Điều khiển thích nghi hệ truyền động cơ không đồng bộ sáu pha

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO - BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH PHẠM THÚY NGỌC ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ SÁU PHA LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH- 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO - BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH PHẠM THÚY NGỌC ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ SÁU PHA Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hoá Mã số: 9520216 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN HỮU KHƯƠNG TS TRẦN THANH VŨ TP HỒ CHÍ MINH- 2020 I LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan luận án tiến sĩ với đề tài: “Điều khiển thích nghi hệ truyền động động khơng đồng sáu pha” cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng Các kết nghiên cứu luận án trung thực chưa công bố nghiên cứu Tất tham khảo kế thừa trích dẫn tham chiếu đầy đủ Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng năm 2020 Nghiên cứu sinh Phạm Thúy Ngọc II LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến người thầy tôi: PGS.TS Nguyễn Hữu Khương, TS Trần Thanh Vũ – thầy Hội Đồng Khoa Học Trường Đại học Giao Thơng Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh tận tâm dành thời gian hướng dẫn cho tơi ý kiến đóng góp q báu giúp tơi hồn thành tốt luận án Tơi xin gửi lời cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh, Viện đào tạo sau đại học, Khoa Điện_ĐTVT, phòng ban chức tạo điều kiện hỗ trợ, giúp đỡ suốt thời gian học tập trường Tôi xin cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, lãnh đạo đồng nghiệp Khoa Công nghệ điện Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, nhà khoa học, chuyên gia tạo điều kiện hỗ trợ thời gian học tập cho ý kiến góp ý giúp tơi hồn thiện luận án Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới Bố, Mẹ tôi, người hy sinh thầm lặng ln dành tình u thương cho tơi, tới gia đình nhỏ, chồng hai gái thân yêu tôi, người tin tưởng, động viên giúp tơi vượt qua khó khăn để hồn thành luận án Cuối cùng, xin gửi lời tri ân tới người bạn lớn, người Thầy, người ln đồng hành, chia sẻ khó khăn tơi, người mà thái độ làm việc, nghiên cứu khoa học nghiêm túc đạo đức sống mẫu mực gương để phấn đấu noi theo, động lực để hướng tới sống tốt đẹp, cống hiến cho nghiên cứu khoa học hoạt động có ích cho cộng đồng Một lần xin chân thành cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng năm 2020 Nghiên cứu sinh Phạm Thúy Ngọc III TÓM TẮT Trong thập kỷ gần đây, việc nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển, nhận dạng hệ truyền động không cảm biến tốc độ nhiều pha nói chung động khơng đồng sáu pha khơng đối xứng (SPIM) nói riêng nhận quan tâm lớn từ nhà nghiên cứu Các nghiên cứu hệ truyền động SPIM cho thấy, bên cạnh ưu điểm vượt trội so với hệ truyền động không đồng ba pha, hệ truyền động SPIM phải đối mặt với vấn đề điều khiển hệ truyền động ba pha truyền thống tính chất phi tuyến SPIM, thơng số khơng chắn, nhiễu tải,… Thậm chí vấn đề điều khiển hệ truyền động SPIM phức tạp có gia tăng số pha Trong luận án này, tác giả đề xuất cấu trúc điều khiển phi tuyến kết hợp điều khiển Backstepping điều khiển cổng Hamiltonian (BS_PCH) nhằm cải tiến chất lượng điều khiển vector (IFOC) hệ truyền động SPIM Bộ điều khiển tốc độ vịng ngồi hệ truyền động SPIM đề xuất sử dụng BS cải tiến bổ sung thêm thành phần tích phân sai số theo dõi để tăng độ xác cải thiện tính bền vững điều khiển Bộ điều khiển PCH đề xuất cho điều khiển dòng vòng để tăng khả bám đuổi theo tham chiếu, tốc độ đáp ứng đảm bảo tính ổn định, bền vững trước thay đổi tham số máy điện, nhiễu tải,… Trên thực tế, biết, điều khiển đảm bảo chất lượng điều khiển tốt cho điều khiển không cảm biến tốc độ hệ truyền động SPIM không sử dụng quan sát trạng thái phù hợp xác Nhiều nghiên cứu thực để cải thiện chất lượng quan sát, nâng cao chất lượng hệ truyền động SPIM không cảm biến tốc độ Trong số kỹ thuật đề xuất, MRAS chiến lược phổ biến việc thực đơn giản địi hỏi nỗ lực tính tốn thấp Các quan sát dựa MRAS áp dụng thành cơng khu vực tốc độ trung bình cao, nhiên hoạt động dải tốc độ thấp tốc độ không thách thức lớn Vấn đề liên quan đến độ nhạy thông số máy điện, sai số nhiễu đo lường đo dòng điện áp stator, vấn đề tích phân túy, Do đó, luận án đưa đề xuất thứ hai để cải thiện chất lượng quan sát tốc độ, nhận dạng từ thông rotor, đặc biệt vùng tốc độ thấp tốc độ gần không Trong quan sát tốc độ thích nghi dựa mơ hình tham chiếu dòng stator cải tiến IV sử dụng mạng nơ ron mơ hình trượt (NNSM_SC MRAS) đề xuất: Thứ nhất, tác giả đề xuất quan sát tốc độ dựa mơ hình tham chiếu dịng stator (SC_MRAS), MRAS dòng thành phần dòng điện stator đo sử dụng trực tiếp làm mơ hình tham chiếu để tránh vấn đề tích phân túy ảnh hưởng thay đổi tham số động Mơ hình thích nghi quan sát đề xuất sử dụng mạng nơ ron tuyến tính Adaline với thuật tốn LS để ước tính tốc độ rotor Giải thuật LS đơn giản hoàn toàn phù hợp với toàn ước lượng tốc độ hàm ước lượng thực tế xem hàm tuyến tính Đề xuất nhằm giảm nỗ lực tính tốn khắc phục số nhược điểm gây tính phi tuyến sử dụng giải thuật phi tuyến BPN nghiên cứu đề xuất trước Thứ hai, quan sát dịng đề xuất làm việc chế độ dự báo thay chế độ mô nghiên cứu công bố, dẫn đến hội tụ nhanh thuật toán, sai số ước lượng tốc độ thấp trạng thái độ xác lập Thứ ba, nhận dạng từ thông rotor để cung cấp cho mơ hình thích nghi dịng điều khiển đề xuất sử dụng SM Bộ nhận dạng từ thông thiết kế dựa điều kiện ổn định Lyapunov Điện trở stator ước lượng cập nhật online cho ước lượng dòng stator điều khiển BS_PCH để giảm ảnh hưởng thay đổi thơng số máy đến q trình ước lượng điều khiển tốc độ Các giải pháp cải thiện độ xác ổn định nhận dạng từ thơng rotor, cải thiện độ xác tốc độ ước tính, chất lượng điều khiển hệ truyền động, đặc biệc tần số làm việc thấp Cuối cùng, tác giả đề xuất sử dụng Euler điều chỉnh tăng thêm biến trạng thái đầu vào để tăng độ xác cho quan sát dịng mơ hình thích nghi quan sát Mặt khác, hệ truyền động sử dụng SPIM, việc sử dụng biến tần nguồn áp sáu pha lựa chọn tất yếu nguồn sáu pha khơng có sẵn Các phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) cho biến tần nguồn áp sáu pha gây xung điện áp common mode cao Mục tiêu điều khiển điện áp biến tần triệt tiêu ảnh hưởng bất lợi gây điện áp common mode, tức giảm điện áp common mode mức thấp triệt tiêu chúng zero Vì vậy, để nâng cao chất lượng hệ truyền động SPIM, luận án đề xuất kỹ thuật điều rộng xung sóng mang làm giảm điện áp common mode (Reduced Common Mode Voltage -RCMV) áp dụng cho hệ truyền động SPIM Kỹ thuật sóng mang đề xuất V đơn giản đòi hỏi khối lượng tính tốn ít, dễ dàng phát triển trường hợp mở rộng kỹ thuật PWM cho biến tần đa bậc biến tần nhiều pha Phương pháp có hiệu kinh tế cao, điện áp common mode giảm kiểm sốt thành cơng phạm vi ±Vd/6 Việc kết hợp thành công quan sát NNSM_SC_MRAS cấu trúc điều khiển phi tuyến BS_PCH, giải thuật giảm điện áp common mode cho điều khiển vector không sử dụng cảm biến tốc độ hệ truyền động SPIM góp phần nâng cao chất lượng điều khiển tổng thể hệ thống, làm gia tăng khả bám đuổi theo tín hiệu đặt, độ ổn định, bù đắp cho không chắn gây độ nhạy tham số SPIM, lỗi đo lường nhiễu tải Ứng dụng hệ truyền động đề xuất kết hợp điều khiển BS_PCH, quan sát tốc độ NNSM_SC _MRAS giải thuật giảm điện áp common mode cho hệ thống đẩy xe điện thực tác giả trình bày luận án Các kết thu cho thấy hệ thống truyền động đề xuất đáp ứng tốt yêu cầu hệ thống đẩy xe điện Kết cho phép thúc đẩy nghiên cứu ứng dụng thực tế hệ truyền động SPIM cho phương tiện thiết bị ngành giao thông vận tải lĩnh vực cơng nghiệp, v.v… Bên cạnh việc trình bày, dẫn giải lý thuyết, mô sử dụng MATLAB/ Simulink thực Các kết mô chiến lược đề xuất so sánh với phương pháp truyền thống phương pháp đại cơng bố gần để chứng minh tính hiệu giải pháp đề xuất Từ khóa: Hệ truyền động động khơng đồng sáu pha, điều khiển thích nghi, MRAS, quan sát tốc độ MRAS dịng stator, nhận dạng từ thơng sử dụng SM, điều khiển phi tuyến BS_PCH VI Abstract In recent decades, the improvement of the control and identification system in the (SPIM) six phase induction motor drives has received great attention from the researchers SPIM drive studies show that, besides, the outstanding advantages compared to three phase induction motor drive, SPIM drives also face the control problems as in the traditional three phase induction motor drives due to the nonlinearity of SPIM, uncertain parameters, load noise, etc Even the problems of the control of SPIM drives are more complicated due to the increase in number of phases of SPIM In this thesis, the author proposes a new nonlinear control structure that combines the Backstepping control and the Port Controlled Hamiltonian (BS_PCH) to improve the performance of the vector control system in the SPIM drives The outer speed and flux control loop design are based on the BS technique using the integral tracking errors action to increase the accuracy and improve its robustness The PCH scheme is proposed for inner current control loop to improve performance and ensure the stability, accuracy speed response for the drive system, enhance the robustness for the sensitivity of changes in machine parameters, load disturbance,… In fact, as we knew that the control techniques for the sensorless control for SPIM drives can not guarantee good performances without the use of accurate and suitable state observer Lots of research has been done to improve the performance of the observers Among the proposed techniques, MRAS are the most common strategy due to their low computational effort and simplicity These MRAS based on observers have been successfully applied in medium and high speed region, howerver, low and zero speed operation is still a large challenge This is related to the machine parameter sensitivity, flux pure integration problems, stator voltage and current acquisition problems and inverter nonlinearity, Therefore, the thesis gives the second proposal to improving the quality of the speed observer, rotor flux identifier, especially at low and near zero speed region In the novel version of the stator current model reference adaptive system based on speed observer using neural networks and sliding mode (NNSM_SC_MRAS) for sensorless vector control of the SPIM drives is proposed: First, in order to avoid the effect of a pure integrator and VII influence of motor parameter variations, the measured stator current components are used as the reference model The adaptive model of the proposed observer uses a two layer linear neural network, which is trained online by a linear LS algorithm, this LS algorithm is simple and perfectly suitable for the speed estimation when the speed estimation function is considered to be a linear function This proposal is intended to reduce computational effort and overcome some of the disadvantages caused by nonlinearity when using the BPN nonlinear algorithm in the previously proposed studies This significantly improves the performance of the proposed observer Second, the adaptive model is implemented in the prediction mode This improvement ensures that the proposed observer will operate better accuracy and stability Third, a rotor flux identifier, which is needed for the stator current estimation of the adaptive model and controller, is proposed based on SM The gains are designed based on stability conditions of Lyapunov theory In addition, Rs stator resistance value of SPIM is also estimated and update online to stator current estimator and BS_PCH controller These solutions improve the rotor flux estimation accuracy, and consequently, the speed estimation accuracy at very low stator frequency operation Finally, the modified Euler integration has been used in the adaptive model to solve the instability problems due to the discretization of the rotor equations of the machine enhance the performance of observer On the other hand, in the SPIM drives, the use of a six phase voltage voltage source inverter (SPVSI) is an inevitable option because a six phase source is not available The pulse width modulation (PWM) methods for SPVSI cause high common mode voltage, in order to improve the quality of the drives, the goal of the voltage control is to eliminate the adverse effects caused by common mode voltage, which means reducing common mode voltage to the lowest possible level or eliminating them by zero Therefore, the thesis proposes the novel carrier pulse modulation techniques to reduce common mode voltage for the six phase voltage source inverter of the SPIM drives These new proposed techniques are simple, efficient, requires little computational volume, and easy to apply when expanding PWM techniques for power conversion systems such as multi-level inverter or multiphase inverter These methods are highly economical, in that, common mode voltage is reduced and successfully controlled in the range Vd/6 VIII The successful combination of NNSM_SC_MRAS adaptive speed observer, BS_PCH nonlinear control structure and common mode voltage reduction algorithm have contributed to improving control quality for sensorless vector control of SPIM drive, increases stability, compensates for the uncertainty caused by SPIM parameter variations, measurement errors and external load disturbance The application of the proposed SPIM drive for electric propulsion system of electrical vehicle (EV) has been also carried out and presented in the thesis The results show that the proposed SPIM drive met very well the requirements of the electric propulsion system of EV These results enable the promotion of practical applications of the proposed SPIM drive for equipment in the field of transportation, as well as in industrial applications, Besides, the presentation and interpretation of the theory, the simulations using MATLAB / Simulink were also carried out The proposed strategy simulation results are compared with the traditional methods and the recently published modern methods to prove the effectiveness of the proposed solutions Key words: Six phase induction motor drive, adaptive control, Stator current MRAS based on speed observer, Rotor flux identifier using sliding mode, BS_PCH nonlinear control Vcom2 (V) 105 500 -500 1.051 1.052 1.053 1.054 1.055 1.056 1.057 1.058 1.059 1.06 1.061 1.057 1.058 1.059 1.06 1.061 Time (s) Vcom (V) 500 -500 1.051 1.052 1.053 1.054 1.055 1.056 Time (s) Hình 8: Đáp ứng tốc độ SPIM tốc độ tham chiếu dạng tam giác đảo chiều Kết khảo sát Hình 4.8 cho thấy chất lượng điều khiển quan sát trường hợp tốt Từ thông rotor tốc độ ước lượng bám theo giá trị thực tế xác tham chiếu tốc độ dạng đường dốc tam giác Các đáp ứng tốc độ Hình 4.8 cho thấy chất lượng theo dõi tham chiếu ước lượng tốc độ thỏa đáng hai chế độ quay thuận nghịch với tham chiếu tốc độ dạng tam giác, sai lệch tốc độ chiến lược điều khiển nhận dạng đề xuất tốt so với chiến lược đề xuất [120, Hình 4b zoom] Kết mơ cho thấy từ thông rotor không bị dao động tốc độ thay đổi Trường hợp 2: Khảo sát chất lượng động hệ truyền động SPIM Để đánh giá chất lượng động hệ truyền độ BS_PCH kết hợp với quan sát NNSM_SC_MRAS đề xuất, khảo sát dựa thử nghiệm chuẩn dựa theo [120, Hình 5] thực Đáp ứng tốc độ, từ thông rotor hệ truyền động SPIM với: Hình 4.9 (a) với tốc độ tham chiếu dải thấp từ - 955 vòng/phút - (-955) vòng/phút 0, tương ứng từ - 10 rad/s- (-10) rad/s – [120, Hình 5a] Hình 4.9 (b) với tốc độ tham chiếu dải cao từ - 47.75 vòng/phút - 477.5 vòng/phút - 955 vòng/phút - (-955) vòng/phút - (-477.5) vòng/phút -(-47.5) vòng/phút -0, tương ứng từ 0- 5rad/s - 50rad/s - 100 rad/s - (-100 rad/s) - (-50rad/s) - (-5 rad/s) - [120, Hình 5b] Trong hai trường hợp tải 50% định mức áp đặt cho hệ truyền động SPIM Từ kết mô cho thấy, đáp ứng tốc độ từ thông tốt, tốc độ thực bám sát tốc độ tham chiếu Reference Measured Estimation 100 Reference Measured Estimated 1000 Speed (rpm) Speed (rpm) 106 500 -500 -100 -1000 0.5 Time (s) 1.5 0.5 1 1.5 -2 -4 Stator current (A) 0.5 Time (s) 1.5 Stator current (A) -2 0.5 isq Real isq Est isd Real -5 isd Est 1.5 is anpha Est is beta Real is beta Est -5 0.5 PhirD Real PhirD Est PhirQ Real PhirQ Est -1 Time (s) 1.5 1.5 2.5 Time (s) Rotor flux (Wb) Rotor flux (Wb) 0.5 is anpha Real Time (s) Time (s) is anpha Real is anpha Est is beta Real is beta Est Stator current (A) Stator current (A) -2 Time (s) isq Real isq Est isd Real isd Est Time (s) Time (s) -2 0 Stator curren (A) Stator curren (A) PhirD Real PhirD Est PhirQ Real PhirQ Est -1 Time (s) Phird Real Phird Est Phirq Real Phirq Est 0.5 0 0.5 Time (s) 1.5 Phirq Real Phirq Est 0.5 Phirs Read Phirq Est 0 Time (s) Vcom (V) 500 -500 500 Vcom (V) Rotor flux (Wb) Rotor flux (Wb) 107 1.052 1.054 1.056 1.058 Time (s) a Khảo sát dải tốc độ thấp 1.06 -500 1.052 1.054 1.056 1.058 Time (s) 1.06 b Khảo sát dải tốc độ cao Hình 9: Đáp ứng tốc độ từ thơng rotor Kết tương tự tìm thấy hai trường hợp tốc độ thấp cao So sánh với kết đạt [120, Hình.5] ta thấy rằng, chiến lược khiển khơng cảm biến tốc độ hệ SPIM kết hợp điều khiển BS_PCH quan sát NNSM_SC_MRAS có chất lượng động tốt cho dải tốc độ cao tốc độ thấp Chất lượng dõi theo tham chiếu, độ vọt lố, thời gian độ kiểm soát tốt Thành công phần nhờ hoạt động hiệu ước lượng tốc độ NNSM_SC_MRAS đề xuất Tốc độ từ thông, giá trị điện trở ước lượng xác góp phần nâng cao chất lượng hệ truyền động Hình 4.9 cho thấy, từ thơng rotor kiểm sốt tốt, giữ ổn định, dao động xuất thay đổi tốc độ đột ngột dải cao (thay đổi tức thời 1910 vịng/phút), dao động từ thơng thời điểm đảo chiều quan sát 1,5s, trở lại trì ổn định theo sát giá trị tham chiếu Từ thông nhận dạng xác theo sát thay đổi So với kết [120, Hình.5] ta thấy đáp ứng tốc độ xuất dao động đặc biệt đảo chiều Vùng tốc độ cao cho chất lượng xấu so với vùng tốc độ thấp Điều nỗ lực nhóm tác giả nhằm tập trung cải thiện tốc độ vùng thấp mức Hơn nữa, điều khiển [120] sử dụng điều khiển PI truyền thống, dải thấp, chất lượng điều khiển tốt, tham số PI cố định nên thay đổi vùng, điểm làm việc khác nhau, chế 108 độ nhiễu loạn tải, hay thay đổi tham số máy,… điều khiển khó thỏa mãn Trong [120], ảnh hưởng thay đổi tham số không xem xét Những cải tiến chất lượng động đạt với cấu trúc điều khiển BS_PCH quan sát NNSM_SC MRAS xác minh cách so sánh chiến lược đề xuất trình đảo chiều tốc độ dải cao, trung bình thấp (±1000 vòng/phút, ± 500 vòng/phút ± 100 vòng/phút, làm việc với 50% tải định mức) với chiến lược điều khiển quan sát đề xuất [58] Reference Measured Estimated 1000 -500 -1000 -500 2.2 Time (s) 2.4 2.6 100 Error speed (rpm) Error speed (rpm) -1000 1.8 -100 500 Speed (rpm) Speed (rpm) 500 Reference Measured Estimated 1000 1.8 2.2 Time (s) 2.4 2.6 a Bộ quan sát BPN_NN_SC_MRAS 1.8 2.2 Time (s) 2.4 1.8 2.2 Time (s) 2.4 2.6 100 -100 2.6 b Bộ quan sát OLS_NNSM_SC_ MRAS Hình 10: Đáp ứng tốc độ mơ men dải tốc cao Speed (rpm) -500 2.2 Time (s) 2.4 2.6 100 Error speed (rpm) Error speed (rpm) -500 1.8 -100 Reference Measured Estimated 500 Speed (rpm) Reference Measured Estimated 500 1.8 2.2 Time (s) 2.4 2.6 1.8 2.2 Time (s) 2.4 2.6 1.8 2.2 Time (s) 2.4 2.6 100 -100 109 a Bộ quan sát BPN_NN_SC_MRAS b Bộ quan sát OLS_NNSM_SC_MRAS Hình 11: Đáp ứng tốc độ, mơ men dải tốc độ trung bình Reference Measured Estimated 0.8 1.2 Time (s) 1.4 1.6 100 Error speed (rpm) Error speed (rpm) -100 -100 -100 Reference Measured Estimated 100 Speed (rpm) Speed (rpm) 100 0.8 1.2 Time (s) 1.4 1.6 a Bộ quan sát BPN_NN_SC_MRAS 0.8 1.2 Time (s) 1.4 1.6 0.8 1.2 Time (s) 1.4 1.6 100 -100 b Bộ quan sát OLS_NNSM_SC_MRAS Hình 12: Đáp ứng tốc độ, dịng sáu pha dải tốc độ thấp Do mơ hình thích nghi quan sát MRAS [58] sử dụng chế độ mô phỏng, tốc độ hội tụ ước lượng tốc độ chậm so với quan sát LS MRAS chế độ dự báo Giải thuật LS tuyến tính sử dụng quan sát đề xuất làm việc hiệu qủa cho đáp ứng tốt giải thuật phi tuyến BPN [58] Các kết thu cho thất hoạt động hiệu quan sát sử dụng giải thuật LS đề xuất trường hợp Hình 4.11 Hình 4.12 cho thấy sai số ước lượng tốc độ thời gian hội tụ giá trị tham chiếu quan sát sử dụng giải thuật BPN [58] lớn so với sử dụng giải thuật LS đề xuất luận án Hình 4.10, Hình 4.11 Hình 4.12 cho thấy tính hiệu cấu trúc điều khiển đề xuất Từ kết khảo sát trình bày Hình 4.8b cho thấy sai số dõi theo tốc độ tham chiếu quan sát sử dụng giải thuật BPN điều khiển PI [58] dải tốc độ thấp tốt Ở chế độ xác lập sai số tiến khơng Tuy nhiên, phân tích chương 3, hệ số cố định PI khó kiểm soát tốt cho chất lượng thỏa đáng tất chế độ vận hành hệ truyền động phi tuyến SPIM Nỗ lực kiểm soát dải tốc độ thấp khiến điều khiển đề xuất [58] không hoạt động hiệu tốt dải tốc độ cao Thời gian 110 khởi động, độ vọt lố thời gian độ đạt xác lập, sai số dõi theo tham chiếu đề xuất sử dụng PI [58] (Hình 4.11a; Hình 4.12a) lớn so với sử dụng cấu trúc BS_PCH đề xuất luận án (Hình 4.11b; Hình 4.12b) Sai số dõi theo tham chiếu chiến lược đề xuất [58] không lớn chế độ độ mà chế độ xác lập, thời gian sai số tiến không lớn Với cấu trúc điều khiển BS_PCH, chất lượng dõi theo tham chiếu, vọt lố thời gian độ kiểm soát tốt tất phạm vi tốc độ làm việc khác Trường hợp 3: Khảo sát ảnh hưởng thay đổi điện trở đến hệ truyền động SPIM sử dụng quan sát NNSM_SC_MRAS Mục đích khảo sát để xác minh chất lượng ước tính tốc độ quan sát NNSM_SC_MRAS tham số động thay đổi Các khảo sát dựa thử nghiệm chuẩn [128] mở rộng khảo sát tăng giá trị điện trở từ 150200% so với giá trị Rs danh định 1.5s, 3.8s tương ứng SPIM làm việc với 80% tải định mức Hình 4.13 cho thấy đáp ứng tốc độ, sai số ước lượng, mô men, điện trở ước lượng, từ thông Tốc độ tham chiếu tăng từ đến 191 vịng/phút, sau giảm xuống 114.6 vịng/phút xuống 66.85 vòng/phút 0, tương ứng từ đến 20 rad/s- 12 rad/s - rad/s – [128, Hình 10] Hệ thống hoạt động ổn định Khả dõi theo tham chiếu ước lượng tốc độ xác điều khiển BS_PCH quan sát tốc độ NNSM_ SC_MRAS (Hình 4.13) thu tốt với Rs tăng 150% Tại t=3.8s, tiếp tục tăng Rs=200%, quan sát hoạt động tốt, sai số ước lượng gần không, tăng nhẹ giá trị điện trở tăng giảm khơng Bộ điều khiển hoạt động kiểm sốt tốc độ dòng hiệu quả, tốc độ động xuất dao động thời điểm thay đội điện trở điều khiển bám theo, hội tụ với giá trị tham chiếu sau 2-3 chu kỳ 250 Reference Measured Estimated Speed (rpm) 200 150 200 100 120 180 50 1.45 1.5200 1.55 100 3.75 3.8 3.85 120 180 1.45 1.5 1.55 -50 100 3.75 3.8 3.85 Time (s) 111 Speed error (rpm) 20 10 -10 -20 Time (s) TL Te Torque (Nm) 1 Rotor flux (Wb) Stator resistance Rs Time (s) 25 Rs 20 1.5 Rs 15 10 Rs Reference resistance various Estimated resistance Time (s) Phird Phirq 0.5 0 Time (s) Vcom (V) 500 -500 2.5 2.51 2.52 2.53 2.54 Time (s) 2.55 2.56 Hình 13: Kết qủa mô hệ tham số động thay đổi (Rs) 112 Trường hợp 4: Ảnh hưởng nhiễu tải hoạt động chế độ hãm tái sinh Ngoài đối mặt với thách thức hoạt động dải tốc độ thấp, điều khiển vector hệ khơng cảm biến SPIM gặp khó khăn vận hành chế độ hãm tái sinh Vấn đề đề cập nhiều nghiên cứu trước đây, trường hợp khảo sát góc phần tư khảo sát theo [120, Hình 6] với mô men tải định mức thay đổi 3s, tốc độ tham chiếu ± 47.75 vòng/phút đảo chiều 2.5s, 3.5s, tương ứng với 5rad/s [120, Hình 6] Kết mơ Hình 4.14 ta dễ dàng thấy chất lượng hoạt động góc phần tư hệ truyền động SPIM sử dụng BS_PCH NNSM_SC_MRAS tốt Các đáp ứng tốc độ khả dõi theo tốc độ tham chiếu, sai số ước lượng kiểm sốt tốt, khơng có dao động từ thông, tốc độ chế độ hoạt động ghi nhận Torque (Nm) 10 Tl Te -10 2.5 Time (s) Speed (rpm) 100 3.5 Reference Measured Estimation -100 Stator curren (A) 3.5 2.5 Time (s) isa isb isc isA isB isC -2 2.5 Time (s) 3.5 113 Stator current (A) isq Real isq Est isd Real isd Ets -5 Stator current (A) 2.5 Time (s) is anpha real 3.5 is anpha ets is beta real is beta est -5 2.2 2.4 2.6 2.8 3.2 3.4 3.6 3.8 Rotor flux (Wb) Time (s) Phird real Phird ets Phirq real Phirq ets 0.5 Rotor flux (Wb) 2 2.5 PhirD Real Time (s) PhirD Est 3.5 PhirQ Real PhirQ Est -1 2.5 Time (s) 3.5 Vcom (V) 500 -500 1.75 1.752 1.754 1.756 Time (s) 1.758 1.76 Hình 14: Hoạt động hệ truyền động SPIM bốn góc phần tư Đáp ứng tốc độ, Momen (Nm), Từ thông rotor, Vcom 114 Để làm rõ hiệu chiến lược đề xuất, khảo sát thực để so sánh quan sát SC_MRAS [130] quan sát đề xuất NNSM_SC_MRAS chế độ hãm tái sinh vùng tốc độ thấp cao Trong trường hợp thứ nhất, mô men tải giữ không đổi 50% định mức, tốc độ tham chiếu thay đổi ± 200 vịng/phút (Hình 4.15) Trường hợp thứ thực dải tốc độ cao 400 400 200 200 Speed (rpm) Speed (rpm) với tham chiếu tốc độ thay đổi ± 1000 vịng/phút, 75% tải định mức (Hình 4.16) -200 -400 -600 -800 Reference Measured Estimated -200 -400 -600 -800 Reference Measured Estimated Time (s) Time (s) a b Hình 15: Đáp ứng tốc độ chế độ động hãm tái sinh dải tốc độ thấp a Bộ quan sát NN_SC_MRAS sử dụng CM để ước lượng từ thông [130] b Bộ quan sát NN_SC_MRAS sử dụng SM để ước lượng từ thông 1000 Speed (rpm) Speed (rpm) 1000 500 -500 Reference Measured Estimated 500 -500 Time (s) 10 12 14 Reference Measured Estimated 10 12 14 Time (s) a b Hình 16: Đáp ứng tốc độ chế độ động hãm tái sinh dải tốc độ cao: a Bộ quan sát NN_SC_MRAS sử dụng CM để ước lượng từ thông [130] b Bộ quan sát NN_SC_MRAS sử dụng SM để ước lượng từ thông Từ kết khảo sát cho thấy hai quan sát làm việc chế độ động với chất lượng quan sát tốt Tuy nhiên, quan sát CM_SC_MRAS [130] làm việc không ổn định chế độ hãm tái sinh (Hình 4.15a Hình 4.16a), đó, quan sát NNSM_SC_MRAS đề xuất làm việc ổn định suốt thời gian khảo sát Như phân tích phần 4.1, từ thơng rotor ước lượng quan sát tốc 115 độ SC_MRAS đề xuất [130] cách sử dụng mô hình dịng (CM) Mơ hình dịng phụ thuộc vào tốc độ ước lượng, suy giảm ước lượng tốc độ gây suy giảm chất lượng từ thông rotor ước lượng gây ổn định chế độ hoạt động hãm tái sinh [130] Điều khắc phục sử dụng kỹ thuật SM bền vững để ước lượng từ thông rotor, Hình 4.15 (b) Hình 4.16 (b) cho thấy chất lượng ổn định tốc độ ước lượng chế độ làm việc khác quan sát NNSM_SC_MRAS đề xuất Sự bền vững trước nhiễu tải thay đổi đột ngột thực để chứng minh tính bền vững chiến lược đề xuất tốc độ khơng đổi 1000 vịng/phút mơ men tải thay đổi áp đặt sau: + 75% định mức đóng vào t=1s, thay đổi tải đột ngột từ + 75% đến -75% tải định mức 2s sau ngắt tải t=3, áp đặt -75% tải định mức 3s, 4s sau ngắt tải tăng lên tải định mức t=6s trì đến t=7s sau ngắt tải Hình 4.17 biểu diễn đáp ứng tốc độ, mơ men, dịng, từ thơng suốt q trình khảo sát tải biến đổi Các kết mô cho thấy đáp ứng mơ men, dịng xảy tức thời (Hình 4.17) Dao động mơ men dịng với biên độ nhỏ xảy đóng ngắt tải Tuy nhiên, thời gian dao động xuất 1-2 chu kỳ hội tụ giá trị tham chiếu Sai số ước lượng tốc độ thấp quan sát tốc độ ghi nhận, trí q trình thay đổi mơ men, tốc độ ước lượng xác bám theo giá trị tham chiếu Có thể thấy rằng, cách sử dụng quan sát NNSM_ SC_MRAS với việc ước lượng từ thông rotor cải tiến cách sử dụng SM cho chất lượng tốt bền vững kết hợp với điều khiển đề xuất BS_PCH thiết kế dựa tiêu chuẩn ổn định chặt chẽ cho đáp ứng đầu hệ truyền động bền vững trước nhiễu tải đóng đột ngột vào hệ thống Chiến lược hoạt động ổn định, bền vững toàn phạm vi khảo sát 116 Speed (rpm) 1000 500 Reference Measured Estimated 0 Time (s) Error (rpm) 40 20 -20 -40 Time (s) Torque (N.m) 15 TL Te 10 -5 Current isdq (A) Time (s) -2 isd Real isd Est isq Real isq Est Time (s) Flux rotor (Wb) Flux rotor (Wb) 117 Phi rq real Phi rq est Phi rd real Phi rd est 0.5 0 Time (s) Phi rd real Phi rd est Phi rd real Phi rd est -1 0.85 0.9 0.95 Time (s) 1.05 1.1 Vcom1 (V) 500 -500 1.75 1.751 1.752 1.753 1.754 1.755 1.756 Time (s) 1.757 1.758 1.759 1.76 1.751 1.752 1.753 1.754 1.755 1.756 Time (s) 1.757 1.758 1.759 1.76 1.751 1.752 1.753 1.754 1.755 1.756 Time (s) 1.757 1.758 1.759 1.76 Vcom2 (V) 500 -500 1.75 Vcom (V) 500 -500 1.75 Hình 17: Đáp ứng tốc độ, mơ men tốc độ 1000 vịng/phút tải thay đổi 4.7 Kết luận Trong chương 4, tác giả xây dựng thành cơng quan sát tốc độ thích nghi sử dụng mạng nơ ron, điều khiển trượt kết hợp với điều khiển BS_PCH giải thuật 118 giảm điện áp common mode RCMV_4S_CBPWM Vcommid cho điều khiển không cảm biến hệ truyền động SPIM Thông qua kết qủa mô chứng minh quan sát tốc độ NNSM_ SC_MRAS làm việc xác dải tốc độ thấp rad/s tốc độ không, không xuất hiện tượng ổn định chế độ hãm tái sinh, hệ làm việc ổn định, bền vững, không chịu ảnh hưởng từ thay đổi tham số động nhiễu tải Mạng NN huấn luyện giải thuật OLS tránh vấn đề hội tụ cực tiểu cục bộ, vậy, quan sát tốc độ có tốc độ hội tụ nhanh sai số ước lượng tốc độ thấp Sử dụng quan sát tốc độ đề xuất có độ nhạy thấp thay đổi thơng số động có chất lượng động tốt, độ xác cao chế độ độ chế độ xác lập 119 CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG HỆ TRUYỀN ĐỘNG CỦA XE ĐIỆN 5.1 Giới thiệu Trong năm gần đây, ảnh hưởng hiệu ứng nhà kính thiếu hụt lượng hóa thạch, nhiều nỗ lực nghiên cứu tập trung vào phát triển hệ truyền động cho xe điện (EV) chất lượng hiệu suất cao giải pháp cho vấn đề lượng môi trường Hệ thống truyền động sử dụng động điện công nghệ EV Một EV điều khiển động điện, ngồi ưu điểm thân thiện với mơi trường cịn có ưu điểm tạo mơ men có đáp ứng nhanh xác [136-139] Hệ truyền động điện EV bao gồm: động điện, chuyển đổi điều khiển Hệ truyền động động thiết kế để đáp ứng yêu cầu tốc độ mô men thiết lập người lái xe Đối với động sử dụng EV, SPIM đề xuất có tính cạnh tranh cao cho hệ thống đẩy EV ưu điểm vượt trội chúng khả chịu cố, dịng pha giảm ½ với nguồn áp cấp cho động so với động ba pha công suất, mật độ mô men cao, gợn mô men thấp, giảm độ rung tiếng ồn, hiệu suất cao giảm xung dòng rotor, [140] Để nâng cao chất lượng điều khiển hệ truyền động EV, nhiều giải pháp điều khiển đại phát triển điều khiển tựa theo từ thông rotor (FOC), trực tiếp điều khiển mô men (DTC) điều khiển dự báo mơ hình (MPC) Tuy nhiên, DTC MPC cần phân tích chọn điện áp vectơ, số lượng tăng theo cấp số nhân số pha stator tăng Với ưu điểm mình, Kỹ thuật điều khiển FOC giải pháp điều khiển chiếm nhiều ưu sử dụng cho ứng dụng hệ truyền động xe điện (EV, LEV HEV) [141-142] Hình 5.1 biểu diễn sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển hệ thống đẩy xe điện Việc thực kỹ thuật điều khiển vector địi hỏi thơng tin xác tốc độ, từ thơng rotor Cảm biến dịng, áp cảm biến tốc độ thường sử dụng để cung cấp thông tin tốc độ ước tính từ thơng rotor Tuy nhiên, xu hướng loại bỏ loại cảm biến đo tốc độ chúng nhạy cảm, gây tiếng ồn, tăng chi phí, kích thước, trọng lượng làm giảm độ tin cậy hệ truyền động [143-145] Một số phương pháp đề xuất thập kỷ qua cho cảm ứng điều khiển tốc độ không cảm ... SPIM hệ truyền động SPIM hệ trục αβ - Nghi? ?n cứu kỹ thuật điều khiển gián tiếp tựa theo từ thông rotor (IFOC) cho hệ truyền động động không đồng ba pha hệ truyền động động không đồng sáu pha bất... nhiều pha Nội dung nghi? ?n cứu: - Xây dựng quan sát tốc độ thích nghi cho điều khiển vector không cảm biến hệ truyền động SPIM Trong ứng dụng điều khiển thích nghi, điều khiển thông minh điều khiển. .. với đề tài: “ Điều khiển thích nghi hệ truyền động Động không đồng sáu pha? ?? Đối tượng nghi? ?n cứu luận án động không đồng sáu pha rotor lồng sóc bất đối xứng với hai dây ba pha đặt lệch 300 điện,