Điều khiển động cơ xoay chiều ba pha có nhiều tham số bất định sử dụng bộ ước lượng tốc độ

Bài báo khảo sát và đề xuất hệ thống điều khiển động cơ xoay chiều ba pha phối hợp phương pháp ước lượng tốc độ tự thích nghi và thuật toán điều khiển sử dụng mạng nơron để khắc phục tính bất định của nhiều tham số trong mô hình động lực của động cơ như điện trở của rotor, cũng như hệ số ma sát và tải thay đổi khi hệ thống hoạt động. Một số kết quả mô phỏng trên Matlab-Simulink được thực hiện để minh chứng cho phương pháp ước lượng và điều khiển tốc độ đề xuất.

Tạp chí Tin học Điều khiển học, T.29, S.4 (2013), 313–324 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA CÓ NHIỀU THAM SỐ BẤT ĐỊNH SỬ DỤNG BỘ ƯỚC LƯỢNG TỐC ĐỘ LÊ HÙNG LINH1 , PHẠM THƯỢNG CÁT2 , PHẠM MINH TUẤN3 Trường Viện Đại học Công nghệ Thông tin Truyền thông, Đại học Thái Nguyên Công nghệ Thông tin, Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam Viện Công nghệ vũ trụ, Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam Tóm tắt Bài báo khảo sát đề xuất hệ thống điều khiển động xoay chiều ba pha phối hợp phương pháp ước lượng tốc độ tự thích nghi thuật toán điều khiển sử dụng mạng nơron để khắc phục tính bất định nhiều tham số mơ hình động lực động điện trở rotor, hệ số ma sát tải thay đổi hệ thống hoạt động Một số kết mô Matlab-Simulink thực để minh chứng cho phương pháp ước lượng điều khiển tốc độ đề xuất Từ khóa Động cảm ứng, ước lượng tốc độ, điều khiển động cơ, mạng nơron Abstract This paper investigates and proposes a three-phase AC motor control system combining an adaptive speed estimation method and control algorithms using neural networks to deal with uncertain parameters in dynamic models of the motor such as the rotor’s resistance, as well as the friction coefficient and load changes when the system operates Some simulation results on MatlabSimulink are provided to show the efficiency of the proposed speed estimation and speed control method Key words Induction motor, speed estimation, motor control, neural network ĐẶT VẤN ĐỀ Điều khiển tốc độ động xoay chiều nhiều vấn đề cần giải mơ hình động phần phi tuyến có nhiều đại lượng bất định điện trở rotor, từ thông, hệ số ma sát tải thay đổi Điều khiển động xoay chiều chủ đề nhiều nghiên cứu chục năm gần [1, 2, 3, 9] Một hướng quan tâm nhiều tìm phương pháp điều khiển không sử dụng cảm biến tốc độ như: sử dụng lọc Kalman, lọc phi tuyến hay quan sát theo chế độ trượt [8, 9] để ước lượng tốc độ động Các phương pháp điều khiển làm giảm giá thành sản phẩm, hiệu điều khiển phụ thuộc vào thuật toán ước lượng độ xác mơ hình động Do hệ động lực động xoay chiều có nhiều đại lượng bất định nên việc điều khiển động theo phương pháp truyền thống khơng đảm bảo chất lượng có tải thay đổi lớn Trong trường hợp này, phương pháp điều khiển tự thích nghi [4, 5, 6, 7], phương pháp nhận dạng on-line điều khiển có hỗ trợ mạng nơron thường sử dụng 314 LÊ HÙNG LINH, PHẠM THƯỢNG CÁT, PHẠM MINH TUẤN Đóng góp báo gồm phần: đề xuất phương pháp ước lượng tốc độ động tự thích nghi hai đề xuất phương pháp điều khiển tốc độ động sử dụng mạng nơron nhân tạo với thuật học on-line để bù đại lượng bất định mơ hình động lực động xoay chiều Kết mô hệ điều khiển tích hợp hai phần ước lượng điều khiển tốc độ động Matlab thực để kiểm chứng tính hiệu phương pháp đề xuất BỘ ƯỚC LƯỢNG TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ TỰ THÍCH NGHI Trong hệ tọa độ (α, β), mơ hình tốn động cảm ứng pha biểu diễn phương trình từ thơng rotor phương trình dịng điện stator sau [9] η dΨ =− dt −ω η di =β dt −ω ω η ω η Ψ− Ψ + ηLm i RS + βLm η i + u σLS σLS T T (1) (2) T vectơ từ thông , u = uα uβ , i = iα iβ Ψ = Ψα Ψβ rotor, vectơ dòng điện stator vecto điện áp stator hệ tọa độ (α, β); ω tốc độ Rr L2 Lm động cơ; η = số thời gian rotor; σ = − m ; β = ; Rs điện trở Lr Ls Lr σLs Lr cuộn dây stator; Rr điện trở cuộn dây rotor; Ls điện cảm dây quấn stator; Lr điện cảm dây quấn rotor Lm hỗ cảm cuộn dây stator cuộn dây rotor Các đại lượng Ls , Lr , Rs thay đổi đo xác, điện trở rotor Rr thường bị thay đổi nhiệt độ động thay đổi hoạt động Do Rr thay đổi nên số thời Rr gian rotor η = bị thay đổi theo Hai đại lượng dịng áp dễ dàng đo Lr xác với cảm biến thông thường, tốc độ động ω từ thơng động Ψ đo cảm biến đắt tiền Bài toán ước lượng tốc độ động ω đặt để giảm chi phí khơng cần sử dụng cảm biến đắt tiền đo ω Ψ điều kiện có tham số bất định Rr η Các đại lượng cần đo điện áp dòng điện cuộn dây stator trình động hoạt động Phương pháp ước lượng tốc độ đề xuất cải tiến từ phương pháp [9] gồm bước xây dựng quan sát dòng stator xây dựng ước lượng tốc độ ω số thời gian rotor η động a) Xây dựng quan sát dòng stator Cấu trúc quan sát dòng stator chọn sau dˆi =− dt RS ˆ i+ u+t σLS σLS (3) T ˆi = ˆiα ˆiβ vecto ước lượng dòng stator; t vectơ điều chỉnh cần phải ˆ xác định để i → i Sở dĩ cần xây dựng quan sát dịng stator để tìm đại lượng trung gian ˆi → i cho bước ước lượng tốc độ động 315 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA CÓ NHIỀU THAM SỐ BẤT ĐỊNH Định nghĩa e = ˆi − i vectơ sai lệch dòng Từ (2), (3) ta có phương trình sai lệch dịng stator de RS e+l+t (4) =− dt σLS l= −β η ω −ω η Ψ + βLm ηi (5) Ta thấy l đại lượng không biết, bao gồm thông số vật lý động từ thông, dòng điện, tốc độ động số thời gian rotor η Tuy nhiên đại lượng đại lượng bị chặn liên tục, nên ta có l bị chặn, liên tục l lmax Vấn đề cần giải lúc cần tìm tín hiệu điều chỉnh t cho sai lệch dịng stator triệt tiêu: lim e(t) = lim (ˆi − i) = khơng biết xác l t→∞ t→∞ Ta biết mạng nơron nhân tạo có khả xấp xỉ vạn hàm phi tuyến chưa biết, nên ta dùng mạng nơron có trọng số tự chỉnh để xấp xỉ đại lượng bất định l hệ (4) sở thông tin sai lệch dòng e(t) Theo [10] cấu trúc mạng nơron nhân tạo chọn mạng RBF Ở tốn quan sát dòng stator ta chọn mạng RBF đầu vào đầu ra, lớp để xấp xỉ đại lượng l Ở đây, ta chọn lớp đầu vào mạng nơron thành phần sai lệch tốc độ e(t); lớp có nơron tuyến tính; lớp ẩn nơron có hàm phân bố Gauss dạng (ej − ςj )2 σj = exp − ; j = 1, λ2j ςj , λj tham số kỳ vọng phương sai hàm phân bố Gauss tự chọn Mạng nơron có dạng σ +χ l = Wσ W = w11 w12 ma trận trọng số, σ = (6) σ1 vectơ hàm đầu nơron i w21 w22 σ2 χ sai số xấp xỉ bị chặn: χ ≤ χ0 Như để sai lệch dòng e = (ˆi − i) → ta phải chọn t luật tự chỉnh trọng số W mạng nơron cho hệ (4) ổn định tiệm cận Định lý Bộ quan sát dòng (4) ổn định tiệm cận sai lệch dòng triệt tiêu lim e(t) = t→∞ tín hiệu điều chỉnh t trọng số mạng W tính sau t = − (κ + 1) Wσ − µ e , e (7) w ˙ i = κσi e (8) wi cột i ma trận trọng số W κ > 0; µ χ0 Chứng minh: Sử dụng phương pháp ổn định Lyapunov, ta chọn hàm xác định dương V = 2 eT e + wiT wi i=1 (9) 316 LÊ HÙNG LINH, PHẠM THƯỢNG CÁT, PHẠM MINH TUẤN Lấy đạo hàm hai vế (9) ta V˙ = eT e˙ + wiT w ˙i =− i=1 RS T e e + eT l + eT t + σLs wiT w ˙ i (10) i=1 Thay (6), (8) vào (10) ta có RS e V˙ = − σLs + eT [(κ + 1) Wσ + χ + t] − RS e σLs + χ0 e + eT [(κ + 1) Wσ + t] (11) Tiếp tục thay (7) vào (11) với µ V˙ − χ0 ta có RS e σLs − (µ − χ0 ) e (12) Như theo lý thuyết ổn định Lyapunov hệ (4) ổn định tiệm cận hay nói cách khác sai lệch dòng triệt tiêu e = (ˆi − i) → b) Xây dựng ước lượng tốc độ ω số thời gian rotor η động Lấy đạo hàm hai vế (5) với giả thiết từ thực tế vận tốc góc rotor ω số thời gian rotor η thay đổi chậm so với tốc độ biến thiên dịng điện từ thơng động nên ta có η ω ˙l = −β ˙ + βLm η ˙i Ψ (13) −ω η ˙ = l thay vào (13) ta nhận So sánh hai phương trình (1) (5) ta dễ dàng rút Ψ β ˙l = − η ω −ω η l + βLm η ˙i (14) T Lưu ý ta xác định l = lα lβ = −t từ phương trình (4) quan sát dịng hội tụ (e, e˙ ≈ 0) Phương trình (14) cho ta mối quan hệ vi phân tốc độ động ω số thời gian rotor η đại lượng cần tìm đại lượng biết l = −t i Để ước lượng vận tốc góc rotor ω số thời gian rotor η ta xây dựng ước lượng ηˆ ω ˆ ζ˙ = − l + βLm ηˆ˙i − γε (15) −ˆ ω ηˆ ω ˆ , ηˆ giá trị ước lượng ω, η, γ số dương, ε = ζ − l sai số giá trị ước lượng ζ l Lấy (15) trừ (14) ta có phương trình sai số ε˙ = − η˜ ω ˜ −˜ ω η˜ l + βLm η˜˙i − γε (16) ω ˜ = (ˆ ω − ω), η˜ = (ˆ η − η) sai lệch giá trị ước lượng ω ˆ , ηˆ giá trị thật ω, η Ta cần tìm thuật tự chỉnh ω ˆ , ηˆ cho hệ (16) ổn định tiệm cận sai lệch triệt tiêu: ω ˜ = (ˆ ω − ω) → 0, η˜ = (ˆ η − η) → ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA CÓ NHIỀU THAM SỐ BẤT ĐỊNH 317 Định lý Bộ ước lượng tốc độ số thời gian rotor động (16) ổn định tiệm cận vectơ sai lệch lim ε (t) = luật cập nhật tốc độ ước lượng ω ˆ số thời gian t→∞ rotor ước lượng ηˆ tính sau ωˆ˙ = ε T l , (17) ηˆ˙ = ε T (l − βLm ˙i) (18) l = [lβ − lα ]T Chứng minh: Chọn hàm xác định dương V2 = T ε ε+ω ˜ + η˜2 (19) Lấy đạo hàm V2 theo thời gian với thực tế ω, η thay đổi chậm ta có ω ˜˙ ≈ω ˆ˙ ; η˜˙ ≈ηˆ˙ V˙ = ε Tε˙ + ω ˜ω ˆ˙ + η˜ ηˆ˙ (20) Thay (16) vào (20) sau rút gọn ta có η˜ ω ˜ −˜ ω η˜ l + βLm η˜˙i − γεε + ω ˜ ωˆ˙ + η˜ηˆ˙ T T ˙ ˙ ˙ = −γ ε − η˜ε (l − βLm i) − ω ˜ε l + ω ˜ ωˆ + η˜ηˆ V˙ = ε T − (21) Thay luật cập nhật (17) (18) vào (21) sau rút gọn ta V˙ = −γ ε (22) Từ (22) ta thấy V2 > V˙ < với ε = V˙ = ε = 0, suy ε → từ (17), (18) ta có ˆ˙ω → 0, ˆ˙η → tức ˜˙ω → ˜˙η → Mặt khác ε, ε˙ → từ (16) ta có η˜ ω ˜ l + βLm η˜˙i = −˜ η (l − βLm ˙i) − ω ˜l =0 (23) − −˜ ω η˜ l − βLm ˙i = lα − βLm i˙ α lβ − βLm i˙ β T ; l = lβ −lα T ˜→0 , Hai vectơ độc lập tuyến tính với nên phương trình (23) η˜ → 0; ω hay ηˆ → η ω ˆ → ω ˆ = Ψ ˆα Ψ ˆβ T Từ phương trình (17), ta xác định ω ˆ thay vào (1), ta tính Ψ ˆ ηˆ ω ˆ dΨ ˆ + ηˆLm i =− Ψ dt −ˆ ω ηˆ (24) ˆ β /Ψ ˆ α ) lệch góc từ thơng với trục tham chiếu α ta xác định θΨˆ = arctan(Ψ Như vậy, luật cập nhật (17) (18) cho ta giá trị tốc độ góc rotor ω số thời gian rotor η mà không cần sử dụng cảm biến đắt tiền để đo cho việc điều khiển tốc độ động 318 LÊ HÙNG LINH, PHẠM THƯỢNG CÁT, PHẠM MINH TUẤN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU CÓ NHIỀU THAM SỐ BẤT ĐỊNH Sử dụng giá trị ước lượng tốc độ số thời gian rotor ta xây dựng điều khiển tốc độ động xoay chiều hệ số ma sát, mômen quán tính động tải khơng biết xác a) Xây dựng mơ hình Mơ hình động lực động cảm ứng xây dựng sở lý thuyết điều khiển tuyến tính khơng gian tham chiếu d, q Mô men quay tạo động cảm ứng xác định sau [3, 12] τe = 3P Lm dω (ψrd isq − ψrq isd ) = J + Bω + τL Lr dt (25) isq isd dịng điện stator Ψrq Ψrd từ thông rotor trục d, q; P số cực; B hệ số ma sát; J mơ men qn tính rotor; τL mômen tải Ta giả thiết tham số B, J khơng biết xác mơ men tải τL thay đổi trước Phương pháp điều khiển vectơ nhằm bảo đảm tốc độ vectơ từ thông rotor đạt tới tốc độ đồng từ thông rotor theo hướng thẳng đứng trục d Thành phần từ thông Ψrq theo hướng trục q bị triệt tiêu từ thông rotor nằm trọn vẹn trục d [11], nên ta có i∗sq = 2Lr ∗ ∗ τe 3P Lm ψrd (26) Ký hiệu Ψ∗rd , τe∗ i∗sq giá trị đại lượng tương ứng Ψrq bị triệt tiêu Phương trình (26) cho biết từ thơng rotor Ψ∗rd khơng đổi mơmen điện từ τe∗ thay đổi tuyến tính với tín hiệu điều khiển dịng i∗sq Vì vậy, phương pháp điều khiển vectơ cho động cảm ứng lúc có cấu trúc điều khiển động chiều DC Từ phương trình (25) ta viết rút gọn sau Ku(t) = J dω + Bω + τL dt (27) 3P Lm gọi số mômen; u(t) = (ψrd isq − ψrq isd ) gọi điện áp điều Lr ∗ i∗ khiển Và ψrq bị triệt tiêu ta có u(t) = (ψrd isq − ψrq isd ) = ψrd sq K = Từ phương trình (27), ta chuyển thành dạng u(t) = Jeff ω˙ + Beff ω + τeff (28) J B τL = J eff + ∆Jeff ; Beff = = B eff + ∆Beff ; τeff = ; J eff , B eff phần K K K biết; ∆Jeff , ∆Beff phần Đặt f = τeff + ∆Jeff ω˙ + ∆Beff ω (29) đó, Jeff = Do ∆Jeff , ∆Beff τeff đại lượng vật lý bị giới hạn nên |f | δ0 ; δ0 (30) ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA CÓ NHIỀU THAM SỐ BẤT ĐỊNH 319 Thay (30) vào (29), ta có hệ động lực mơ tả tốc độ động có tham số bất định sau u(t) = J eff ω˙ + B eff ω + f (31) Như vậy, toán điều khiển động trở xác định tín hiệu điều khiển u(t) tốc độ động ω bám theo tốc độ ωd mong muốn rõ tham số Jeff , Beff mô men tải τeff thay đổi trước b) Xây dựng thuật toán điều khiển Chọn u(t) = u0 + u1 u0 tín hiệu phản hồi dạng PD bù hệ số ma sát Beff u0 = J eff (ω˙ d − KD (ω − ωd )) + B eff ω, (32) (33) ωd , ω˙ d tốc độ gia tốc mong muốn động cơ; KD > hệ số phản hồi tốc độ u1 tín hiệu bù đại lượng bất định f xác định sau Thay (32), (33) vào (31) ta u1 − f = J eff ((ω˙ − ω˙ d ) + KD (ω − ωd )) (34) Hay ε˙ + KD ε = u1 − f (35) J eff J eff u1 u1 sai số tốc độ: ε = ω − ωd Đặt u = ;f = thay vào (35) ta có J eff J eff ε˙ + KD ε = u − f (36) Như vậy, toán điều khiển trở thành tìm u cho hệ (36) ổn định tiệm cận f Ta sử dụng mạng nơron để xấp xỉ hàm f : f = fˆ + δ (37) Ta xấp xỉ hàm f mạng nơron RBF ba lớp có đầu vào tín hiệu sai số ε, lớp (ε − c) , c, λ tham số trọng lớp ẩn có đầu σ có hàm dạng Gauss σ = exp − λ tâm sai lệch chuẩn tự chọn đầu tuyến tính mạng fˆ = wσ (38) w trọng số liên kết hiệu chỉnh on-line trình điều khiển Định lý [12] Tốc độ ω động cảm ứng (25), (27) bám theo giá trị mong muốn ωd khơng biết xác hệ số ma sát B, mơmen qn tính J mơmen tải τL thuật điều khiển động u(t) thuật học w˙ mạng nơron xác định sau u(t) = J eff (ω˙ d − KD (ω − ωd )) + B eff ω + J eff u , (39) ε u = (1 + m)fˆ − α , |ε| (40) w˙ = −mεσ, (41) 320 LÊ HÙNG LINH, PHẠM THƯỢNG CÁT, PHẠM MINH TUẤN tham số tự chọn KD , m, α > Chứng minh: Chọn hàm V3 xác định dương sau V3 = ε + w2 (42) Lấy đạo hàm V3 theo t từ (36), (40), (41) ta có V˙ = εε˙ + ww˙ = −KD ε2 + ε u − (1 + m)wσ − δ ε V˙ = −KD ε2 + ε(−α − δ) |ε| −KD ε2 − α |ε| + |ε| |δ| −KD ε2 − α |ε| + |ε| δ0 Nếu chọn α = δ0 + υ ; υ > ta có −α |ε| + |ε| δ0 −υ |ε| Thay (44) vào (43), ta nhận được: V˙ −KD ε2 − υ |ε| (43) (44) (45) ˙ ˙ Ta thấy V3 < ε = V3 = ε = Theo lý thuyết ổn định Lyapunov hệ (36) ổn định tiệm cận hay nói cách khác sai lệch tốc độ triệt tiêu ε = (ω − ωd ) → c) Tích hợp ước lượng tốc độ động mơ hình điều khiển động xoay chiều có nhiều tham số bất định Hình mơ tả hệ điều khiển động có nhiều tham số bất định sử dụng ước lượng tốc độ Bộ điều chỉnh tốc độ thực sử dụng mạng nơron đề xuất mục Tốc độ động xác định qua ước lượng tốc độ đề xuất mục * ψ rd i* Bộ điều rd * chỉnh tốc irq độ ωd ωˆ Bộ điều chỉnh dòng usd usq dq irq θψˆ Bộ ước lượng tốc độ động ird αβ αβ dq usα usβ αβ abc usu usv Động usw isα isβ τL isu isv usu usv αβ usα abc us β Hình Mơ hình điều khiển động sử dụng ước lượng tốc độ Hệ thống tích hợp cần áp dụng điều chỉnh dòng bảo đảm ổn định vịng điều khiển kín Bộ điều chỉnh dịng xác định sau Mơ hình trạng thái liên tục dịng điện stator từ thơng rotor hệ tọa độ tựa từ thơng rotor (dq ) viết sau  disd 1−σ 1−σ    =− + isd + ωs isq + ψ rd + usd   dt s sd σTs σTsqr σT σLs r  rd sq  disq 1−σ 1−σ (46) = −ωs isd − + isq − ω ˆ ψ rd + usq  dt σTs σTr σ σLs    dψ rd 1    = isd − ψ rd dt Tr Tr 1/ ηˆ s rd rd / m rq rq / m e r s ' rd s ′ rd rd sd 321 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA CÓ NHIỀU THAM SỐ BẤT ĐỊNH đó, ψrd = ψrd /Lm ; ψrq = ψrq /Lm ; Tr = 1/ˆ η ; ωs = ω ˆ + ωe vận tốc góc đồng bộ, isq ωe = sai lệch vận tốc góc đồng vận tốc góc rotor Tr ψrd Hay viết dạng vectơ  dis   = Ais + Bus + hψ rd  dt dψ rd 1    = − ψ rd + isd dt Tr Tr   − A=  T isd isq đó, is = T usd usq ; us = ;  1−σ + σTs σTr ωs −ωs  ;  1−σ + σTs σTr − (47) 1−σ  σTr   σLs h= ; B =  1−σ − ω ˆ σ      σLs Xây dựng mơ hình điều chỉnh dịng: d dt i*s + ξ + + M B −1 is Tr s + us - A - isd + h ′ ψ rd Hình Mơ hình điều chỉnh dịng Từ mơ hình điều khiển ta xác định điện áp đặt lên stator ( ξ ) us = B−1 −Ais + ˙i∗s + Mξξ − hψ rd is is ( (48) ) chọn M ma trận đường chéo xác định dương đặt ξ = i∗s − is vectơ sai lệch dòng mong muốn dịng điều chỉnh Khi ξ Mξ ξ ξ˙ = ˙i∗s − ˙is = ˙i∗s − (Ais + Bus + hψrd ) (49) Thay (48) vào (47) từ (49) ta có 100 * rd ξ˙ = −Mξξ ⇒ ξ˙ + Mξξ = Như vectơ sai lệch dòng mong muốn dòng điều chỉnh ξ → tức is → i∗s (50) 322 LÊ HÙNG LINH, PHẠM THƯỢNG CÁT, PHẠM MINH TUẤN MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG Ta sử dụng động cảm ứng cực lồng sóc 1.5kW LEROY SOMER với vận tốc góc mong muốn Hình vận tốc góc ổn định ωd = 100 Rad/s (956prm), từ thông mong ∗ = 1.5(Wb) muốn ψrd Bảng thông số động [7] Công suất 1.5 KW Điện cảm stator (Ls ) 0.253 H Dải điện áp stator 220/380 V Điện cảm rotor (Lr ) 0.253 H Dải dòng điện stator 6.1/3.4 A Hỗ cảm (Lm ) 0.113 H Điện trở stator (Rs ) 4.58 Ω 4.468 Ω Mơ men qn tính (J ) 0.023 Nms2 /rad Hệ số ma sát (B ) 0.0026 Nms/rad Điện trở rotor (Rr ) Hình Vận tốc góc rotor mong muốn ωd Ta mô hệ điều khiển tốc độ động với tham số bất định giả thiết sau ˆ + ∆B; B ˆ = 0.85B; ∆B = 0.15B J = Jˆ + ∆J ; Jˆ = 0.85J; ∆J = 0.15J B=B Giả thiết điện trở rotor thay đổi khoảng Rr = 4.468Ω±1Ω, số mơmen 3P Lm 500 ; γ = 4000; KD = 50 = 2.68; M = K= 500 Lr Tải tổng hợp tác động lên động thay đổi có dạng Hình 4b τL = τˆL + ∆τL ; ∆τL = 1.5 sin(2t) + 0.5 sin(50t) (Nm) với τˆL có thành phần biết trước 4.7 (Nm), thành phần trước Hình 4a a) b) Hình a) Thành phần tải thay đổi đột biến; b) Biến thiên tải τL - Mạng nơron vòng điều khiển: α = 200; m = 15; c = 0.1; λ = - Mạng nơron ước lượng: µ = 10; κ = 10; ζj = 0.1; λj = ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA CÓ NHIỀU THAM SỐ BẤT ĐỊNH 323 Mơ với tín hiệu điều khiển sử dụng mạng nơron tín hiệu phản hồi trực tiếp vận tốc góc rotor động a) b) Hình Đồ thị sai lệch ε = ω − ωd vận tốc góc thực mong muốn rotor a) khơng có mạng nơron; b) có mạng nơron Với kết mô sử dụng mạng nơron sử dụng tín hiệu phản hồi trực tiếp vận tốc góc rotor động Hình 5b, ta thấy vận tốc góc rotor điều khiển bám sát với vận tốc mong muốn Tại thời điểm động bắt đầu hoạt động sai lệch vận tốc góc 3.5% Tại thời điểm tải thay đổi đột biến sai lệch vận tốc góc 1.5% Tại thời điểm này, vận tốc góc rotor có trình độ định sau khoảng thời gian ngắn mạng nơron tự học đưa vận tốc rotor với vận tốc mong muốn Điều chứng tỏ khả tự thích nghi hệ minh chứng cho tính hiệu phương pháp điều khiển tốc độ động sử dụng mạng nơron với thuật học on-line để bù đại lượng bất định tải thay đổi lớn hệ điều khiển tốc độ động xoay chiều Mơ với tín hiệu điều khiển sử dụng mạng nơron ước lượng vận tốc góc rotor động phương pháp tự thích nghi a) b) a) b) Hình a) Đồ thị vận tốc góc rotor mong muốn ωd giá trị ước lượng ω ˆ b) Đồ thị sai lệch ωd − ω ˆ vận tốc góc ước lượng mong muốn rotor Với kết mô sử dụng mạng nơron ước lượng vận tốc góc rotor động phương pháp tự thích nghi Hình 6, ta thấy tốc độ rotor điều khiển bám sát với tốc độ mong muốn Tại thời điểm động bắt đầu hoạt động sai lệch vận tốc góc rotor mong muốn ước lượng khoảng 3.5% Tại thời điểm tải thay đổi đột biến, sai lệch vận tốc góc rotor khoảng 1.5% Khi vận tốc góc rotor giảm, hệ thống làm việc vùng suy giảm từ thơng nên có sai lệch đột biến khoảng 3% khoảng giây thứ 47,48 Như chứng tỏ tính hiệu phương pháp ước lượng tốc độ động tự thích nghi kết hợp phương pháp điều khiển tốc độ động sử dụng mạng nơron nhân tạo với thuật học on-line để bù đại lượng bất định tải thay đổi lớn hệ điều khiển tốc độ động xoay chiều 324 LÊ HÙNG LINH, PHẠM THƯỢNG CÁT, PHẠM MINH TUẤN KẾT LUẬN Bài báo đề xuất phương pháp ước lượng tốc độ động tự thích nghi sử dụng chế độ trượt với vectơ đơn vị mạng nơron với thuật học online xấp xỉ đại lượng bất định Đồng thời, báo khảo sát việc kết hợp phương pháp ước lượng tốc độ động đề xuất với phương pháp điều khiển tốc độ động sử dụng mạng nơron ma sát, mô men quán tính tải thay đổi lớn mơ hình động lực động xoay chiều Độ ổn định tiệm cận mơ hình ước lượng tốc độ thuật điều khiển sử dụng mạng nơron chứng minh phương pháp ổn định Lyapunov Các kết mô minh chứng hiệu phương pháp ước lượng điều khiển tốc độ động đề xuất TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] W Leonhard, Control of Electric Drives, Springer Verlag, 2001 [2] P Krause, Analysis of Electric Machinery, McGrawHill, 1986 [3] R J Wai, Robust decoupled control of direct field-oriented induction motor drive, IEEE Transactions on Industrial 52 (3) (June 2005) [4] S Rao, M Buss, and V Utkin, An adaptive sliding mode observer for induction machines, Proceedings of the 2008 American Control Conference, Seattle, Washington, USA, June 2008 (1947–1951) [5] R Marino, S Peresada, and P Valigi, Adaptive input output linearizing control of induction motors, IEEE Transactions on Automatic Control 38 (2) (Feb 1993) 208–221 [6] V I Utkin, J G Guldner, and J Shi, Sliding Mode Control in Electromechanical Systems, Taylor & Francis, 1999 [7] K Halbaoui, D Boukhetala, and F Boudjema, A new robust model reference adaptive control for induction motor drives using a hybrid controller, Proceedings of the International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Italy, June 11-13, 2008 (1109–1113) [8] Z Yan and V Utkin, Sliding mode observers for electric machines an overview, Proceedings of the IECON 02 (2) Meliá Lebreros Hotel, Sevilla, Spain, Nov - 8, 2002 (1842–1847) [9] A Derdiyok, Z Yan, M Guven, and V Utkin, A sliding mode speed and rotor time constant observer for induction machines, Proceedings of the IECON 01 - The 27th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Vol 2, Hyatt Regency Tech Center, Denver, Colorado, USA, Nov 29 - Dec 2, 2001 (1400–1405) [10] N.E Cotter, The Stone- Weierstrass and its application to neural networks, IEEE Tran on Neural Networks (4) (1990) 290–295 [11] P Marino, M Milano, F Vasca, Linear quadratic state feedback and robust neural network estimator for field-oriented-controlled induction motors, IEEE Trans Ind Electron 46 (1) (1999) 150–161 [12] Pham Thuong Cat, Le Hung Linh, Pham Minh Tuan, Speed control of 3-phase asynchronus motor using artificial neural network, 2010 8th IEEE International on Control and Automation, Xiamen, China, June 9-11, 2010 (832–836) Ngày nhận 08 - 07 - 2013 Nhận lại sau sửa ngày 15 - 11 - 2013 ... lệch tốc độ triệt tiêu ε = (ω − ωd ) → c) Tích hợp ước lượng tốc độ động mơ hình điều khiển động xoay chiều có nhiều tham số bất định Hình mơ tả hệ điều khiển động có nhiều tham số bất định sử dụng. .. đại lượng vật lý bị giới hạn nên |f | δ0 ; δ0 (30) ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA CÓ NHIỀU THAM SỐ BẤT ĐỊNH 319 Thay (30) vào (29), ta có hệ động lực mơ tả tốc độ động có tham số bất định. .. khiển tốc độ động 318 LÊ HÙNG LINH, PHẠM THƯỢNG CÁT, PHẠM MINH TUẤN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU CÓ NHIỀU THAM SỐ BẤT ĐỊNH Sử dụng giá trị ước lượng tốc độ số thời gian rotor ta xây dựng điều khiển