Hoàn thiện cấu trúc điều khiển động cơ 3 pha không đồng bộ rô to lồng sóc trên cơ sở nguyên lý thụ động

Hoàn thiện cấu trúc điều khiển động cơ 3 pha không đồng bộ rô to lồng sóc trên cơ sở nguyên lý thụ động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Họ và tên: Bùi Huy Hoàng

HOÀN THIỆN CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

3 PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ RÔ TO LỒNG SÓC TRÊN CƠ SỞ NGUYÊN LÝ THỤ ĐỘNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TSKH,

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHF luyễn Phùng Quang ugh

HÀ NỘI - 2008

Luận vận tắt nghiệp Thạc sỹ

Lai noi đầu

CHUONG I

1q, 1.2, 1.3 14, 15, 1.6 1 1/8, CHƯƠNG II

atk 22, 23 34 CHUONG ILL

3h

3.2

321,

MỤC LỤC

TONG QUAN PHUONG PHAP BIEU KHIEN THEO

NGUYEN LY THY BONG

Đặc tính ổn định của hệ El mm

MO HINH HOA DONG CO KHONG BONG BO ROTOR LONG SOC THEO NGUYEN LY THY BONG

Biểu diễn dưới dạng vector các đại lượng 3 pha

€ẩu trúc hệ thống điêu khiển theo phương pháp Tựa

theo từ thông rotor (T1R)

Mö hình hóa động cơ KDBRTLS

Đặc điểm thụ đông của mô hình ĐCKĐB 3 pha

THIET KE CAU TRUC DIEU KHIỂN PHI TUYỂN TRÊN

CƠ SỞ NGUYÊN LY THY BONG

Thiết kể cẩu trúc điêu khiển theo nguyên lý thụ

động

Xây dựng cấu trúc điêu khiển ‹.:

Phát biểu bài toán

Trang wos

Trang 5

26 27 34 40

40 42

42

Luậnt vẫn tắt nghiệp Thạc sỹ

323 324 3.2.5, CHUONG IV

KIỂM CHỨNG CẤU TRÚC ĐẨ THIẾT KỸ BẰNG MÔ

PHONG DUNG MATLAB & SIMULINK VA PLECS 50 d6 m6 phdng hé thdng điêu khiển trên Matlab:

Simulink - Plees

Sơ đồ bộ điều khiển PBC , EH)B4 #4 và

Sở đô bộ điều chỉnh từ thông,,

Sơ đồ bộ điều ehÌnh tốc độ ,

Sø đồ mồ hình từ thông_ , CNN xong Ea tne 6

Sơ đồ khâu biển tần - động cd ,, Khẩu điều chế veclor TOG Hạ vạn sự

Mạch nghịch lưu điện áp - động cơ,,, ,„,,

Vinh tham số động cd,,., , " Kết quả mô phỏng trường hợp không tải, ., Kết quả tô phỏng trường hợp cỏ tải đột biển bằng m6 men định tức đồng vào sau 0,8 giây,

Kết quả mô phỏng trưởng hợp đảo chiêu quay

86 91

92

Luận vấn tắt nghiệp Thao sỹ Trang 893

Lời nói đầu

trong những năm gần đây, phương pháp điều khiển theo nguyên lý

thụ động (/49ss4y f8used Gorol = PB) đặc biệt được quan tâm và nghiên

cứu, nhất là khi phải điều khiển các đổi tượng như Robot, các hệ Euler-

Lagrange,

Điều khiển theo nguyên lý thụ động là thuật toán điều khiển dựa trên đặc tính thụ động của hệ thống với mục tiêu làm cho hệ kín cũng là một hệ thu dong, Hé thụ động cũng là 1 hệ ổn định theo tiêu chuẩn Lyapunov,

Mục tiêu của đề tài này là nghiên cứu, hoàn thiện cẩu trúc điều khiển đông cơ 3 pha không đồng bộ rô to lồng sóc trên cơ sở nguyên lý thụ đồng, Nói dung của bản luận văn bạo gồm 5 chương:

Chương 1 mô tả tổng quan về phương pháp điệu khiển theo nguyên lý thụ

Chương V là kết luận và đảnh giá hệ thống

Em xin cảm ơn thay Nguyễn Phùng Quang đã hướng dẫn chỉ bảo để

em hoàn thành bản luận văn này, Em xin cảm ơn các thây, cô trong bộ mỗn

Điệu khiển tự động và Trung tâm đào tạo sau đại học của Trường Đại học Bách khoa Hà nội đã trang bị kiển thức và tạo điều kiên để em hoàn thành

+uận văn tốt nghiệp Thạc sỹ z a Trang 7/83 i

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN THEO NGUYÊN LÝ THỤ ĐỘNG

11 Hệ tuyến tính thụ động

Hệ thụ động là 1 hệ không bao giờ sinh ra năng lượng Sự thay đổi

năng lượng bên trong nó không thể lớn hơn sự thay đổi năng lượng

từ bên ngoài đưa vào

Hệ thụ động tuyến tính là hệ có hàm truyền đạt G(s) thỏa mãn:

Re(G(s))>0 _ khi Re(s) >0

trong đó Re() là ký hiệu phép tính lấy phần thực của một số phức

Những hàm truyền đạt thỏa mãn điều kiện trên được gọi là hàm thực-dương, và có những tính chất cơ bản sau:

- Không có điểm không và điểm cực nằm bên phải trục ảo Các điểm không và điểm cực nằm trên trục ảo là những điểm đơn - C6 bac tương đối không lớn hơn 1

Tên gọi hệ thụ động tuyến tính được bắt ngưồn từ mạch RLC, là

mạch điện chỉ gồm các phan tử tiêu thụ điện năng như điện trở R, cuộn dây L, tụ điện C Tự bản thân mạch RLC không sinh ra năng

lượng nên được gọi là mạch thụ động Đặc biệt, các mạch điện thụ động đều có điện trở phức G(s) là hàm thực dương

Có thể mô tả hệ thụ động SISO bằng hệ phương trình trạng thái:

[es = F(x) dt

| y= 8Q.n)

Với x là vector trạng thái, ¿là tín hiệu đầu vào, y là tín hiệu đầu ra.

Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ vain Trang 8/93 1g

xR" là vector biến trang thai

luôn có hàm truyền đạt G(s) là hàm thực dương và ngược lại, một

hàm thực dương luôn là hàm truyền đạt mô tả một hệ thụ động nào đó

Hệ tuyến tính thụ động chặt nếu hàm truyền đạt G(s) có:

Re(G(s)>0 khi Re(s)>0

Phát biểu trên đúng cho cả hệ nhiều chiêu MIMO thụ động chặt,

tuyến tính với mô hình trạng thái

aye Bu)

tat

y=Cx

xeR”; wyeR’

(hệ có n biến trạng thái, r tín hiệu vào và ra hay:

AcP™; BER™; CoR™

Hệ phi tuyến thụ động Hệ phi tuyến MIMO được gọi là

a) Thụ động - nếu tôn tại một hàm xác định dương S(x), gọi là hàm dự trữ năng lượng sao cho với mọi t>0 luôn có:

Luận vấn tốt nghiệp Thạc sỹ S Trang 9/93

b) Thụ động chất - nếu tôn tại một hàm trữ nắng lượng 5(x), và một hàm xác định dương s(x) gọi là hàm tiêu tán nắng lượng sao cho:

N(x)

dt " yay

1.3 Những tính chat co bản của Hệ thụ động

1,3,1, Hệ phi tuyển MIMO

a)— Nếu hệ là thụ động thì nó sế ổn định Lyapunov tại gốc 0,

b) Nếu hệ là thụ động chắt thì nó sẽ ổn định tiêm edn Lyapunov tai

gốc 0,

€)— Nếu hệ là thụ động chặt thì nó sẽ là pha cực tiểu, tức là ở chế

độ động học không, quỹ đạo trạng thái sẽ tiệm cận về gốc 0, đ) Nếu hệ là thụ động (không chat) thi ở chế độ động học không,

(quý đạo trạng thái của nó sẽ bị chắn tron4 một lân cân của gốc 0, được gọi là hệ pha eự€ tiểu yếu

1.3.2 Hệ hôi tiếp

y

“sano |

L ram |

Hinh 1.1 - Hệ thụ động có hồi tiên?

Giả sử hệ hồi tiếp H1 và H2 ở /w 7.7 là 2 hệ con thụ động có

phương trình trạng thái:

Luận vân tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 10/93

dạng phương trình Euler-Lagrange, Trong thực tổ

đều là các hệ EL, Ngoài ra, người ta cũng đá chứng minh được rắng các hệ EL cũng là các hê phí tuyển thụ động, có nghĩa là bản thân hệ thống cũng không tự sinh ra năng lượng

+ Dưới các giả thuyết hợp lý, ta có thể phản tích một hệ FL thành các

hệ EI mắc theo kiểu phản hồi âm,

Nguyên lý điêu khiển theo nguyên lý thụ động

Điều khiển theo nguyên lý thụ động là thuật toản điều khiển dựa trên

đặc tính thụ động của hệ thống với mục tiêu làm eho hệ kín cũng là một hệ thụ đông với hàm lưu trữ năng lượng mong muốn, Sự tiếp

cần phương pháp PBG ở đây coi là sự mở rộng của kỹ thuật chọn

Luan van tt nghiop Thae sy - — Trang 11/93

ham nang lượng và kỹ thuật phun tín hiệu suy giảm, Kỹ thuật chọn hầm năng lượng là quả trình thay đổi thế năng của hệ thống để sao

cho hàm thể năng mới là nhỏ nhất và duy nhất tại trạng thái cân

bằng, Tiếp theo là quá trình phụn tín hiệu suy giảm, đồ là giai đoạn lầm thay đổi nắng lượng tiêu thụ để đảm bảo tính ổn định tiệm cân

của hệ thống

Giai đoạn chọn hàm nắng lượng là quá trình thiết lập một quan hệ

thụ đồng giữa đầu vào và đầu ra cần điêu khiển để đạt được hàm lưu

trữ năng lượng mong muốn, Hàm này bạo gôm động năng bạn đâu

và thể năng mong muốn của hệ thống , Còn phun tín hiệu suy giảm là quá trình củng cỡ thêm đặc điểm thụ động đối với đầu ra Ngoài ta, để xảy dựng một nguyên lý điều khiển PBG hòan chỉnh thì cân phải bổ sung các nhận thức quan trọng sau: và có thể xem nhự đó là các nguyên tắc trong quả trình xây dựng bộ điều khiển PBC,

+ Khi trạng thái của hệ thống không có khả nắng đo thì tín hiệu suy

giảm phải được phún vào hệ thổng qua việc mở rộng động học của

hé thang

+ Đổi với hệ hụt eớ cẩu chấp hành thì thể năng của hệ thống không được bỏ qua mà nó sẽ đóng một vai trò quyết định trong bộ điều

khién PBC Va nếu như cần thay đổi động nằng thì đầu tiên bộ điều

khiển được xây dựng ở dạng không tường minh (chưa có quan hệ tường minh giữa tín hiệu điêu khiển và tín hiệu ra của tín hiệu cân điều khiển) và qua bước "đảo" động học của hệ thống để dat được

đàng tưởng mình

+ Trong hầu hết các trường hợp, động năng tham gia vào xây dựng

bộ điệu khiển nên nó cũng phải được thay đổi, Điều này như là nói

hàm lưu trữ nắng lượng mong muốn gán cho hệ kín không đơn giản

Lida vei tor NGHOp Hae BY

1.6

- Trang 12/03

là tổng động năng và thể năng mới của hệ thông mà ở đây hàm sẽ được chọn tử việc phân tích động học sai sổ của hệ kín thông qua việc chọn hệ sổ phù hợp đổi với lực của hệ thống để có được quan hé tuyển tính đổi với tín hiệu sai lệch,

khúc nhau như các hệ cơ điện, điện Ưu điểm cơ bản khi sử dlnt

phương trỉnh EL để mô tả động học hệ thống là các cong thức của chúng độc lập với hệ tọa độ được sử dụng Ngoài ra, nó còn có thể

được xảy dựng từ các định luật rất cø bản như định lý D'Alemlbert về

lục, định luật Newton 2 trong cơ học, định luật Kirchhioff trong cac he

điện

Để xây dựng phương trình mô tả toán học cho hệ thông, chúng ta cỏ

nhiều cách tiếp cận Ở đây để xây dựng phương trình EL chúng ta

đứng trên quan điểm xem hệ thống bạo gồm nhiều hệ thống con nổi

với nhtau theo một cẩu trúc nhất định, và các hệ thống con Iày có tác

động qua lại lắn nhau thông qua việc trao đổi nắng lợn giữa chúng

Xuất phát từ ý tưởng này mà việc mô tả toán học của hệ có thể bắt đầu từ việc định nghĩa một hàm năng lượng với các biển trang thal tông quát (các biến trạng thái tổng quát này có thể được định nohia

nhu' la mot he toa dé téng quat x(t) ) va mét ham due goi ld ham Lagrange, dude xde dinh là hiệu giữa động nằng và thể năng Sau đó

Luda van tốt nghiệp Than sỹ Trang 13/93 sử dụng các phương pháp phân tích động học để dẫn ra các phương trình hệ thống,

Xét một hệ động học có n bậc tự do, động học của hệ có thể được mô tả bởi phương trình EL sau:

df

Frong do x (vv .9,) là vector trạng thải của hệ thống, Q là vector lực tác động lên hệ thống, với Q‹ R* và /(¿x) được gọi là

ham Lagrange va dude định nghĩa như sat:

Hayy RO" la ma tran quán tính và thỏa mẩn là) y (4) <0

© POx) 1a hàm thể năng với giả thuyết là bị chẩn dưới, nghỉa là Ldn tal er sao cho Mayon vd Vac RY,

Ở đây cỏ thể xem Q ở 3 dang sau:

+ Lực tae động để điều khiển bus R", với uc R= là vector điều

khiénva Bee R" là mà trận hẳng, + Tác đông do nhiễu Q„

_Luận văn tốt nghiệp Thạo sỹ Trang 14/93

+ Tác động do sự tiêu thụ năng lượng nội tại của hệ, tác động này được đặc trưng bởi hàm tiêu thụ có dạng fw, vdi (x) được gọi là a hàm tiêu thu Rayleigh va thoa man:

Đến đây ta có thể hiểu xuất xứ của tên gọi hệ EL, chỉ đơn giản là

động học của hệ đượcmô tả bởi các phương trình EL

Ma trận đầu vào B có cấu trúc phụ thuộc vào quan hệ giữa tác động đầu vào của hệ thống và các biến trạng thái Dựa vào cấu trúc ma trận B mà có thể phân hệ EL thành 2 lớp sau:

+ Hệ EL hụt cơ cấu chấp hành Một hệ EL được gọi là đủ cơ cấu chấp

hành nếu như số bậc tự do của hệ bằng số tác động đầu vào, nghĩa

là các tác động đầu vào bằng đúng số trạng thái của hệ, hay n=n, và B=1, Ngược lại, hệ được gọi là hụt cơ cấu chấp hành nếu như n,„<n

Với hệ này thì các biến trạng thái có thể chia thành biến trạng được

tác động trực tiếp ø> và gián tiếp Bx (non-actuated), với 8' là ma

Luận vận tốt nghiệp Tha Trang 103

Với ¿0⁄2 112, ,zI, Và nếu 1; sao cho s0 thì hệ được gọi là

suy giảm riêng,

Hầu hết các trường hợp trong thực tế thì hàm tiêu thụ có dạng toàn

Xét một hệ được ký hiệu là ` có hàm tổng lưu trữ năng lượng

4x4), 0 là vector tín hiệu điều khiển, y là vector tín hiệu đâu ra và coi nhu hệ thông không chịu tác động của nhiễu, Như vậy, tốc độ cùng cấp năng lượng cho hệ thống sẽ là y'u Hệ được coi là thụ

động nếu;

Luln vận đồi nghiệp Thạc sỹ ` Trang 1893

iv om tome

‘wom be ne ome op

Thay vào phương trình trên ta được:

Luận văn tắt nghiệp Thạc sỹ Tràng 1/03

Ta thấy l5 x 1 K@)/4)/(4Ä) chính là hàm tổng năng OX)

lượng của hệ thống, Do đỏ tích phân phương trình trên trong khoảng thai gian [0 TỊ tà được phương trình cân bắng nắng lượng sau:

ù OX) MD do dd MP] MO} fy! Bury yx

Như vậy theo định nghía, hệ EL là hệ thụ động Ta có nhận xét sau; + Nếu u=0 thì năng lượng của hệ không tăng, vì vậy hệ sẽ ổn định

+ Hệ sẽ vẫn ổn định nếu như đầu ra 8ý“ bằng không, trong hệ tuyển

tính thì hẻ thống được gọi là pha cực tiểu, tức hệ ổn định theo tiêu

chuẩn Lyapunov,

1.7.2, Khả năng phân tích hệ EL thành các hệ thụ động con

Giả thiết rắng hàm Lagrange z(x.x) có thể phân tích thành dụng

Với xà [k x/Ƒ, trong đồ xe R2 ¿và c R?*, Một hệ EL có thể

được phân tích thành 2 hệ thụ động được nổi theo kiểu phản hồi âm như hình 1,1, Ta gọi các hệ con *.„ với »„ và hàm dự trữ năng lượng

tương ứng là /,(0x,,4,.x„) VÀ 20x,,4)‹

Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 18/93

tình 1,2~ Phân tích hệ EL thành hai hệ thụ động con

TU Hinh 1.2 ta cé các quan hệ thụ động sau:

Lấy đạo hàm toàn phần của /¿ theo thời gian ta được:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIEP TP.HCM

bat i y, ta cd:

(i) aL RY, ox,

Thay các phương trình trên vào (1.16) ta có;

dit, Ors, ey,

Tích phân phương trình này trong khoảng thời gian [0 TỊ ta thấy >),

là hệ thụ đông với hàm năng lượng /,, cụ thể;

bay là tỉnh chất quan trọng được áp dụng trong thiết kể bộ điều

khiển theo phương pháp PBC,

1.7.3, Đặc điểm bảo toàn hệ EL khi nổi các hệ con với nhau

Như đã nói ở trên, mục tiêu của việc thiết kể bộ điều khiển PBC là

làm cho hệ ổn định bắng cách thay đổi năng lượng của hệ thống và

năng lượng tiêu thụ sao cho hệ kín vẫn giữ được tính thụ động của mình với hàm nắng lượng mong muốn, Như vậy, khi lắp bộ điều khiển vào hệ thống thì hệ kín vẫn phải thụ động, vì vậy giữ nguyên các đắc điểm hệ EL là yêu cầu trong thiết kẽ bộ điều khién PBC

Cụ thể, xét một đổi tượng EL >;„ cân điều khiển với các tham số

W6, 420/206/0020,)08,) Và bộ điều khiển X có tham sở W6 0,242)/20,0/20)/08,} Với xe R?“ và x.c R>, thì hệ kín vẫn là

hệ EL nếu như >„ và 3, được nổi với nhau qua tín hiệu điều khiển

„

gà SEND) Ox (1.17)

Và các tham số của hệ mới sẽ là;

Luận vận tốt nghiệp Thạe 3ÿ Trang 21/93

Ý tưởng cơ bản của phương pháp điều khiển PB€ là làm cho hệ kín

vẫn là một hệ thụ động, Do đỏ động học hệ kín được mô tả bởi

phương trình sai số cũng phải được xác định một quan hệ thụ đồng theo phương pháp thiết kể PBC động học của hệ kín được đưa về dang:

[rong đỏ e là sai sổ, Ky (ux) Ky (ux) 20 là ma trận suy giảm riêng, Cs fama tran được xác định bởi (+) theo phương trình:

Việc đưa động học hệ kín về được dạng (1.18) dựa trên chứng mình

rũng, với hệ thống 3, có động học được mô tả bởi phương trình:

Phương trình (1,19) còn tương đương với phương trình sau:

ra é ou

ea) "ưng Wal) | Hy (X)

Đặc tỉnh ổn định của hệ EL * Hệ suy giảm toàn phần

Để đơn giản tà xét hệ không có tác động đầu vào

Xót một hệ EL có hàm thể năng /{x) thỏa mẫn điều kiện /{x) xác

định dương và có điểm cực tiểu x”, với x” là nghiệm của

PO) ox 0

Luận vẫn tốt nghiệp Thạc 5ÿ - Trang

thi diém can bing cua hé thdng sé la (44) = G'0) va điểm cân bằng

này số ổn định nếu nư: x’ la nghiệm duy nhất Phát biểu trên được chứng minh ở trong tài liệu [1]

= Lệ suy giảm riêng

Nếu hệ EL không đảm bảo tính suy giảm toàn phần thì nó vẫn ổn

định tiệm cận nếu như mã trận D(x) là ma trận đường chéo, Xét HỆ

suy giảm riêng với vector trạng thái x, ta có thể chia vector trạng thái x thành 2 vector trạng thái : x- (x/,x/)ˆ› Trong đó x„ gọi là vector trạng thải suy glam vd x, gol là vector trạng thái không suy giảm Các chỉ sổ e và p là ký hiệu cho bộ điều khiển và đổi tượng điều khiển tương ứng, Sở đĩ như vậy là vì đối tượng điều khiển có thể xem như: là hệ suy giảm riêng, còn bộ điều khiển là hệ suy giảm toàn phân Với giả thiết trên thì một hệ suy qiảm riêng có điểm cân bằng

6x44) (x20) sẽ ổn định tiệm cận toàn phần nếu như hàm thể nắng là

hợp thức và có điểm cực tiểu toàn cục và duy nhất tại x=x`, và nếu

Luận vấn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 24/93

CHƯƠNG II - MO HiNH HÓA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTOR

LỒNG SÓC THEO NGUYÊN LÝ THỤ ĐỘNG

2.1 Biểu diễn dưới dạng vector các đại lượng 3 pha

Tổng 3 dòng hình sin phía stator của động cơ KĐB 3 pha không có điểm trung tính:

Hệ thống 3 dòng stator này có thể được mô tả dưới dạng 1 vector

i,(t) quay trong không gian với tần số stator £:

1= |6), 602 1/,(0e°2]=lj 3 (2.2)

Lúc này, 3 dòng pha sẽ là hình chiếu cua vector i, xuống trục của các

cuộn dây tương ứng Tương tự, ta có thể biểu diễn các đại lượng 3

pha khác như điện áp stator, từ thông stator và rotor đưới dạng

vector Us, ự, và w, Tất cả các vector đều quay quanh gốc tọa độ

với tốc độ góc ø,

Hinh 2.1 - Biểu diễn dưới dạng vector các đại lượng 3 pha

Lado van tót nghiệp Thục sỹ — — s s Trang 29/93

Ta thấy vector i;¿; là 1 vector cd module không đổi quay trên mặt

phẳng phức với tốc độ qóc œ;=2nÍ: và tạo với trục thực đi qua cuộn day pha u một góc pha 4 ø Trong đó, {, la tan s6 mach stator, Và do đó, ta có thể biểu diễn các vector này trên hệ tọa độ vuông (ÓC (z,/!):

MU HH, May

Luận van tốt nghiệp Thao a9 Trang 28/93

Khi đó, biểu diễn vector dòng điện, điện áp stator trên hệ tọa độ dq tạ có:

Usa VA Use = const 1d thành phần 1 chiều,

isa Va igg = const 1 thanh phần 1 chiều,

Ở mô hình này: tạ °|/|

T.=L/R

Lạ là hỗ cảm giữa Rotor va Stator

Les Lat Lor

Cae đại lượng rất tường minh và giống với động cơ một chiêu, Vì vậy, cho phép xây dựng hệ thống điêu khiển giống như cho động cơ 1 chiều, điêu khiển dòng 3 pha dé cd ky va liq ph hp

2.2, Cau trac hệ thống điêu khiển theo phương pháp Tựa theo từ théng rotor (T'R)

Luận văn ốt nghiệp Thạo sỹ — — Trang 27703

ha

Hình 2,3 - Gâầu trúc hệ thống điều khiển theo phường phdp rR

2.3, Mô hình hóa động cơ KĐBRTLS

Xuất phát điểm của mô hình là hai phương trình điện áp stator và điện áp rotor viết trên chính hệ thổng cuộn dây stator và rotot, tức là viết

trên hệ tọa độ cố định với stator và trên rotor Phương trình điện áp Stator:

wee kit WR didn ted stator; wi: ter théng stator, (2.5)

Phương trình điện áp rotor:

0 Bạt _ Rụ: điện trở rotor; w;: từ thông rot0r (2.6)

.Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 20/93

r- là đại lượng mô tả tham sổ trên hệ tọa độ cổ định vdi rotor,

Giả sử có 1 hệ tọa độ đê các quay với tốc độ góc wx, Ap dụng cing

Luận vấn tốt nghiệp Thạo 5ÿ - — mg 28/53,

«Nếu 0y=0, : với œ„ là tốc độ góc của các vector thuộc mạch điện

stator và của vector từ thông rotor, KhÍ đó:

whe RAL me jay (2.9) Hệ tọa độ này chính là hệ tọa độ dq đã xác định ở trên, có trục d trùng với trục của từ thông rotor Và do đó, thành phần vuông góc q của từ théng rotor bang không

» nếu œ/=0 : tức là hệ tọa độ mdi nay đứng im, chính là hệ tọa độ ø/t như mô tả ở trên, Trục thực ø trùng với trục cuộn đây pha 0

* Tru¥ing hop mew = tốc độ góc rotor, ta có phương trình điện áp

tựa hướng rotor Tuy nhiên việc mô tả này không mang lại lợi thế

nào trong việc mô tả các tương quan vật lý nhắm đơn giản hóa

trong việc thiết kế hệ thông điều khiển, b) Phương trình điện áp rotor

Tương tự như phía stAtor:

mh i wrewiel® ) Soe ™ ee faye! dy „ A; „ "0

từ thông rotor.

Luận văn tốt nghiệp Thạo 89 Trang 30/93

,

0= Bị EY ja, yf (2.11)

Đây là phương trình điện áp rotor trên hệ tọa độ dụ

* 0=: + Như vậy, hệ tọa độ mới quay ngược lại chiêu quay rotor

đúng bắng tốc độ góc rotor, tức là đứng im so với stator và ta có thể chọn sao cho trùng với hệ tọa độ ø/' như mô tả ở trên

Đây là phương trình điện áp rotor trên hệ tọa độ ø⁄!

€) Mô hình trạng thái liên tục của động cơ KĐB 3 pha trên hệ tọa độ

Rút ¡' và ; từ 2 phương trình cuối thay vào 2 phương trình đâu ta

có:

(2.14)

Ø = 1-/,/(/,/,) : là hệ sổ từ tản toàn phần

Luận vấn tốt nghiệp Thạc sỹ - Trang 31/03

1 1,1N,„, = 1,08, ; là hằng sổ thời gian stator, rokor,

hệ phương trình này có thể biển đổi dưới dạng thành phần như sau:

He {tate os dự al, ơi, }" ơi

diy at (A dea) + Via SOU tae tuy leo 1 1

Từ kết quả (2.9), (2,11) ở trên, ta có hệ phương trình:

wh Ral ee due joy! dt

Wh whl oe ball tà bl + hit

Tương tự như trường hợp hệ tọa độ stator, ta tìm cách khử dòng rotor cũng như: từ thông stator ra khỏi hệ phương trình và thu được:

Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 32/03

leo " |

Mt ap Ma

leo 1 by bo Hy

ot "ah (2118)

VỚI ý, 0/1, *3* Wạ =2, ý (0, =0) =0, Phương trình momen:

Luận vẫn tối nghiệp Thạo sp — — Trang 33/93

với !.,} Z#, Hệ phương trình ở trên được viết lại dưới dạng 7, of of,

mô hình trạng thái sau:

0

Ma trận đầu vào:

Luận văn tốt nghiệp The sp - Trang 34/93

Ta có mô hình trạng thái dạng phi tuyến yếu của ĐCKĐB trên hệ tọa

2.4.1,Phương trình động học

Luận văn tốt nghiệp Thạc sj — - " Trang 36/93 "Như lý thuyết chung mô tả ở phần 1, chúng ta sẽ xem động học của

động cơ gồm động học phân điện và động học phần cơ được đặc trương bởi các ham Lagrange tương ứng /„(¡,), „(@) với các biển

trạng thái x, =|q/.d7 Ì,x„ =2:

'Trong đó;

q; tổng điện tích qua mỗi cuộn dây; ¡ 4

Ø ; vị trí góc cơ học cla rotor; 9» 2,0, @ a d

1,009) L(A) = BGA) > Pi) KO) LO) (2/25)

Hai công thức trên được đưa ra với giả thiết bỏ qua ảnh hưởng của

điện dung của các cuộn dây, trục động cơ là cứng và đặc tính từ

kháng của động cơ là phân bổ đều Khi đó, thế nắng của động cơ sẽ

Luận văn tốt nghiệp 7

Luận vấn tắt nghiệp Thạc 89 | Trang 37/93

Chú ý rằng các phương trình trên ta dé thay 2 LH)

Luận vấn tốt nghiệp Thạc sÿ Trang 38/93 Cuối cùng ta có phương trình momen quay:

Trong đó, hàm năng lượng phần điện: /, Me là

Và hàm năng lượng phần cơ: /!„ jue

Tốc độ thay đổi năng lượng phần cơ:

Luận vấn tốt nghiệp Thạc 4ÿ Trang 39/93

'Từ phương trình trên ta thấy năng lượng của động cơ luôn nhỏ hơn

năng lượng do nguồn cung cấp Tức là mới quan hệ |u” ,~ww |—|t".Ø|

là quan hệ thụ động với hàm năng lượng //(I, 3).

,Luận văn tốt nghiệp Thạo sÿ - Trang 40/03

CHUONG III - THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN PHI TUYỂN TRÊN CƠ SỞ NGUYÊN LÝ THỤ ĐỘNG

3,1, Thiết kể cấu trúc điêu khiển theo nguyên lý thụ động

Thiết kế cấu trúc điêu khiển theo nguyên lý thụ động vé co bản có 2 cách khác nhau, và tương ứng với mỗi cách sẽ cho ta các bộ điều khiển

khác nhau,

Cách 1: Xem hệ thống cơ điện là một hệ thụ động, sau đó thực hiện

thiết kẽ bộ điêu khiển tự động cho toàn bộ hệ thống bảng cách sử: dụng hàm lưu trữ năng lượng cho toàn hệ,

Cách 2: Xuất phát từ tính chất có thể phân tích một hệ thụ động thành

các hệ thụ động con Ứng với cắc hàm lưu trữ năng lượng thành phân

đó, thực hiện thiết kế bộ điều khiển trên nguyên lý thụ động cho từng

thành phần,

Đổi với động cơ không đồng bộ rotor lông sóc, đầu tiên ta phân tích hệ

thống thành 2 hệ thống thụ động cơ và điện được đặc trưng bảng 2 hàm lưu trữ năng lượng khác nhau, Sau đó, coi hệ thống cơ như là

nhiễu thụ động và chỉ thực hiện thiết kế bộ điêu kiển thụ động cho

thành phần điện bằng cách sử dụng hàm lưu trữ năng lượng điện, Sau

đó thực hiện bộ điều khiển đơn giản vòng ngoài để bù nhiễu phần cơ Như đã phân tích ở trên, hàm tổng năng lượng động cơ có thể được phân tích thành tổng của hai hàm lưu trữ nắng lượng của phan điện và

phần cơ:

H-H¿AH, 324x120

Luận văn tốt nghiệp Thạo sỹ " Trang 41/03

Sau đó, coi hệ thống điện /, là đối tượng cần điều khiển và hệ thống

cơ /„ là nhiễu thụ động Để đảm bảo hệ /„ không phá vỡ sự ổn định của hệ thống ⁄⁄, thì một tín hiệu suy giảm sẽ được xếp chồng với tín hiệu điều khiển u,

Xác định tất cả các dòng mong muốn ¡* sao cho có thể tìm được luật

điều khiển để lim | - ¡* o

bé déng co phat ra duge m,, mong musn thi ta phai tin i sao cho khi oP thi, sat.