Mô phỏng và thực nghiệm điều khiển sensorless động cơ không đồng bộ ba pha sử dụng bộ biến đổi ma trận

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN KHÁNH TỪ TÂM MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN SENSORLESS ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA SỬ DỤNG BỘ BIẾN ĐỔI MA TRẬN Chuyên ngành : Tự động hóa Mã số: 605260 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2012 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Văn Nhờ Ký tên Cán chấm nhận xét : Ký tên Cán chấm nhận xét : Ký tên Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, ngày tháng năm 201… Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: ……… ……… ……… ……… ……… Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ Họ tên học viên: NGUYỄN KHÁNH TỪ TÂM Phái: NAM Ngày, tháng, năm sinh: 10/10/1986 Nơi sinh: Quảng Nam Chuyên ngành: Tự động hóa MSHV: 10150050 I Tên đề tài: MƠ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN SENSORLESS ĐỘNG CƠ KĐB BA PHA SỬ DỤNG BỘ BIẾN ĐỔI MA TRẬN II Nhiệm vụ đề tài: - Nghiên cứu biến đổi ma trận giải thuật điều biến vòng hở -Nghiên cứu giải thuật ước lượng tốc độ động KĐB pha - Xây dựng mơ hình mơ điều khiển định hướng trường từ thông rotor kết hợp điều khiển sensorless động KĐB pha - Thiết kết thi công phần cứng biến đổi ma trận - Lâp trình điều khiển sensorless động KĐB, kiểm chứng kết thực nghiệm đạt so với mô III Ngày giao nhiệm vụ: 04/07/2011 IV Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/11/2012 V Họ tên cán hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Nhờ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS NGUYỄN VĂN NHỜ CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn PGS TS Nguyễn Văn Nhờ tận tình giúp đỡ, truyền đạt cho tơi kiến thức, kinh nghiệm q báu để tơi hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn TS Huỳnh Thái Hoàng, người thầy hướng dẫn luận văn bậc đại học, cho kiến thức định hướng việc phát triển luận văn bậc thạc sĩ sau Ngồi ra, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy cô khoa Điện – Điện Tử, đặc biệt thầy cô môn Điều khiển Tự Động cho tảng kiến thức định để tiếp tục theo đuổi đam mê nghiên cứu Xin cám ơn Gia đình người bạn thân bên cạnh động viên giúp vượt qua khó khăn học tập sống Tp Hồ Chí Minh, ngày 12/12/2012 Nguyễn Khánh Từ Tâm MỤC LỤC BẢNG KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN i1 Chương 1: BỘ BIẾN ĐỔI MA TRẬN i4 1.1 Tổng quan lược sử phát triển biến đổi ma trận……………………… 1.2 Nguyên lý điều khiển biến đổi ma trận 1.3 Các phương pháp điều chế biến đổi ma trận………… 20 1.3.1 Giải thuật điều chế Venturini………………………………………… 10 1.3.2 Giải thuật điều chế vectơ không gian………………………………… 15 1.3.3 Giải thuật điều chế sóng mang………………………………………… 20 1.4 Phương pháp chuyển mạch bốn bước cho biến đổi ma trận………… 23 1.4.1 Giải thuật bốn bước chuyển mạch theo dòng tải…………………… 23 1.4.2 Giải thuật chuyển mạch bốn bước theo áp vào……………………… 23 Chương 2: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN…………………………………………………………………… 49 2.1 Tổng quan động KĐB…………… 32 2.1.1 Tầm quan trọng………………………………………………………… 25 2.1.2 Cấu tạo đặc điểm động KĐB………………………………… 27 2.1.3 Sơ đồ mạch điện tương đương động KĐB……………………… 28 2.1.4 Phép biến đổi hệ trục tọa độ mô hình hóa động KĐB………… 30 2.1.5 Mơ tả phương trình ĐCKĐB hệ tọa độ đứng yên Stator… 31 2.1.6 Mơ tả phương trình ĐCKĐB hệ tọa độ quay rotor…………… 32 2.2 Các phương pháp điều khiển động KĐB………………………………… 49 2.2.1 Phương pháp điều khiển định hướng theo vectơ từ thông rotor……… 38 2.2.1.1 Động KĐB cấp nguồn dòng……………………………… 34 2.2.1.2 Động KĐB cấp nguồn áp……………………………… 38 2.2.1.3 Ước lượng biên độ vị trí VTKG từ thơng rotor………… 46 2.2.1.3.1 Các phương pháp ước lượng điều khiển định 29 hướng trường trực tiếp……………………………… 32 2.2.1.3.2 Ước lượng gián tiếp (feed-forward) từ thông rotor… 46 2.2.2 Phương pháp điều khiển trực tiếp moment (DTC).…………………… 49 Chương 3: ĐIỀU KHIỂN SENSORLESS ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 68 3.1 Hạn chế phương pháp ước lượng tốc độ dựa mơ hình động cơ…… 53 3.2 Ước lượng tốc độ vịng kín cho động KĐB…… ……….…………… 68 3.2.1 Điều khiển thích nghi mơ hình chuẩn MRAS…….………….……… 63 3.2.1.1 Điều khiển MRAS thông thường……………………………… 58 3.2.1.2 Điều khiển MRAS cải tiến có chứa mạng neuron lớp….…… 63 3.2.2 Điều khiển thích nghi sử dụng quan sát trạng thái Luenberger…… 68 Chương 4: MÔ PHỎNG CÁC THUẬT TOÁN ƯỚC LƯỢNG TRONG ĐIỀU KHIỂN RFOC ĐỘNG CƠ KĐB……………………………………… 4.1 Mơ hình thơng số hệ thống 69 4.2 Kết mô điều khiển động KĐB dựa RFOC sử dụng thuật tốn ước lượng……………………………………………… 49 Điều kiện thơng số động cố định………………………………… 79 4.2.1 4.2.1.1 Kết mô sử dụng khối MRAS thông thường…… 75 4.2.1.2 Kết mơ sử dụng khối MRAS có chứa ANN lớp 77 4.2.1.3 Kết mô sử dụng ước lượng trạng thái LO…… 79 4.2.1.4 Nhận xét………………………………………………………… 79 4.2.2 Điều kiện điện trở stator động thay đổi……………………… 83 4.2.2.1 Kết mô sử dụng khối MRAS thông thường…… 80 4.2.2.2 Kết mơ sử dụng khối MRAS có chứa ANN lớp 81 4.2.2.3 Kết mô sử dụng ước lượng trạng thái LO…… 82 4.2.2.4 Nhận xét………………………………………………………… 83 Chương 5: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG 91 5.1 Sơ đồ khối mơ hình hệ thống 85 5.2 Các khối chức hệ thống 91 5.2.1 Vi điều khiển TMS320F28335…………………… 86 5.2.2 FPGA Spartan 3E……………………………………… 87 5.2.3 Mạch nguồn …………………………………………………… 87 5.2.4 Mạch kích lái IGBT…………………………………………… 88 5.2.5 Mạch cảm biến dòng áp…………………… 5.2.6 Mạch lọc ngõ vào………………… 89 5.2.7 Khóa đóng ngắt……………………………………………………… 90 5.2.8 Mạch kẹp…………………………………………………………… 90 5.2.9 Cổng giao tiếp FT232 ……………………………………………… 91 5.2.10 Động không đồng - máy phát………………………………… 91 89 5.2.11 Máy biến áp pha, pha…………………………………………… 91 Chương 6: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN SENSORLESS ĐỘNG CƠ KĐB SỬ DỤNG BỘ BIẾN ĐỔI MA TRẬN 98 6.1 Thông số thực nghiệm…………………… 92 6.1.1 Thông số phần cứng 92 6.1.2 Sơ đồ điều khiển 93 6.1.2.1 Sơ đồ điều khiển thực DSP…………………………… 92 6.1.2.2 Sơ đồ điều khiển thực FPGA………………………… 93 6.2 Kết thực nghiệm………………………………………………… 97 6.2.1 Phương pháp ước lượng MRAS thông thường…… 95 6.2.2 Phương pháp ước lượng sử dụng quan sát trạng thái Luenberger toàn bậc……………………………………………………………… 97 6.3 Nhận xét…………………………………………………………………… 98 Chương 7: ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 7.1 Đánh giá 100 7.2 Hướng phát triển đề tài 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………… 102 Bảng kí hiệu chữ viết tắt BẢNG KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN VĂN MC Bộ biến đổi ma trận MARS Hệ thống điều khiển thích nghi mơ hình chuẩn ANN Mạng thần kinh Neuron nhân tạo FLC Fuzzy logic control ĐCKĐB động không đồng KĐB không đồng AC điện xoay chiều (Anternating Current) DC điện chiều (Direct Current) RFOC điều khiển định hướng từ thông rotor (Rotor Field Oriented Control) DTC điều khiển trực tiếp moment (Direct Torque Control) VSI Voltage Source Inverter CSI Current Source Inverter PWM điều rộng xung (Pulse Width Modulation) CPWM Carrier Pulse Width Modulation SPWM Sine Pulse Width Modulation SVPWM Space Vector Pulse Width Modulation IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor PI Proportional Integral THD Total Harmonic Distortion (…) biểu thức tốn học hình minh họa [ ] tài liệu tham khảo f i (i a, b, c) ký hiệu dùng biểu thức hệ tọa độ abc fj j fx x , d,q f ref ; f * ký hiệu dùng biểu thức hệ tọa độ đứng yên αβ ký hiệu dùng biểu thức hệ tọa độ quay dq giá trị tham khảo, giá trị đặt i1 Bảng kí hiệu chữ viết tắt i (i x, y) vector từ thông hệ quy chiếu x,y (λi) im vector khơng gian dịng điện mạch từ us vector không gian điện áp stator ur vector không gian điện áp rotor is vector không gian dịng điện stator ir vector khơng gian dịng điện rotor r vector không gian từ thông rotor s vector khơng gian từ thơng stator s góc vector điện áp stator với trục s góc vector từ thơng stator với trục r góc vector từ thơng rotor với trục f1 tần số nguồn điện (Hz) f2 tần số dịng điện rotor (Hz) tốc độ góc rotor (rad/s) r tốc độ quay từ thông rotor (rad/s) a tốc độ góc hệ quy chiếu (rad/s) Lr điện kháng tản cuộn dây quấn rotor (H) Ls điện kháng tản cuộn dây quấn stator (H) Lm hỗ cảm stator rotor (điện cảm từ hóa) (H) Lr điện cảm rotor (H) (Lr = Lm +Lδr) Ls điện cảm stator (H) (Ls = Lm +Lδs) Rr điện trở dây quấn rotor (Ω) Rs điện trở dây quấn stator (Ω) Te moment điện từ động (N.m) TL moment tải (N.m) i2 Chương Thiết kế thi công phần cứng 5.2.9 Cổng giao tiếp FT232 Để hiển thị đại lượng cần quan sát đáp ứng tốc độ, từ thông ước lượng, moment ước lượng…, DSP cập nhật liên tục giá trị truyền liệu lên máy tính thơng qua module truyền nhận liệu SCI Cổng giao tiếp FT232 có nhiệm vụ chuyển đổi phương thức giao tiếp máy tính - DSP thành USB-Uart 5.2.10 Động không đồng - máy phát Hình 5.12 mơ tả mơ hình động không đồng bộ-máy phát sử dụng cho trình thực nghiệm với thơng số động tương tự mơ hình sử dụng mơ phỏng: Điện cảm stator: Ls=0.3739H; Điện cảm rotor: Lr=0.3739H; Điện cảm từ hóa Lm=0.3583H; Điện trở stator: Rs=1.96Ω; Điện trở rotor: Rr=1.97 Ω; Moment định mức: Te = 7.3 N.m; Số đôi cực P = 1; Moment quán tính: J = 0.00242 kg.N/m; Moment tải: TL = 7.3 N.m; Điện áp pha định mức: Uđm-pha =220Vac Hình 5.12 Động KĐB pha - Máy phát DC 5.2.11 Máy biến áp pha, pha Hình 5.13a Biến áp ba pha hiệu chỉnh Hình 5.13a Biến áp pha hiệu chỉnh 91 Chương Kết thực nghiệm điều khiển Sensorless động KĐB Chương KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN SENSORLESS ĐỘNG CƠ KĐB SỬ DỤNG BỘ BIẾN ĐỔI MA TRẬN 6.1 Thông số thực nghiệm 6.1.1 Thông số phần cứng - Điện áp ngõ vào MC : 90V RMS - Dịng kích từ cho máy phát DC 0.4A - Tải máy phát : trở 20 6.1.2 Sơ đồ điều khiển 6.1.2.1 Sơ đồ điều khiển thực DSP Điện áp ngõ vào va r*   Fuzzy PI iq*  PI  * id uq*    dq  eq u  PI vc u  * d vb  Gate driver indirect SVM u matrix converter  ed iq* sl Tird * ˆe ˆr  ˆe i Khối ước lượng i id iq iA abc   iB iC IM   dq Hình 6.1 Sơ đồ điều khiển thực DSP 28335 Hình 6.1 mơ tả sơ đồ điều khiển tổng quát thực DSP 28335 Khối ước lượng sơ đồ khảo sát với: 92 Chương Kết thực nghiệm điều khiển Sensorless động KĐB - Mơ hình ước lượng MRAS thơng thường - Bộ quan sát trạng thái Luenberger toàn bậc Các chương trình viết code C DSP với tổng thời gian thực thi lớn 40 s , thời gian lấy mẫu chọn 100 s 6.1.2.2 Sơ đồ điều khiển thực FPGA SAap SAa D CL K SET CLR D Q Q SET D Q SET CLR CLK CLR Q CLK Q D Q SET CLR Q Q CLK SAap SBap SBa D CLK SET CLR D Q Q SET D Q SET CLR CLK CLR Q CLK Q D Q SET CLR Q Q CLK SBan SCap SCa D SET D Q SET D Q SET CLR CLK CLR Q CLK CLR Q CLK Q D Q SET CLR Q Q CLK SCan Chiều dịng điện Hình 6.2 Chương trình chuyển mạch pha tải thực thực FPGA Chương trình chuyển mạch pha tải thực FPGA mơ tả hình 6.2 Chương trình sử dụng chung cho giải thuật ước lượng 93 Chương Kết thực nghiệm điều khiển Sensorless động KĐB 6.2 Kết thực nghiệm Để hiển thị kết thực nghiệm, số đại lượng dòng điện stator, điện áp quan sát dao động kí Các đại lượng khơng thể hiển thị máy đo đáp ứng vận tốc, từ thơng ước lượng, dịng điện stator ước lượng… DSP truyền nối tiếp lên máy tính hiển thị phần mềm Matlab Phương pháp ước lượng MRAS thông thường Induction Motor Speed Estimation w*r Speed(rpm) 800 d-axis component of Induction Stator currents Measured Motor Speed 1000 wrest A ids 600 500 2 400 0 200 10 15 20 25 time (sec) A wr ids is alfa encoder 5600 A 800 200 i*ds is alfahat 4000 A Speed(rpm) Rpm 4 2 -1 0 -200 00 -5 5 10 10 10 15 15 time (sec) 15 20 20 20 10 15 20 25 time (sec) 35 40 Errisd 15 10 15 20 25 time (sec) 30 Rs nom 10 15 5 -1 20 25 time (sec) 10 10 15 35 30 35 2015 25 time (sec) 40 30 20 45 35 2540 time (sec) -2 0 -1 45 -1 0 0.5 10 15 20 25 time (sec) 1.5 30 2.5 35 40 45 3.5 -1 Beta-axis component of Estimated Rotor Flux 15 20 25 time (sec) -1 -2 Hình 6.5 Moment ước lượng 0.5 1.5 2.5 Xibeta-r Wb Wb Xialf a-r 10 -1 -0.5 Alpha-axis component of Estimated Rotor Flux 40 Xialf a-r -2 45 35 time (sec) -5 isq time (sec) Wb 40 -1 Rs hat Alpha-axis component of Estimated Rotor Flux Wb Nm Errisalfa -0.5 1.5 0.5 0.5 Stator currents on Alfa-axis qs 0.5 Te 1 10 15 25 tế30 i5qs đặt Hình 6.7 Dịng dịng20iqs thực Err 45 10 0 Error of q-axis component of Stator currents 30 A A 25 -1 -2 -4 2iqs Electromagnetic torque 15 20 25 30 Error of d-axis component of Stator currents time (sec) wr encoder 25 time (sec) 35 40 45 3i* Error of d-axis component of Stator currents 10 time (sec) Hình 6.4 Đáp ứng vận tốc thực tế -4 25 25 20 q-axis component of Stator Error of Measured andcurrents Estimated 2.5 -2 200 15 isd -2 A Alfa-axis components of Measured andMotor Estimated d-axis component of Induction Stator currents Speedcurrents error Measured SpeedStator wrcmd 10 -2 Stator resistance Hình 6.6 Dịng ids đặt dịngadaption ids thựcErr tế error Hình 6.3 Vận tốc ước Speed lượng 400 1000 10 wrcmd A -500 A 0 Ohm 0 i*ds A 1000 Speed(rpm) 6.2.1 3.5 -2 time (sec) 0.5 1.5 2.5 3.5 time (sec) Hình 6.8 Từ thông ước lượng trục 94 -2 Chương Kết thực nghiệm điều khiển Sensorless động KĐB Hình 6.9a Dạng sóng Hình 6.9b Phân tích phổ Hình 6.9 Dạng sóng phân tích phổ dịng stator tốc độ động 31.4 rad/s Hình 6.10a Dạng sóng Hình 6.10b Phân tích phổ Hình 6.10 Dạng sóng phân tích phổ dịng stator tốc độ động 62.8 rad/s Hình 6.11a Dạng sóng Hình 6.11b Phân tích phổ Hình 6.11 Dạng sóng phân tích phổ dịng stator tốc độ động 94.2 rad/s 95 Chương 6.2.2 Phương pháp ước lượng sử dụng quan sát trạng thái Luenberger toàn bậc 200 10 15 20 25 time (sec) 800 A A i*dsSpeed error wr encoder ids 0600 0 510 1015 1520 10time (sec) 15 2025 20 time (sec) Measured Induction Motor Speed 1000 50 isd Rs hat 15 20 25 30 35 40 45 20 40 25 10 10 time 20 50 (sec) 15 30 time (sec) time (sec) 10 -20 -2 55 600 10 15 20 25 time (sec) 30 35 40 60 Error of q-axis component of Stator currents isq 50 time (sec) Alpha-axis component of Reference Rotor Flux 2 Xiralf a -1 -1 45 -1 -2 -2 0 10 0.5 15 1.5 20 25 time (sec) 30 2.5 35 40 45 -2 3.5 time (sec) Rotor flux error between reference and adaptive model on Alpha-axis 0.5 Beta-axis component of Reference Rotor Flux Wb Wb wrencoder 00 5 10 10 Hình 6.14 Moment 15 15 20 ước timelượng (sec) 25 errorXir lf a Xir a beta wrcmd -5 35 1.9 A Te 200 30 -1 400 wrhat Rs nom 20 Wb Speed(rpm) Nm 1 800 1.94 Electromagnetic torque 10 iqs 1.962 is beta -4 Hình 6.17 0Dịng iqs 10 đặt và20dòng iqs30thực Errtế 40 Wb A 25 time (sec) Hình ứng 20vận tốc 30 thực tếErr 40 6.13 Đáp 10 -50 25 time (sec) -5 25 Wb -2000 05 Error of d-axis component of Stator currents i*qs 1.92 -1 -10 510 1.98 400 -200 -1 is alfa -5 wrencoder 05 200 wrcmd 1015 1520 2025 time (sec) time (sec) Error of d-axis component of Stator currents Stator resistance adaption ds ds Stator currents Beta-axis component of Measured q-axis component of Stator currents Errisd A Speed(rpm) Rpm 200 wr cmd 0 A 400 10 A 1000 Hình 6.16 Dịng i đặt dòng i thực tế d-axis component of Stator currents Measured Induction Motor Speed ids 600 200 Ohm 10 i*ds A A 400 800 400 Hình 6.12Alfa-axis Vận component tốc ướcSpeed lượng error of Measured Stator currents 600 1000 A Speed(rpm) wrest Speed(rpm) w*r 800 wrcmd d-axis component of Stator currents Measured Induction Motor Speed Induction Motor Speed Estimation 1000 on -1 -0.5 -2 25 30time (sec) 35 -1 0 0.5 10 15 1.5 20 25 2.530 335 -2 40 45 3.5 time (sec) Rotor flux error between reference and adaptive model on Beta-axis Hình 6.18 Từ thơng ước lượng trục errorXir eta b Wb 0.5 Alfa-axis components of Measured and Estimated Stator currents Stator resistance adaption 10 -0.5 2.5 E ialf a-s 10 15 20 25 time (sec) 30 35 2 i40 est45 alf a-s A A Speed error 0 -1 1.5 Rsnom -5 Rsest 35 10 1.5 2.5 -2 3.5 time (sec) Beta-axis components of Measured and Estimated Stator currents 10 Err Te ibeta-s est ibeta-s A Nm 0.5 Electromagnetic torque 0.5 30 0 A Ohm Kết thực nghiệm điều khiển Sensorless động KĐB -5 10 15 20 25 30 35 time (sec) -5 -10 -1 -10 0.5 10 15 20 25 time (sec) 1.5 30 2.5 35 40 45 3.5 time (sec) Hình 6.15 Điện trở ước lượng trường Hình 6.19 Dòng điện ước lượng thực tế hợp thay đổi điều kiện đầu thành 2.5 trục 96 -2 Chương Hình 6.20a Dạng sóng Kết thực nghiệm điều khiển Sensorless động KĐB Hinh 6.20b Phân tích phổ Hình 6.20 Dạng sóng phân tích phổ dòng stator tốc độ động 31.4 rad/s Hình 6.21a Dạng sóng Hình 6.21b Phân tích phổ Hình 6.21 Dạng sóng phân tích phổ dịng stator tốc độ động 62.8 rad/s Hình 6.22a Dạng sóng Hình 6.22b Phân tích phổ Hình 6.22 Dạng sóng phân tích phổ dịng stator tốc độ động 94.2 rad/s 97 Chương 6.2.3 Kết thực nghiệm điều khiển Sensorless động KĐB Nhận xét - Trong điều kiện làm việc bình thường, phương pháp ước lượng cho đáp ứng xác so với yêu cầu điều khiển, với sai số xác lập 0, thời gian độ nhỏ 0.4s khơng có vọt lố khâu hiệu chỉnh tốc độ dùng PI mờ thiết kế tốt - Thành phần moment điện từ cho đáp ứng nhanh tăng tốc dao động tốc độ động xác lập Phạm vi thay đổi moment suốt trình điều khiển nằm phạm vi tới hạn moment định mức - Dạng sóng dòng điện stator quan sát thời điểm xác lập cấp tốc độ 31.4 rad/s, 62.8 rad/s 94.2 rad/s hình sin với FFT đo 1.5% Các gai dòng loại bỏ nhờ giải thuật chuyển mạch bước FPGA - Tuy nhiên qua kết thực nghiệm thấy phương pháp ước lượng tốc độ sử dụng quan sát trạng thái cho kết tốt phương pháp MRAS thông thường Điều thể rõ qua đáp ứng dao động thành phần điều khiển vận tốc iqs thành phần moment Te Như kết luận, ngồi hạn chế phạm vi điều khiển tốc độ gần zero, phương pháp ước lượng tốc độ sử dụng mô hình chuẩn thực tế thường cho kết xác sai lệch thơng số hệ thống (đặt biệt thành phần điện trở Stator ) so với điều kiện lý tưởng - Hạn chế vấn đề sai số điện trở khắc phục khả thích nghi giá trị điện trở mơ hình ước lượng trạng thái Hình 6.15 mơ tả giá trị thích nghi điện trở stator điều kiện đầu thiết lập khác với giá trị ghi nhãn máy Vì thực tế thời gian thay đổi điện trở tương đối lớn nên giá trị K p , Ki khâu hiệu chỉnh chọn nhỏ ( K p 0.005, Ki 0.075 ) Có thể thấy, giá trị thích nghi điện trở stator theo thời gian tiến dần giá trị điện trở thực tế 98 Chương Đánh giá định hướng phát triển đề tài Chương ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 7.1 Đánh giá Sau học kì, với nổ lực thân giúp đỡ tư vấn thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Nhờ, đạt số thành nghiên cứu định phạm vi nghiên cứu đề tài Bên cạnh mặt đạt luận văn, nhận số vấn đề tồn cần khắc phục thời gian tới Những mục tiêu đạt được: - Xây dựng hoàn chỉnh phần cứng mơ hình biến đổi ma trận - Tìm hiểu phương pháp điều biến cho biến đổi ma trận tiến hành mô phỏng, thực nghiệm phương pháp điều biến thông dụng Vectơ Không gian gián tiếp Sóng mang - Xây dựng giải thuật chuyển mạch bước FPGA - Mô thực nghiệm phương pháp điều khiển định hướng trường từ thông động KĐB pha, thay khối hiệu chỉnh tốc độ sử dụng PI thông thường mơ hình tốn PI mờ để cải thiện đáp ứng hệ thống - Xây dựng mơ hình tốn, mơ tiến hành thực nghiệm mơ hình ước lượng tốc độ động KĐB: mơ hình MRAS thơng thường, MRAS cải tiến có chứa mạng neuron lớp quan sát trạng thái Luenberger toàn bậc Những kết mô thực nghiệm đạt chứng tỏ tính đắn giải thuật hạn chế bên thuật toán Những vấn đề tồn cần khắc phục: - Điện áp ngõ vào lớn mà biến đổi ma trận hoạt động bình thường 150Vrms, áp định mức động 211Vrms Điều gây khó khăn cho việc kiểm sốt động vùng hoạt động gần tốc độ định mức - Cuộn dây mạch lọc ngõ vào có định mức tương đối nhỏ 7Arms 99 Chương - Đánh giá định hướng phát triển đề tài Mơ hình thực nghiệm kết nối module rời, điều thuận tiện cho việc chỉnh sửa, thay linh kiện dễ gây nhiễu cho hệ thống, đặc biệt hệ thống cảm biến - Phương pháp điều khiển RFOC chọn để khảo sát chung cho thuật toán ước lượng tốc độ cho đáp ứng nhanh, độ trượt thấp, nhiên phụ thuộc nhiều vào thơng số mơ hình động Các thơng số thường khó xác định dựa vào thông tin nhãn máy phải xác định lại thay đổi động 7.2 Hướng phát triển luận văn Đúc kết từ kinh nghiệm q trình tìm hiểu thực nghiệm đề tài, tơi xin đề xuất số hướng phát triển thời gian tới đề tài sau: - Nâng cao cơng suất biến đổi ma trận để kiểm soát hoạt động động tốc độ định mức Vấn đề thực cách thay cuộn dây lọc ngõ vào Reactor có dịng định mức lớn hơn, thiết kế tích hợp module rời để giảm thiểu vấn đề nhiễu đấu nối - Thử nghiệm phương pháp ước lượng vận tốc hệ thống điều khiển DTC động KĐB - Kết hợp điều khiển sensorless động không đồng với phương pháp điều khiển cải tiến vòng hở: giảm chuyển mạch linh kiện, giảm điện áp Common mode cách kiểm sốt hàm Offset phương pháp điều biến sóng mang Đây vấn đề thu hút quan tâm nghiên cứu giới năm gần 100 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] L Huber and D Borojevic, “Space vector modulated three-phase to threephase matrix converter with input power factor correction,” IEEE Trans IA, vol 31, pp 1234-1246, Nov/Dec 1995 [2] J Vadillo, J M Echeverria, A Galarza and L Fontan, “Modelling and Simulation of Space Vector Modulation Techniques for Matrix Converters: Analysis of different Switching Strategies” 2008 International Conference, Wuhan,China, pp 1299-1304 [3] S Ferreira Pinto and J Fernando Silva “Input Filter Design for Sliding Mode Controlled Matrix Converters”, IECON, pp 648-653, 2001 [4] A Alesina and M G B Venturini, “Analysis and design of optimum-amplitude nine-switch direct AC-AC converters,” IEEE Trans on Power Electronics, vol 4, no 1, pp 101-112, January 1989 [5] P.W Wheeler, J Rodriguez, J C Clare, L Empringham and A Weinstein, “Matrix converters: a technology review”, Industrial Electronics, IEEE Transactions on, Volume 49, Issue 2, pp.276-288, 2002 [6] Y.-D Yoon and S.-K Sul, “Carrier-based modulation technique for matrix converter,” IEEE Trans on Power Electronics, Vol 21, No 6, pp 1691-1703, November 2006 [7] Yulong Li, Nam-Sup Choi, Byung-Moon Han, Kyung-Min Kim, Buhm Lee and Jun-Hyub Park, “Direct duty ratio pulse width modulation method for matrix converters,” International Journal of Control, Automation, and Systems, Vol 6, No 5, pp.660-669, October, 2008 [8] Bingsen Wang, Giri Venkataramanan, “A Carrier Based PWM Algorithm for Indirect Matrix Converters”, 37th IEEE Power Electronics Specialists Conference / June 18 - 22, 2006, Jeju, Korea [9] N.V Nho, N.K.T Tam and H.T Hoang, " A Novel offset based PWM for threephase AC-AC Matrix Converter", The 9th IEEE International Conference on Power Electronics and Drive Systems (IEEE-PEDS 2011), Singapore, 5-8 December 2011 [10] H.J Cha, and Prasad N Enjeti, “An Approach to Reduce Common-Mode Voltage in Matrix Converter”, IEEE Transactions On Industry Applications, Vol 39, No 4, July/August 2003, pp.1151-1159 100 Tài liệu tham khảo [11] P Nielsen, F Blaabjerg, J.K.Pedersen,“Space vector modulated matrix converter with minimized number of switchings and a feed-forward compensation of input voltage unbalanced ” IECON, vol 2, pp.833-839, Jan 1996 [12] Suetake, M., da Silva, I.N., Goedtel, A., "Embedded DSP-Based Compact Fuzzy System and Its Application for Induction-Motor Speed Control", Industrial Electronics, IEEE Transactions on, On page(s): 750 - 760 Volume: 58, Issue: 3, March 2011 [13] D Luenberger, "An Introduction to Observers", IEEE Trans Automatic Control, Vol AC-16, No 6, pp 596-602, Dec., 1971 [14] D Luenberger, “Observers for Multivariable Systems,” IEEE Trans Automatic Control, vol 11, no 2, pp 190-197, 1966 [15] Hisao Kubota, Kouki Matsuse and Takayoshi Nakano, “DSP-based Speed Adaptive Flux Observer of Induction Motor,” IEEE Transactions on Industry Applications, Mar./Apr 1993, Vol.29, No.2, pp.344-348 [16] K B Lee and F Blaabjerg, “Improved sensorless vector control for induction motor drives fed by a matrix converter using nonlinear modeling and disturbance observer,” IEEE Trans Energy Convers., vol 21, no 1, pp 52– 59, Mar 2006 [17] Mohamed Boussak and Kamel Jarray “A High-Performance Sensorless Indirect Stator Flux Orientation Control of Induction Motor Drive”, IEEE Transactions on industrial electronics, vol.53, no.1, February 2006 [18] K B Lee and F Blaabjerg, “Improved Sensorless Vector Control for Induction Motor Drives Fed by a Matrix Converter Using Nonlinear Modeling and Disturbance Observer” IEEE Transactions on energy conversion, vol.21, no.1, March 2006 [19] K B Lee and F Blaabjerg, “Reduced order Extended Luenberger Observer Vector Control Driven by Matrix with Nonlinearity Compensation” IEEE Transactions on industrial electronics, vol.53, no.1, February 2006 [20] Peter Vas “Sensorless vector and direct torque control” Oxford University Press [21] Prof E Levi “High performance drives”, LJMU - School of Engineering 2001/2002 101 Tài liệu tham khảo [22] Bin Wu, “High-Power Converter and ac Drives”, The Institute of Electrical and Electronic Engneers, Inc 2006 [23] Nguyễn Văn Nhờ “Điện tử công suất 1”, NXB ĐHQG TP HCM , 2005 [24] Huỳnh Thái Hoàng “Hệ thống điều khiển thông minh”, NXB ĐHQG TP.HCM, 2006 [25] Nguyễn Đức Thành “Matlab ứng dụng điều khiển”, NXB ĐHQG TP.HCM,2004 [26] Nguyễn Thị Phương Hà “Lý thuyết điều khiển đại” NXB ĐHQG TP.HCM, 2007 102 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Nguyễn Khánh Từ Tâm Ngày, tháng, năm sinh: 10 tháng 10 năm 1986 Nơi sinh: Quảng Nam Địa liên lạc: 88 Cách Mạng, P Tân Thành, Q Tân Phú, Tp Hồ Chí Minh Điện thoại : 0917350242 Quá trình đào tạo: - Từ năm 2004 đến năm 2009: học trường đại học Bách Khoa Tp HCM, chuyên ngành Tự Động Hóa - Từ năm 2010 đến nay: học viên thạc sĩ ngành Tự Động Hóa trường đại học Bách Khoa TP HCM Q trình cơng tác: - Từ 2010 đến nay: Nghiên cứu viên PTN Hệ Thống Năng Lượng, trường đại học Bách Khoa Tp.HCM DANH SÁCH CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ [1] N.K.T.Tam, N.V.Nho, H.T.Hoang and V.D.Nhat “Performance improvement technique for induction motor driven by a matrix converter under abnormal input conditions” , 2013 International Conference on Intelligent and Automation Systems (ICIAS 2013),Ho Chi Minh City, Vietnam, February 23-24, 2013 [2] N.K.T Tam, N.V Nho, "DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A DSP-BASED THREE- PHASE SHUNT ACTIVE POWER FILTER", THE 2012 INTERNATIONAL CONFERENCE ON GREEN TECHNOLOGY AND SUSTAINABLE DEVELOPMENT, September 29th - 30th, 2012 in Ho Chi Minh City, Vietnam [3] Ng Le Huy Bang, N-V Nho and Ng Khanh Tu Tam, "An offset-based PWM Technique for common-mode reduction in five-level H-bridge cascade inverter", THE 2012 INTERNATIONAL CONFERENCE ON GREEN TECHNOLOGY AND SUSTAINABLE DEVELOPMENT, September 29th - 30th, 2012 in Ho Chi Minh City, Vietnam [4] Ng Le Huy Bang, Ng Khanh Tu Tam and N-V Nho, “Hybrid modulation strategy and reduced common mode voltage technique for hybrid seven level cascaded inverters”, Hội nghị khoa học trẻ Đại học quốc gia năm 2012 [5] N.K.T.Tam, N.V.Nho and H.T Hoang, " INDIRECT SPACE VECTOR MODULATED THREE PHASE AC-AC MATRIX CONVERTER UNDER ABNORMAL INPUT CONDITIONS", The 9th IEEE International Conference on Power Electronics and Drive Systems (IEEE-PEDS 2011), Singapore, 5-8 December 2011 [6] N.V Nho, N.K.T Tam and H.T Hoang, " A Novel offset based PWM for threephase AC-AC Matrix Converter", The 9th IEEE International Conference on Power Electronics and Drive Systems (IEEE-PEDS 2011), Singapore, 5-8 December 2011 [7] Nho-Van Ng, Tam-Tu Khanh-Nguyen, Hong-Hee Lee, "A Novel Offset based TwoLevel PWM For Multilevel Inverter Under Input Voltage Imbalance", International Conference on Green Technology ICGT 2011, 12-15 October 2011, Taiwan [8] N.K.T.Tam, N.V.Nho and H.T Hoang, "Implementation and design of three phase AC-AC matrix converter", International Symposium on Electrical and Electronics Engineeering, ISEE 2011, 8-9 November 2011, Hochiminh City, Vietnam ... ngành: Tự động hóa MSHV: 10150050 I Tên đề tài: MƠ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN SENSORLESS ĐỘNG CƠ KĐB BA PHA SỬ DỤNG BỘ BIẾN ĐỔI MA TRẬN II Nhiệm vụ đề tài: - Nghiên cứu biến đổi ma trận giải... Tâm Chương Bộ biến đổi ma trận Chương BỘ BIẾN ĐỔI MA TRẬN 1.1 Tổng quan lược sử phát triển biến đổi ma trận Việc phát triển mơ hình thực tế biến đổi ma trận cơng trình Venturini Alesina vào năm... 5.2.10 Động không đồng - máy phát………………………………… 91 89 5.2.11 Máy biến áp pha, pha? ??………………………………………… 91 Chương 6: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN SENSORLESS ĐỘNG CƠ KĐB SỬ DỤNG BỘ BIẾN ĐỔI MA TRẬN