Lr điện cảm rotor, Lm hệ số hổ cảm, p số đơi cực, J mơ-men qn tính rotor Phụ lục ... thuyết tuyến tính hóa vào Động khơng đồng sau tuyến tính hóa điều khiển phương pháp điều khiển tuyến tính như: điều khiển tuyến tính tín hiệu sai lệch, điều khiển tuyến tính dùng phương pháp đặt... 13 Chương 2: Điều khiển tuyến tính hóa vào ứng dụng điều khiển động không đồng 2.1 Giới thiệu phương pháp điều khiển tuyến tính hóa vào 15 2.2 Thiết kế điều khiển tuyến tính hóa vào ĐC... điều khiển tuyến tính hóa vào áp dụng phương pháp vào điều khiển đối tượng động không đồng Sau tuyến tính hóa đối tượng ĐC KĐB, tác giả đưa nhiều phương pháp điều khiển tuyến tính mà cụ thể phương