Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha sử dụng bộ điều khiển Fuzzy Foc Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha sử dụng bộ điều khiển Fuzzy Foc Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha sử dụng bộ điều khiển Fuzzy Foc luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - VƯƠNG THỊ HỒNG VÂN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN FUZZY FOC LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - VƯƠNG THỊ HỒNG VÂN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN FUZZY FOC LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2016 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Thanh Phương Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 25 tháng năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ tên Chức danh Hội đồng PGS.TS.Trương Việt Anh Chủ tịch TS.Huỳnh Châu Duy Phản biện TS.Đặng Xuân Kiên Phản biện TS.Trần Vinh Tịnh Ủy viên TS.Võ Hoàng Duy Ủy viên, Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHỆ TP HCM CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày…… tháng… năm 20 … NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Vương Thị Hồng Vân Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 25/5/1966 Nơi sinh: Đồng Tháp Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1441830049 I- Tên đề tài: Điều khiển động không đồng ba pha sử dụng điều khiển fuzzy FOC II- Nhiệm vụ nội dung: - Nghiên cứu tổng quan điều khiển động không đồng pha - Nghiên cứu vẽ điều khiển mờ - Thiết kế điều khiển fuzzy FOC cho động không đồng pha - Xây dựng mơ hình mơ hệ thống phần mểm Matlab III- Ngày giao nhiệm vụ : Tháng 23/01/2016 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ : Tháng 30/7/2016 V- Cán hướng dẫn CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) : PGS.TS.Nguyễn Thanh Phương KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn (Ký ghi rõ họ tên) ii LỜI CẢM ƠN Trước hết tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn TS Nguyễn Thanh Phương người hướng dẫn tơi tận tình suốt q trình thực Luận văn Thầy có định hướng cho báo cáo luận văn quan tâm giúp đỡ tơi gặp khó khăn Tơi xin chân thành cảm ơn tất thầy cô giáo môn khoa truyền đạt kiến thức quý báu suốt thời gian học tập Trường Trong trình thực tập làm báo cáo trình độ lý luận kinh nghiệm thực tiễn cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, tơi mong nhận ý kiến đóng góp từ Thầy, Cô để học thêm nhiều kinh nghiệm hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! iii TÓM TẮT Trong lý thuyết điều khiển đại, động cảm ứng mô tả mơ hình tốn học khác nhau, theo phương pháp kiểm soát sử dụng Trong phiên ba pha đối xứng, loại động điện kết hợp với chiến lược kiểm sốt vector Thơng qua phương pháp điều khiển này, vận hành động cảm ứng phân tích cách tương tự động DC Luận văn mô tả việc sử dụng kỹ thuật logic mờ để điều khiển tốc độ động cảm ứng ba pha iv ABSTRACT In modern control theory, the induction motor is described by different mathematical models, In the symmetrical three-phase version, this electrical motor type can be associated with vector control strategy Through this control method, the induction motor operation can be analysed in a similar way to a DC motor This thesis describes the use of fuzzy logic techniques to control the speed of a three-phase induction motor v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, HÌNH ẢNH viii Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan đề tài 1.2 Các phương pháp điều khiển 1.2.1 Điều khiển vô hướng động không đồng (scalar) 1.2.2 Phương pháp điều chế Vector không gian 1.2.3 Điều khiển định hướng trường 1.2.4 Điều khiển định hướng từ thông Rotor trực tiếp 1.2.5 Điều khiển định hướng từ thông Rotor gián tiếp 1.2.6 Điều khiển độ rộng xung theo định hướng trường 1.2.7 Nhận xét 1.3 Những kỹ thuật tiên tiến 1.3.1 Điều khiển thông minh 1.3.2 Những kỹ thuật khác 1.4 Định hướng 1.5 Mục tiêu đề tài 1.6 Nội dung luận văn Chương MƠ HÌNH TỐN ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ BA PHA 11 2.1 Giới thiệu động không đồng ba pha 11 2.2 Vector không gian đại lượng ba pha 12 2.2.1 Xây dựng Vector không gian 12 2.2.2 Chuyển hệ trục tọa độ cho Vector không gian 14 2.2.3 Biểu diễn vector không gian hệ tọa độ từ thông rotor 14 2.3 Mơ hình động khơng đồng ba pha 17 2.3.1 Lý xây dựng mơ hình 17 vi 2.3.2 Hệ phương trình động 18 2.3.3 Các tham số động 19 2.3.4 Mơ hình trạng thái động hệ tọa độ stator 20 2.3.5 Mơ hình trạng thái động hệ tọa độ rotor 22 2.3.6 Ưu điểm việc mô tả động không đồng ba pha hệ tọa độ từ thông rotor 23 2.3.7 Bộ điều chế độ rộng xung PWM 23 2.3.8 Mơ hình động khơng đồng ba pha hệ tọa độ stator Simulink Matlab 25 2.3.8.1 Các giá trị cần thu thập động không đồng pha 25 2.3.8.2 Mơ hình động simulink 25 2.3.8.3 Mô mở máy trực tiếp động không đồng 26 2.4 Nhận xét 29 Chương ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TRƯỜNG (FOC - FIELD ORIENTED CONTROL) 31 3.1 Đại cương phương pháp FOC 31 3.2 Cấu trúc nội dung phương pháp FOC 33 3.2.1 Giới thiệu cấu trúc FOC 33 3.2.2 Xây dựng thuật toán điều khiển 34 3.2.3 Cấu trúc đại FOC 36 3.3 Mô phương pháp foc simulink matlab 37 3.3.1 Sơ đồ cấu trúc đại phương pháp foc simulink matlab 37 3.3.2 Giải thích nguyên lí hoạt động 37 3.3.3 Phân tích sơ đồ 38 3.4 Kết mô điều khiển động không đồng phương pháp FOC 41 3.4.1 Tham số mô 41 3.4.2 Trình tự mô 42 3.4.3 Kết mô điều khiển FOC Simulink Matlab 44 3.4.3.1.Từ thông động 44 3.4.3.2.Tốc độ động 44 69 Hình 4.27 Quy luật thay đổi KP Đối với điều khiển KI mờ: Hình 4.28 Tập ngõ vào KI mờ 70 Hình 4.29 Tập ngõ KI mờ Hình 4.30.Quy luật thay đổi KI Kết hợp điều khiển PI mờ, ta có sơ đồ mơ điều khiển động khơng đồng bộ: 71 Hình 4.31 Mơ hình điều khiển mờ từ thông - moment tốc độ 4.3 Mô ph ng điều khiển định hướng trường động không đồng dựa vào ước lư ng từ thông rotor c điều khiển mờ PI để điều khiển tốc độ động không đồng pha Hình 4.32 Mơ hình điều chỉnh tốc độ dùng điều khiển P thơng thường 72 Hình 4.33 Mơ hình điều chỉnh tốc độ dùng điều khiển P mờ lai Bộ điều khiển PI mờ Bộ điều khiển PI thơng thường Hình 4.34 So sánh kết mơ Bộ điều khiển P mờ & PI thông thường 73 Hình 4.35 Kết Bộ điều khiển P mờ lai Hình 4.36 Kết Bộ điều khiển P thơng thường 74 a) Khi momen qn tính tăng gấp lần 1.2 0.8 Từ thơng có PI mờ 0.6 0.4 0.2 0 0.5 1.5 2.5 3.5 1.2 0.8 Từ thông có PI thơng thường 0.6 0.4 0.2 0 0.5 1.5 2.5 3.5 Hình 4.37 So sánh từ thơng điều khiển có P mờ P thông thường 160 140 120 100 80 Tốc độ có PI mờ 60 40 20 0 0.5 1.5 2.5 3.5 2.5 3.5 160 140 120 100 Tốc độ có PI thông thường 80 60 40 20 0 0.5 1.5 Hình 4.38 So sánh tốc độ điều khiển có P mờ P thơng thường 75 Moment có PI mờ 0 0.5 1.5 2.5 3.5 Moment có PI thông thường 0 0.5 1.5 2.5 3.5 Hình 4.39 So sánh moment điều khiển có P mờ P thơng thường 40 D ng điện có PI mờ 30 20 10 -10 -20 -30 -40 0.5 1.5 2.5 3.5 40 D ng điện có PI thơng thường 30 20 10 -10 -20 -30 -40 0.5 1.5 2.5 3.5 Hình 4.40 So sánh dịng điện điều khiển có P mờ P thơng thường 76 b) Khi momen qn tính tăng gấp lần, điện trở stator tăng 20 1.4 1.2 Từ thơng có PI mờ 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.5 1.5 2.5 3.5 1.5 2.5 3.5 1.4 1.2 Từ thơng có PI thơng thường 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.5 Hình 4.41 So sánh từ thơng điều khiển có P mờ P thơng thường 77 160 140 120 Tốc độ có điều khiển PI mờ 100 80 60 40 20 0 0.5 1.5 2.5 2.5 3.5 160 140 120 100 Tốc độ có điều khiển PI thông thường 80 60 40 20 0 0.5 1.5 3.5 Hình 4.42 So sánh tốc độ điều khiển có P mờ P thông thường 0 0.5 1.5 2.5 78 Moment có điều khiển PI mờ 0 0.5 1.5 2.5 3.5 3.5 Moment có điều khiển PI thơng thường 0 0.5 1.5 2.5 Hình 4.43 So sánh moment điều khiển có P mờ P thơng thường 79 40 D ng điện có PI mờ 30 20 10 -10 -20 -30 -40 0.5 1.5 2.5 2.5 3.5 40 D ng điện có PI thơng thường 30 20 10 -10 -20 -30 -40 0.5 1.5 3.5 Hình 4.44 So sánh dịng điện điều khiển có P mờ P thơng thường 4.4 Nhận xét Trong trường hợp trên, d ng điện khởi động động sử dụng PI mờ nhỏ so với d ng khởi động động sử dụng PI thông thường Momen điện từ động lúc có PI mờ PI thơng thường đạt giá trị xấp xỉ nhau, không bị nhiễu Điều khiển định hướng trường kết hợp với ước lượng từ thông điều khiển mờ PI cung cấp kết mô phù hợp với thay đổi thông số động tương tự điều khiển PI thông thường 80 Như vậy, kết mô phương pháp đề xuất dùng điều khiển PI mờ lai cho đáp ứng tốt, cải thiện đáp ứng dùng điều khiển PI thông thường báo nêu phần đầu luận văn 81 Chương KẾT LUẬN ,HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận Thông qua đề tài “ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PI MỜ KẾT HỢP VỚI PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH HƯỚNG TRƯỜNG ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA”, Luận văn gồm nội dung nghiên cứu sau: - Tìm hiểu phương pháp điều khiển định hướng trường - Đề xuất thay ước lượng từ thông dựa tiêu chuẩn ổn định Lyapunov - Đề xuất thay điều khiển PI cổ điển PI mờ lai Nó có ưu điểm đưa kinh nghiệm người thiết kế dạng ngôn ngữ - Mô hệ thống điều khiển đề xuất môi trường Matlab Simulink Kết thực cho thấy: Hệ thống làm việc tin cậy, đảm bảo độ xác cao thay đổi động thông số Kp Ki điều khiển PI mờ lai làm đáp ứng tốc độ động tốt hẳn so với điều khiển PI thông thường Như vậy, kết mô phương pháp đề xuất dùng điều khiển PI mờ lai cho đáp ứng tốt, cải thiện đáp ứng dùng điều khiển PI thông thường nêu phần đầu luận văn 5.2 Hướng phát triển đề tài Trong tương lai, đề tài phát triển theo hướng sau: - Triển khai thực nghiệm - Ước lượng trực tiếp thông số động để thích nghi với thay đổi thông số Rs, Rr, Ls, Lr, Lm, J 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Phùng Quang, Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha, Nhà xuất giáo dục – 1988 [2] Nguyễn Phùng Quang, Truyền Động Điện Thông Minh, Nhà xuất khoa học kỹ thuật , năm 2006 [3] Nguyễn Văn Nhờ, Cơ sở truyền động điện, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2003 [4] Phan Quốc Dũng – Tô Hữu Phúc, Truyền động điện, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2003 [5] Nguyễn Hữu Phúc, Máy điện 2-Phần máy điện quay, NXB Đại Học Quốc Gia TP HCM, 2007 [6] Trần Công Binh, Hệ thống điều khiển số, ĐHBK TP HCM, 2007 [7] TS Nguyễn Phùng Quang, Matlab Simulink dành cho k sư điều khiển tự động, NXB Khoa học kỹ thuật, 2005 8] Nguyễn Đức Thành, Matlab ứng dụng điều khiển, NXB Đại Học Quốc Gia TP HCM, 2005 9] Nguyễn Văn H a, Cơ sở tự động điều khiển q trình, NXB Giáo Dục, 2004 10] PGS.TS Dương Hồi Nghĩa, Cơng nghệ t nh tốn mềm, Đại Học Bách Khoa TP HCM [11] Do Thi Hong Tham, Duong Hoai Nghia, Sliding mode control of induction motor, University of Technology, National University – HCMC, Vietnam, 2007 [12] Andrezej M.Trzynadlowski, The field orientation priciple in Control of Induction Motors, Kluwer academic Publishers, 1994 [13] B Leke Betechuoh, T Marwala and T Tettey, Using Inverse Neural Networks for HIV Adaptive Control, International Journal of Computational Intelligence Research, ISSN 0973-1873 Vol.3, pp 11-15, No 1, 2007 [14] Mouloud Azzedine Denai_, Sid Ahmed Attia, Fuzzy and neural control of an induction motor, Int J Appl Math Comput Sci., 2002, Vol.12, No.2, 221–233 83 [15] Ercument Karakas And Soner Vardarbasi, Speed control of SR motor by selftuning fuzzy PI controller with artificial neural network, Sadhana Vol 32, Part 5, , pp 587–596, October 2007 [16] Hassan Baghgar Bostan Abad, Ali Yazdian Varjani, Taheri Asghar, Using Fuzzy Controller in Induction Motor Speed Control with Constant Flux, Proceedings Of World Academy Of Science, Engineering And Technology Volume April 2005 Issn 1307-6884 [17] Holtz, J., Methods for speed sensorless control of AC drives In: Sensorless Control of AC Motor Drives, pp 21-29 IEEE Press, NewYork, NY, U.S.A, 1993 [18] K L Shi, T F Chan, Y K Wong And S L Ho, Modelling And Simulation Of The Three-Phase Induction Motor Using Simulink, Int J Elect Enging Educ., Vol 36, pp 163–172 Manchester U.P., Printed in Great Britain, 1999 [19] Kevin warwick, Arthur Ekwue, Raj Aggarwal, Artifical intellisgence tenchniques in Power System, Published by the Institution of Electrical Engineers, London, United Kingdom, 1997 [20] Loi Lei Lai, Intelligent System Application in Power Engeneering, Jonh Wiley and Son, Inc, 605 Third avenue, NewYork, NY 10158-0012, USA, 1998 [21] M Zerikat, M Bendjebbar and N Benouzza, Dynamic Fuzzy-Neural Network Controller for Induction Motor Drive, Proceedings Of World Academy Of Science, Engineering And Technology Volume 10 December 2005 Issn 1307-6884 [22] M A Brdys, G J Kulawski, Dynamic Neural Controllers for Induction Motor, IEEE Transactions on Neural Networks, Vol 10, No 2, pp 340-355, 1999 [23] M I Mahmoud, B A Zalam, M A Bardiny, E A Gomah, A simplification Technique for an Adaptive Neural Network Based Speed Controller for Implementation on PLC for DC drive, AIML 06 International Conference, Sharm El Sheikh, Egypt, 13 - 15 June 2006 [24] Peter Vas, Artificial – Intelligence – Based Electrical Machine and Drivers, published in the United States by Oxford University Press, Inc, New York, 1999 [25] P Vas, Parameter Estimation, Condition Monitoring, and Diagnosis of Electrical Machines, Clarendron Press, Oxford, 1993 [26] Simon Haykin, Neural Networks, by Prentical – Hall, Inc, 1994 ... tài “ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN FUZZY FOC? ?? thực 1.5 Mục tiêu đề tài -Tìm hiểu phương pháp điều khiển định hướng trường, phương pháp điều khiển tốt ứng dụng. .. Đồng Tháp Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1441830049 I- Tên đề tài: Điều khiển động không đồng ba pha sử dụng điều khiển fuzzy FOC II- Nhiệm vụ nội dung: - Nghiên cứu tổng quan điều khiển động. ..BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - VƯƠNG THỊ HỒNG VÂN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN FUZZY FOC LUẬN VĂN THẠC