THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN FOC CHO ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH VĨNH CỬU SỬ DỤNG INCREMENT ENCODER Bao cao đồ án tốt nghiệp chuyên ngành tự động hóa BKHN (12)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN FOC CHO ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH VĨNH CỬU SỬ DỤNG INCREMENT ENCODER Trưởng môn : PGS.TS Trần Trọng Minh Giảng viên hướng dẫn : TS Vũ Hoàng Phương Sinh viên thực : Nguyễn Như Hiển Lớp : ĐK-TĐH 03 MSSV : 20131456 Giảng viên duyệt : Hà nội, 6-2018 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cấu trúc điều khiển FOC cho động đồng kích thích vĩnh cửu sử dụng increment encoder em tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo TS Vũ Hoàng Phương Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép em xin chịu hồn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 01 tháng 06 năm 2018 Sinh viên thực Nguyễn Như Hiển MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ i DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi LỜI NÓI ĐẦU vii Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG SERVO VÀ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH VĨNH CỬU 1.1 Tổng quan hệ truyền động Servo 1.2 Động đồng kích thích vĩnh cửu 1.2.1 Cấu tạo động đồng kích thích vĩnh cửu 1.2.2 Nguyên lý hoạt động ĐCĐB-KTVC Chương THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN FOC CHO ĐCĐB-KTVC VÀ MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG BẰNG MATLAB/SIMULINK 2.1 Phương pháp điều khiển tựa từ thông rotor FOC 2.1.1 Biểu diễn đại lượng xoay chiều pha dạng vector 2.1.2 Chọn hệ tọa độ dq có trục thực d trùng với trục vector từ thông rotor 2.1.3 Các phép chuyển hệ tọa độ 2.1.4 Ưu hệ tọa độ dq 10 2.2 Cấu trúc điều khiển FOC cho ĐCĐB-KTVC 11 2.2.1 Khâu điều chế vector điện áp 12 2.2.2 Mơ hình hóa cấu trúc vật lý ĐCĐB-KTVC 17 2.2.3 Thiết kế điều khiển dòng điện 19 2.2.4 Thiết kế điều khiển tốc độ 21 2.2.5 Thiết kế điều khiển vị trí 24 2.3 Sơ đồ cấu trúc mô 25 2.3.1 Kết mô chế độ điều khiển tốc độ 26 2.3.2 Kết mô chế độ điều khiển vị trí 28 2.3.3 Kết luận 31 Chương XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ CHẠY THỰC NGHIỆM 32 3.1 Xây dựng hệ thống thực nghiệm 32 3.1.1 Thiết kế mạch lực 33 3.1.2 Mạch điều khiển 37 3.1.3 Mạch đo dòng điện 41 3.1.4 Động đồng kích thích vĩnh cửu thử nghiệm 43 3.1.5 Bộ đo vị trí tốc độ Increment Encoder 45 3.2 Chuẩn hóa liệu 46 3.2.1 Chuẩn hóa mạch vòng điều chỉnh dòng điện 46 3.2.2 Chuẩn hóa mạch vịng điều chỉnh tốc độ 47 3.2.3 Chuẩn hóa mạch vịng điều chỉnh vị trí 48 3.2.4 Chuẩn hóa thuật tốn tính tốc độ 49 3.2.5 Chuẩn hóa tht tốn SVM 50 3.3 Trình tự khởi động 50 3.3.1 Vì phải xác định vị trí ban đầu từ thông rotor 51 3.3.2 Phương pháp cấp điện áp đặc biệt 51 3.3.3 Phương pháp đưa rotor vị trí đỉnh cực điều khiển dịng 54 3.3.4 Nhận xét 55 3.4 Đo dòng điện stator 55 3.5 Xây dựng chương trình vi điều khiển 57 3.6 Kết chạy thực nghiệm 61 3.6.1 Chế độ điều khiển tốc độ 61 3.6.2 Chế độ điều khiển vị trí 62 3.6.3 Kết luận 64 3.7 Kết luận 65 3.7.1 Các kết đạt 65 3.7.2 Hạn chế hệ thống 65 3.7.3 Phương hướng phát triển 65 KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC 68 Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc đầy đủ hệ thống truyền động Servo sử dụng ĐCXCBP Hình 1.2 Cấu tạo động đồng kích thích vĩnh cửu Hình 1.3 Mặt cắt ngang stator động Hình 1.4 Rotor stator ĐCĐB-KTVC Hình 1.5 Động đồng nam châm bề mặt Hình 1.6 Động đồng nam châm chìm Hình 1.7 Khác với SPMSM, IPMSM có điện cảm dọc trục ngang trục khác Hình 2.1 Biểu diễn đại lượng xoay chiều pha dạng vector Hình 2.2 Khối chuyển hệ tọa độ uvw   Hình 2.3 Khối chuyển hệ tọa độ   dq Hình 2.4 Khối chuyển hệ tọa độ 10 Hình 2.5 Cấu trúc điều khiển FOC cho ĐCĐB-KTVC sử dụng DSP 11 Hình 2.6 Giải pháp điều chế độ rộng xung cho nghịch lưu ba pha 12 Hình 2.7 Vị trí vector chuẩn hệ tọa độ tĩnh 12 Hình 2.8 Mối quan hệ sector điện áp tức thời 14 Hình 2.9 Thuật tốn xác định vector điện áp sector 14 Hình 2.10 Nguyên tắc điều chế vector điện áp 15 Hình 2.11 Mẫu xung chuẩn Sector 16 Hình 2.12 Cấu trúc đan kênh điều khiển dòng điện 19 Hình 2.13 Cấu trúc điều khiển dòng stato isd 20 Hình 2.14 Cấu trúc điều khiển tốc độ 22 Hình 2.15 Mạch vịng tốc độ xét tới ảnh hưởng moment tải 23 i Danh mục hình vẽ Hình 2.16 Cấu trúc điều khiển vị trí 24 Hình 2.17 Sơ đồ mơ cấu trúc điều khiển FOC cho ĐCĐB-KTVC 26 Hình 2.18 Đáp ứng tốc độ lượng đặt 26 Hình 2.19 Kết phóng to sai lệch tốc độ chế độ xác lập 27 Hình 2.20 Đáp ứng thành phần dòng isq lượng đặt isq* 27 Hình 2.21 Đáp ứng thành phần dòng isd lượng đặt isd* 27 Hình 2.22 Moment động 28 Hình 2.23 Đáp ứng vị trí tốc độ 28 Hình 2.24 Kết phóng to sai lệch vị trí xác lập 29 Hình 2.25 Đáp ứng thành phần dịng isq lượng đặt isq* 29 Hình 2.26 Đáp ứng thành phần dòng isd lượng đặt isd* 29 Hình 2.27 Hệ số điều chế 30 Hình 2.28 Moment động 30 Hình 2.29 Dịng điện pha U động 30 Hình 3.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống thực nghiệm 32 Hình 3.2 Mạch phần cứng hệ thống thực nghiệm 32 Hình 3.3 Sơ đồ tổng quan mạch lực 34 Hình 3.4 Sơ đồ khối chân IPM 7MBP25RA120 35 Hình 3.5 Dạng sóng tín hiệu vào dịng I c qua van 35 Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý 7MBP25RA120 36 Hình 3.7 Mạch driver HCPL-4505 36 Hình 3.8 Mạch nguồn cấp cho Pre-driver 36 Hình 3.9 Tổng quan mạch điều khiển 37 Hình 3.10 Ma ̣ch LaunchPad KIT TMS320F28377S 39 ii Danh mục hình vẽ Hình 3.11 Kiến trúc vi điều khiển 40 Hình 3.12 Sơ đồ tổng quan mạch đo dòng 41 Hình 3.13 Sử dụng hiệu ứng Hall đo dịng theo vịng kín 42 Hình 3.14 Sơ đồ kết nối LEM 43 Hình 3.15 Động L010976-EMJ-04 43 Hình 3.16 Động 1FK7080-2AF71-1EA0 44 Hình 3.17 Increment Encoder 45 Hình 3.18 Cách đọc chiều quay Encoder 45 Hình 3.19 Bộ điều chỉnh dòng điện 46 Hình 3.20 Bộ điều chỉnh tốc độ 47 Hình 3.21 Bộ điều chỉnh vị trí 48 Hình 3.22 Định nghĩa vị trí ban đầu từ thông rotor 50 Hình 3.23 Moment đầu trục động bị đập mạch 51 Hình 3.24 Góc offset 52 Hình 3.25 Các vector đặc biệt 52 Hình 3.26 Thuật tốn phương pháp cấp điện áp đặc biệt 53 Hình 3.27 Trình tự khởi động 54 Hình 3.28 Q trình đưa rotor vị trí đỉnh cực 55 Hình 3.29 Thời điểm trích mẫu (M) 56 Hình 3.30 Trình tự điều chế theo lý thuyết 56 Hình 3.31 Trình tự điều chế sau sửa 56 Hình 3.32 Sơ đồ tổ chức chương trình DSP 58 Hình 3.33 Lưu đồ thuật tốn hàm main 59 Hình 3.34 Lưu đồ thuật tốn đọc encoder 59 iii Danh mục hình vẽ Hình 3.35 Lưu đồ thuật tốn CLA 60 Hình 3.36 Hệ số điều chế 61 Hình 3.37 Đáp ứng tốc độ 61 Hình 3.38 Đáp ứng dòng điện isd 62 Hình 39 Đáp ứng dòng điện isq 63 Hình 3.40 Đáp ứng vị trí tốc độ 63 Hình 3.41 Góc điện chuẩn hóa 64 iv Danh mục bảng số liệu DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 2.1 Bảng giá trị điện áp vector chuẩn 13 Bảng 2.2 Bảng tổng hợp ma trận sector 15 Bảng 2.3 Trạng thái logic vector chuẩn Sector 16 Bảng 2.4 Hệ số điều chế cho nhóm van mạch nghịch lưu 17 Bảng 3.1 Thông số LEM LA25-P/SP1 42 Bảng 3.2 Sơ đồ cổng kết nối cáp nguồn cho động 44 v ... truyền động servo sử dụng động điện xoay chiều ba pha với độ xác cao thay động servo sử dụng động chiều 1.2 Động đồng kích thích vĩnh cửu 1.2.1 Cấu tạo động đồng kích thích vĩnh cửu Động đồng kích... Động đồng kích thích vĩnh cửu ĐCXCBP Động xoay chiều ba pha ĐCMC Động chiều ĐCKĐB Động không đồng BĐK Bộ điều khiển vi Lời nói đầu LỜI NĨI ĐẦU Ngày q trình cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, động. .. ĐIỀU KHIỂN FOC CHO ĐỘNG ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH VĨNH CỬU SỬ DỤNG INCREMENT ENCODER” Em hoàn thành đồ án với nội dung đồ án gồm chương: Chương 1: Tổng quan hệ truyền động servo động đồng kích thích vĩnh