ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG cơ ĐỒNG bộ từ TRỞ tốc độ CAO KHÔNG cảm BIẾN 8142302e

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HOÀNG BÁ ĐẠI NGHĨA ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ TRỞ TỐC ĐỘ CAO KHÔNG CẢM BIẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Đà Nẵng - Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HOÀNG BÁ ĐẠI NGHĨA ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ TRỞ TỐC ĐỘ CAO KHÔNG CẢM BIẾN Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Mã số: 60.52.02.16 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN ANH DUY TS NGUYỄN ĐỨC QUẬN Đà Nẵng - Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Trong vài năm gần có số nhà khoa học nước giới, quan tâm nghiên cứu hệ truyền động trực tiếp moment, chủ yếu tập trung vào động không đồng bộ, động đồng nam châm vĩnh cửu Đối với động đồng từ trở vấn đề quan tâm nghiên cứu, chưa có cơng trình khoa học công bố cách đầy đủ có tính thực nghiệm Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu kết luận văn hoàn toàn trung thực Tác giả luận văn MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài .1 Mục tiêu đề tài 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận, Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Dự kiến kết đạt .4 Dàn ý nội dung - TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ TRỞ (ĐCĐBTT) Tổng quan động đồng từ trở .6 Động học động đồng từ trở Phép biến đổi trục tọa độ Hệ tọa độ cố định stator Hệ quy chiếu quay Ma trận chuyển đổi hệ quy chiếu Chuyển đổi từ hệ tọa độ a, b, c sang α, β ngược lại .10 Phương trình động hệ tọa độ 11 Phương trình điện áp hệ tọa tọa (a, b, c) 11 Phương trình động hệ tọa độ (α,β) .12 Phương trình hệ tọa độ quay d-q 13 Các sơ đồ điều khiển động từ trở 15 Vấn đề chung điều khiển vectơ 15 Vấn đề chung điều khiển trực tiếp moment 16 Kết luận chương 18 - MƠ HÌNH HĨA, MƠ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ TRỞ 19 Điều khiển từ thông stator .19 Điều khiển moment 21 Lựa chọn vectơ điện áp 21 Ước luợng từ thông stator, moment điện từ 23 Thiết lập máy hiệu chỉnh từ thông, moment .26 Thiết lập bảng chuyển mạch 27 Cấu trúc hệ thống điều khiển trực tiếp moment 28 Ảnh hưởng điện trở stator phương pháp điều khiển trực tiếp moment (DTC) 29 Mô điều khiển DTC 32 Mô điều khiển trực tiếp DTC simulink 32 Kết mô điều khiển DTC 32 Điều khiển trực tiếp moment động đồng từ trở tối ưu dòng điện 33 Giới hạn dòng điện điện áp 33 Xác định quy luật điều khiển tỷ lệ tối ƣu moment/ dòng điện (MTPA- maximun torque-per-ampere) 33 Cấu trúc điều khiển tỷ lệ tối ưu moment/dòng điện (T/I) 35 Xác định Moment số công suất không đổi .35 Xây dựng quy luật điều khiển tỷ lệ tối ưu moment/dòng điện (MTPA) .36 Phương pháp tối ưu từ thông moment (MTPW) 37 Kết mô 38 Kết luận chương 39 - ĐIỀU KHIỂN KHÔNG CẢM BIẾN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ TRỞ SỬ DỤNG BỘ LỌC KALMAN MỞ RỘNG 40 Giới thiệu chung lọc Kalman 40 Quy trình ước lượng 41 Tiêu chuẩn thuật toán lọc Kalman 44 Bộ lọc Kalman mở rộng 45 Điều khiển không cảm biến động động từ trở .49 ứng dụng lọc kalman mở rộng để ước lượng vị trí tốc độ ĐCĐBTT 49 Xác định ma trận nhiễu hiệp phương sai Q, R, P 51 Các thuật toán EKF rời rạc; Điều chỉnh 51 Mơ hình điều khiển kết mơ 53 Kết luận chương 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (Bản sao) ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ TRỞ TỐC ĐỘ CAO KHƠNG CẢM BIẾN Học viên: Hồng Bá Đại Nghĩa Mã số: 60.52.02.16 Chuyên ngành: kỹ thuật điều khiển tự động hóa Khóa: K31TĐH Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt-Động Cơ Từ Trở Đồng Bộ (ĐCTTĐB) có nhiều ưu điểm cấu trúc đơn giản vững Stator ĐCTTĐB giống hệt stator động không đồng hay động đồng truyền thống, rotor dạng cực lồi đặc, khơng có cuộn dây hay nam châm vĩnh cửu, phù hợp cho ứng dụng tốc độ cao môi trường nhiệt độ cao Phương pháp điều khiển tối ưu nhằm đảm bảo tạo mô men tối đa, đặc biệt vùng suy giảm từ thông Trong phương pháp này, véc tơ dòng điện đươc điều khiển trực tiếp Ở vùng tốc độ thấp (vùng mô men không đổi), sử dụng chiến lược điều khiển tối ưu mơmen/dịng điện (M/I), vùng tốc độ cao (vùng suy giảm từ thông), sử dụng chiến lược điều khiển tối ưu mômen/từ thông (M/Ψ) Hệ thống truyền động hoạt động phạm vi giới hạn điệp áp giới hạn dòng điện động Phương pháp điều khiển không cảm biến tốc độ động đồng từ trở tốc độ cao Sử dụng lọc Kalman mở rộng để ước lượng vị trí tốc độ động đồng từ trở tốc độ cao Từ khóa – Động từ trở đồng bộ; tốc độ cao; mơ hình hóa; mơ phỏng; suy giảm từ thông; điều khiển không cảm biến; lọc Kalman mở rộng SENSORLESS CONTROL OF HIGH SPEED SYNCHRONOUS RELUCTANCE MOTORS Abstract-Synchronous Reluctance Motor (SynRM) has many advantages due to its simple and solid structure The stator of SyRM resembles a stator of an synchronous motor or a traditional synchronous motor, a very convex and solid rotor, without permanent windings or magnets, suitable for high speed applications and high temperature environments In this method, the current vector is controlled directly The Maximum Torque Per Amper (MTPA) operation in below the base speed (constant torque region) and Maximum Torque Per Weber (MTPW) operation in above the base speed (field-weakening region) The drive operates within the voltage and current limits of the motor Presents a method high speed sensorless control of Synchronous Reluctance Motor (SynRM) We propose an Extended Kalman Filter (EKF) to estimate the position and speed of high speed synchronous reluctance motor Key words - Synchronous reluctance motor; high-speed; modeling; simulation; fieldweakenin, sensorless control; extended Kalman filter DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DTC (Direct Torque Control) ĐCĐBTT : Điều khiển trực tiếp : Động đồng từ trở MTPA (maximum torque-per-ampere) : Quy luật điều khiển tỷ lệ tối ưu moment dòng điện : quy luật điều khiển tỷ lệ tối ưu moment MTPW (maximum torque-per-weber) /từ thông EKF (Extended Kalman Filter) : Bộ lọc Kalman mở rộng DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Bảng 2.1 Tên hình bảng Bảng lựa chọn vectơ điện áp điều khiển trễ moment Trang 28 vị trí, vectơ Bảng 3.1 Thông số động đồng từ trở 54 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Số hiệu Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Cấu trúc động đồng từ trở Hình 1.2 Hệ tọa độ αβ Hình 1.3 Hệ tọa độ αβ-dq Hình 1.4 Hệ tọa độ abc-dq Hình 1.5 Hình 1.5 Hệ tọa độ αβ-dq Hình 1.6 Hệ tọa độ αβ-dq 11 Hình 1.7 Phương trình điện áp simulink 13 Hình 1.8 Phương trình moment matlab simulink 13 Hình 1.9 Động đồng từ trở Simulink 14 Hình 2.1 Bộ biến tần vecto điện áp tạo biến tần 19 Hình 2.2 Sai lệch vecto từ thơng 20 Hình 2.3 Lựa chọn vectơ điện áp 21 Hình 2.4 Thuật tốn tích phân Hu Wu 23 Hình 2.5 Cấu trúc ước lượng 24 Hình 2.6 Hàm đầu hiệu chỉnh Moment 25 Hình 2.7 Biến thiên moment sử dụng hiệu chỉnh vị trí 26 Hình 2.8 Sơ đồ điều khiển trực tiếp moment 27 Hình 2.9 Cấu trúc hệ thống điều khiển DTC 28 Hình 2.10 Sơ đồ cấu trúc động ĐBTT có bù áp 29 Hình 2.11 Cấu trúc bù điện trở PI 30 Hình 2.12 Mơ hình điều khiển DTC 31 Hình 2.13 Kết mơ điều khiển DTC 31 Hình 2.14 Dịng điện từ thơng hệ tóa độ d-q 33 Hình 2.15 Quỹ tích moment ứng với giá trị dịng điện 33 Hình 2.16 Cấu trúc điều khiển tỷ lệ tối ưu T/I 34 Hình 2.17 Lưu đồ thuật tốn điều khiển moment số 35 Hình 2.18 Biến đổi PWM cho tối ưu từ thơng 35 Hình 2.19 Mơ hình điều khiển theo phương pháp MTPA 36 Hình 2.20 Quỹ tích Moment với mối giá trị từ thơng 37 Hình 2.21 Đáp ứng hệ thống với tốc độ đặt 15000(vịng/phút) 38 Hình 3.1 Tín hiệu thu trước sau lọc kalman 39 Số hiệu Tên hình vẽ Trang Hình 3.2 Sơ đồ lọc Kalman 40 Hình 3.3 Chu trình lọc kalman 42 Hình 3.4 Thuật tốn lọc kalman tiêu chuẩn 43 Hình 3.5 Thuật tốn lọc kalman mở rộng 47 Hình 3.6 Điều khiển không cảm biến sử dụng lọc Kalman 52 Hình 3.7 Mơ điều khiển với lộc kalman 53 16 chỉnh dòng điện điều biến độ rộng xung đem lại số kết truyền động Bên cạnh ưu điểm, phương pháp tồn số nhược điểm +Điều khiển moment động thơng qua điều khiển dịng điện, phương pháp điều khiển gián tiếp gây nên chậm trễ điều khiển +Không kiểm sốt từ thơng stator Vấn đề chung điều khiển trực tiếp moment Trong chiến lược điều khiển máy điện pha, điều khiển nguồn điện áp xem giải pháp hồn hảo, nguồn áp cung cấp cho cuộn dây máy điện điện áp mong muốn Một biến tần pha đơn giản cung cấp vetơ điện áp tức thời, có vectơ module vectơ module khác Trong hệ truyền động mà đòi hỏi đáp ứng moment nhanh chất lượng cao động đồng từ trở Trong phương pháp điều khiển truyền thống từ trước đến nay, điều khiển moment động đồng từ trở cửa thường điều khiển dòng điện phần ứng, sở moment điện từ tương ứng với dòng điện phần ứng Để thực điều khiển dịng điện, thơng thường thực hệ tọa độ (dq) rotor quay với tốc độ đồng Một số tác giả điều khiển trực tiếp moment với hai mạch vòng điều khiển, việc giải toán dạng phức tạp Một cách đơn giản hơn, theo phương trình (15), để điều khiển trực tiếp moment thể theo hướng: Điều kiện biên độ từ thông stator 𝛹s với cách biên độ từ thơng lớn gây nên bão hồ mạng từ, đặc biệt tốc độ thấp không điều khiển Điều khiển góc tải θ góc lệnh pha từ thông stato từ thông rôtor, đồng thời giữ biên độ từ thông stator 𝛹s không đổi Luận văn tập trung nghiên cứu vấn đề Góc tải θ điều khiển thông qua việc lựa chọn vectơ điện áp chuẩn, để đảm bảo giữ từ thông stator không đổi vectơ điện áp chuẩn, để đảm bảo giữ từ thơng stator 17 khơng đổi vectơ phải lựa chọn đảm bảo lượng thay đổi biên độ từ thơng nhỏ nhất, vectơ chuẩn chọn phải thoả mãn yêu cầu tăng, giảm moment tăng, giảm từ thơng vị trí xét vectơ thông stator Điều khiển trực tiếp moment, dựa theo từ thông stator cách sử dụng giá trị tức thời vectơ điện áp Việc lựa chọn vectơ điện áp stator tuỳ thuộc vào độ sai lệch giá trị đặt giá trị thực moment từ thơng stator, từ xây dựng bảng chuyển mạch Hệ thống điều khiển trực tiếp moment sử dụng tham số động điện trở Rs, khơng sử dụng điều khiển dịng điện có điều khiển biên độ rộng xung, khơng cần cảm biến vị trí rotor máy điện xoay chiều Vì kết cấu đơn giản, thời gian tác động nhanh Phương pháp điều khiển trực tiếp moment thơng qua việc điều khiển góc tải giữ biên độ từ thông stator không đổi Điều khiển thực cách lựa vectơ điện áp thích hợp từ vectơ điện áp chuẩn Luận văn nghiên cứu điều khiển trực tiếp moment động đồng từ trở, chứng minh: moment điện từ gia tăng động đồng từ trở, tương ứng với gia tăng góc từ thơng stator từ thông rotor đáp ứng moment nhanh, điều đạt cách điều chỉnh tốc độ quay từ thông stator nhanh tốt Trong luận văn trình bày việc sản sinh moment động đồng từ trở, sở đo điện áp chiều biến tần dòng điện stator, từ thơng stator ước lượng góc lệch pha từ thông stator với từ thông rotor xác định Điều khiển biên độ tốc độ quay từ thông stator Ngày với xuất xử lý tín hiệu tốc độ cao, phương pháp điều khiển gọi điều khiển trực tiếp moment cần quan tâm nghiên cứu truyền động động Ưu điểm phương pháp điều khiển trực tiếp moment: 18 - Ít phụ thuộc tham số máy điện sử dụng tham số động điện trở stator R - Không sử dụng điều khiển dịng điện, có điều biến độ rộng xung - Khơng cần biết vị trí rotor, kết cấu đơn giản, thời gian tác động nhanh Kết luận chương Trong chương giới thiệu vấn đề chung phương pháp luận điều khiển trực tiếp moment động đồng từ trở từ đưa hướng nghiên cứu điều khiển trực tiếp nhằm áp nhanh moment hệ truyền động động đồng từ trở, ảnh hưởng tham số động kết cấu mạnh đơn giản, không cần xác định vị trí rotor hướng tiếp cận Tuy nhiên DTC gặp số hạn chế vùng tốc độ thấp không điều khiển moment, gây tổn thất cho động Đây vấn đề đặt luận văn nghiên cứu 19 - MƠ HÌNH HĨA, MƠ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ TRỞ Trong thực tế sản xuất người ta dùng phương pháp điều khiển vectơ sử dụng cách rộng rãi, đáp ứng moment tốt Trong thuật toán điều khiển vectơ người ta sử dụng hệ toạ độ đồng để điều khiển thành phần dòng điện tương ứng Tuy nhiên phương pháp điều khiển vectơ với điều khiển chỉnh dòng điện điều khiển biến độ rộng xung tồn số nhược điểm: Điều khiển moment động thông qua điều khiển dòng điện, phương pháp điều khiển gián tiếp gây nên chậm trễ điều khiển Trong hệ truyền động điều khiển vectơ bị ảnh hưởng nhiều thông số máy điện điện trở, điện cảm, độ bão hoà mạch từ Đáp ứng moment tác dụng điều khiển dòng điện bị giới hạn số dây quấn phần ứng Khơng kiểm sốt từ thơng stator Để điều khiển dịng điện cần biết vị trí rotor động cơ, cần phải có đo vị trí, gây phức tạp truyền động độ tin cậy khí hoạt động tốc độ cao Để khắc phục nhược điểm trên, hệ thống truyền động điều khiển trực tiếp moment vấn đề đặt có tính cấp thiết hệ thống truyền động, mà hệ truyền động điều khiển trực tiếp moment động đồng từ trở có khả giải nhược điểm Trong chương trình bày cấu trúc phần tử hệ truyền động động đồng từ trở điều khiển trực tiếp moment, phương pháp điều khiển tối ưu moment/ dòng điên (MTPA) phương pháp tối ưu moment / từ thông (MTPW) Điều khiển từ thông stator Từ công thức chương chứng minh moment thay đổi điều khiển cách giữ biên độ từ thông stator số tăng tốc độ quay từ thông stator nhanh tốt, để đạt thay đổi moment cực đại 20 Trong phần chứng minh biên độ tốc độ quay từ thơng stator điều khiển cách lựa chọn vectơ điện áp thích hợp Vectơ điện áp Vs, xác định biểu thức sau: vs   va v e j 2/3  cce j3/ 4 b  (2.1) Trong đó: va, vb, vc giá trị tức thời điện áp pha a, b, c Khi cuộn dây stator cung cấp biến tần biểu diễn hình 2.1, vectơ điện áp Va, Vb, Vc xác định vị trí công tắc Sa, Sb, Sc Va nối tới Vdc, Sa vị trí vị trí 0, tương tự cho Vb, Vc Vì có vectơ điện áp module khác : V1(100), V2(110), V3(010), V4(011), V5(001), V6(101) vectơ điện áp module : V0(000), V7(111) Sáu vectơ điện áp module khác lệch 600, biểu diễn hình 2.2 Tám vectơ điện áp diễn tả sau:  Vs  sa ,s b ,sc   Vdc sa  s e j 2/3   s j 4/3 b c  (2.2) Trong đó: Vdc điện áp chiều 2/3 thừa số phép biến đổi Part Hình 2.1 Bộ biến tần vecto điện áp tạo biến tần Điều khiển trực tiếp moment vào định hướng từ thông stator hệ qui chiếu concordia: s  t     Vs  R sis  dt  s t (2.3) 21 Trong trường hợp áp dụng vectơ điện áp module khác 0, khoảng thời gian ngắn [0 T0], ta có Vs >> RsIs, viết: s  t   s  0  Vs  t  (2.4) Hình 2.2 Sai lệch vecto từ thông Thành phần vectơ điện áp làm thay đổi biên độ vectơ từ thông thành phần moment làm thay đổi vị trí vectơ từ thơng Nếu chu kỳ điều khiển ngắn, cách lựa chọn thích hợp vectơ điện áp, đầu mút vectơ từ thơng theo quỹ đạo mong muốn Để vận hành với module từ thông ổn định, cần chọn qũy đạo vịng cung cho đầu mút vectơ từ thơng Chỉ thực chu kỳ điều khiển ngắn so với chu kỳ quay từ thông Điều khiển moment Moment chủ yếu động đồng từ trở sinh tương tác từ trường quay, từ trường tạo nên dòng điện dây quấn pha stator rotor Đơn giản, ta giả thiết tốc độ quay động biên độ từ thông rotor không đổi biên độ vectơ từ thông stator số, tốc độ quay trung bình ωs tốc độ từ thông rotor Te  P  Ld  Lq  is2 sin(2) (2.5) Lựa chọn vectơ điện áp Để cố định biên độ từ thông stator, đầu mút vectơ từ thơng có quỹ đạo vịng trịn Để đạt điều này, vectơ điện áp sử dụng phải ln ln thẳng góc với vectơ từ thơng Nhưng có vectơ, điều buộc ta phải chấp nhận thay đổi biên 22 độ xung quanh giá trị cố định Vì việc lựa chọn vectơ điện áp thích hợp, đầu mút từ thơng điều khiển di chuyển để giữ biên độ vectơ từ thông phạm vi giới hạn Sự lựa chọn vectơ điện áp phụ thuộc vào sai lệch từ thông đặt với từ thông ước lượng stator, moment đặt moment ước lượng Để xác định giới hạn tổng quát không gian 𝛹s, hệ quy chiếu cố định (stator), cách phân vùng đối xứng vectơ điện áp module khác Vị trí vectơ từ thơng vùng xác định từ thành phần Khi vectơ từ thơng vùng đánh dấu i, vectơ Vi Vi+3 khơng có tác dụng Mà ta biết moment ảnh hưởng phụ thuộc vào vị trí vectơ, vectơ khơng ta sử dụng Điều khiển từ thông moment đảm bảo cách chọn bốn vectơ module khác vectơ module Vai trò vectơ điện áp lựa chọn thể sau: Hình 2.3 Lựa chọn vectơ điện áp Nếu Vi+1 chọn biên độ từ thơng tăng moment tăng Nếu Vi+2 chọn biên độ từ thơng giảm moment tăng Nếu Vi-1 chọn biên độ từ thông tăng moment giảm Nếu i-2 chọn biên độ từ thơng giảm moment giảm Nếu V0 V7 chọn vectơ từ thông dừng moment giảm tốc độ dương moment tăng lên tốc độ âm 23 Tuy nhiên mức độ ảnh hưởng vectơ tuỷ thuộc vài vị trí vectơ từ thơng vùng Ở vùng i, vectơ Vi+1, Vi-2 thẳng góc với vectơ từ thơng, thành phần từ thơng khơng đáng kể, biên độ từ thông không thay đổi mấy, thay đổi moment nhanh chóng Các lệnh đầu vào hệ thóng điều khiển moment biên độ vectơ từ thông Hiệu suất hệ thống điều khiển phụ thuộc vào xác việc ước lượng giá trị Ước luợng từ thông stator, moment điện từ Cơ sở để thực việc ước lượng từ thơng stator biểu thức tính tích phân sau s  t     Vs  R sis  dt  s , thực tính tích phân theo kiểu vịng hở dẫn t tới kết thu có lượng sai lệch lớn dẫn tới ổn định hệ thống Viết lại phương trình ta có: ps  Vs  R s Is (2.6) Với p=d/dt, xấp xỉ 1/p ⟶T/1 +pT thay vao phương trình (2.6) ta được: ps  Us  R s Is  1/ Ts (2.7) Số hóa phương trình (2.7) với p = ∆/∆t sn 1  sn  (Us  R s Is )t   / Tsn (2.8) Phương pháp tính tích phân kiểu vịng kín Hu Wu đưa năm 1998, nội dung phương pháp tín tích phân là: Đầu y tích phân tính theo đầu vào x tín hiệu bù z: y T x z  pT 1pT (2.9) Nếu tín hiệu bù z đạt tính tích phân tích phân theo phương pháp cũ, số hố biểu thức tích phân: ysn 1  ysn 1  xt   / T  z  yn  (2.10) 24 Hu Wu đưa thuật tốn tính tích phân dựa ý tưởng trên, ta sử dụng thuật tốn thứ hai có sơ đồ cấu trúc biểu diễn Hình 2.3 Hình 2.4 Thuật tốn tích phân Hu Wu Trong sơ đồ trên, biên độ đầu tích phân bị giới hạn, theo Hu Wu điều đặc biệt thích hợp tính tích phân biến có hai thành phần kiểu số phức từ thông máy điện xoay chiều Trong cấu trúc tính trình bày, có sử dụng hai khâu chuyển đổi toạ độ, toạ độ thứ toạ độc cực sau giới hạn biên độ chuyển trở lại toạ độ Đề quen thuộc Việc chuyển toạ độ liên quan tới việc tính tốn góc lệch hai thành phần biên độ từ thơng stator thơng qua phép tính đơn giản đưa thời gian tính tốn tích phân nhỏ Biểu thức thực giới hạn biên độ từ thông stator 2      s ZL   s  L  s2   s2  L   s s (2.11) L Các thành phần bị giới hạn alpha beta từ thơng stator sau tính lại theo tỷ số biên độ bị giới hạn biên độ không bị giới hạn từ thông stator: ZL  ZL  ZL   s s ZL   s s  s (2.12)  s 25 Sử dụng thuật toán thứ hai Hư Wu thuận lợi tính tốn Mab/Simulik Theo Hu Wu giá trị đặt biên độ từ thông stator thay đổi, giá trị giới hạn ZL khơng có khả thay đổi theo Tuy nhiên tốn cụ thể xét điều khơng hồn tồn đúng, ta thay đổi khâu giới hạn biên độ từ thông khâu khác, có chức giới hạn có khả dễ dàng thay đổi giá trị giới hạn Điều đặc biệt cần thiết điều khiển động xoay chiều nói chung phương pháp điều khiển trực tiếp moment nói riêng, giá trị từ thông stator đặt hàm phụ thuộc vào tốc độ moment Để thu tính điều khiển tối ưu toàn dải làm việc máy điện, sơ đồ cấu trúc thực hình (Hình 2.5) Hình 2.5 Cấu trúc ước lượng s  t     Vs  R sis  dt  s t (2.13) Các thành phần trục α, β b vectơ dòng điện Iα, Iβ dựa vào dòng điện đo ứng dụng phép biến đổi concordia: I  Ias (2.14) 26 I   I b  Ic  (2.15) Thiết lập thành phần vectơ điện áp cách đo điện áp vào biến đổi, trạng thái thiết bị đóng cắt áp dụng biện pháp biến đổi concordia: V    Udc sa   s b  sc   2   (2.16) Udc  s b  sc  (2.17) V  Moment điện từ ước lượng từ đại lượng 𝛹α, 𝛹β đại lượng việc ước lượng từ thông Thiết lập máy hiệu chỉnh từ thông, moment Khi từ thông vùng i, Vi+1 Vi-1 chọn để tăng biên độ từ thông Vi+2 Vi-2 chọn để giảm biên độ từ thông, việc lựa chọn vectơ điện áp phụ thuộc vào tín hiệu sai lệch từ thơng khơng phụ thuộc vào biên độ từ thông Điều chứng tỏ đầu phận hiệu chỉnh từ thơng biến số Bool Giá trị tín hiệu sai lệch từ thơng dương Giá trị tín hiệu sai lệch từ thơng âm Hình 2.6 Hàm đầu hiệu chỉnh Moment 27 Hình 2.7 Biến thiên moment sử dụng hiệu chỉnh vị trí Để thay đổi moment, ta dự kiến phận hiệu chỉnh moment đa dạng hiệu chỉnh từ thông, ta thấy moment tăng giảm, cách sử dụng vectơ điện áp module khác vectơ module 0, vectơ module chọn để giảm số lượng chuyển mạch Để sử dụng vectơ Vi-1 sau Vi+1 hay ngược lại, phải chuyển mạch phía khác nhau, tương tự để sử dụng Vi-2 sau Vi+2 ngược lại phải chuyển mạch phía khác Nhưng trình tự có lợi trình tự buộc nhánh van chuyển mạch Đó trình tự địi hỏi nhánh phải chuyển mạch lần Với chuyển mạch lần ln ln có vectơ điện áp module mà sử dụng sau vectơ khác Vi+1⟺ Vi-1 : chuyển mạch Vi+2 ⟺ Vi-2 : chuyển mạch V1, V3, V5 ⟺ V0 : chuyển mạch V2, V4, V6 ⟺ V7 : chuyển mạch Nếu chọn vectơ module khác 0, moment giảm nhanh dùng vectơ điện áp module Vì ta xét hiệu chỉnh trễ vị trí moment Bộ so sánh trễ vị trí cho phép điều khiển máy điện theo hướng quay moment dương moment âm Như so sánh vị trí chấp nhận khả vận hành góc phần tư, mà không cần thay đổi cấu trúc điều khiển Thiết lập bảng chuyển mạch Thiết lập bảng chuyển mạch cấu trúc điều khiển sở đầu hiệu chỉnh trễ từ thông, hiệu chỉnh trễ moment vùng vị trí vectơ từ thơng stator 28 Bảng chuyển mạch thiết lập để lựa chọn vectơ Vi+1, Vi-1, Vi+2, V1-2, tương ứng vùng i điều phù hợp với điều chỉnh vị trí moment Các vectơ có module V0, V7 chọn để đạt số lượng chuyển mạch biến tần Bảng 2.1 Bảng lựa chọn vectơ điện áp điều khiển trễ moment vị trí, vectơ Từ Mome thông ∆𝛹 S1 S2 S3 S4 S5 S6 nt ∆Te V2(110) V3(010) V4(011) V5(001) V6(101) V1(100) V0(000) V7(111) V0(000) V7(111) V0(000) V7(111) -1 V6(101) V1(100) V2(110) V3(010) V4(011) V5(001) V3(010) V0(000) V5(001) V6(101) V1(100) V2(110) V7(111) V0(000) V7(111) V0(000) V7(111) V0(000) -1 V5(001) V6(101) V1(100) V2(110) V3(010) V0(000) Cấu trúc hệ thống điều khiển trực tiếp moment Cấu trúc phận chủ yếu hệ thống điều khiển trực tiếp moment máy điện đồng bộ, điều khiển mẫu mà chu kỳ điều khiển tc ngắn số thời gian máy điện T 𝛹S Tải FULL (68 trang): bit.ly/2Ywib4t Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ Bảng chọn vectơ điện áp - ĐCĐ BTT IGBT Bridg es U0 Tính tốn biên độ góc quay từ thơng Tính tốn monent Tính Uα, Uβ Hình 2.8 Sơ đồ điều khiển trực tiếp moment 29 Hình 2.9 Cấu trúc hệ thống điều khiển DTC Hình 2.9 sơ đồ điều khiển trực tiếp moment (DTC) ĐCĐBTT ba pha biến thiên biến thiên trục Dq Dịng điện trục Dq iD, iQ đo từ dòng điện pha điện áp VD VQ tính tốn từ điện áp động chiều (DC), vectơ điện áp xác định bảng chọn vectơ điện áp tìm Dòng điện điện áp trục DQ để xác định vectơ từ thông công thức sau: s  Vs t  R s  isdt  s t  (2.18) Bù ảnh hưởng điện trở stator DC offset cần thiết đặc biệt tốc độ Tải FULL (68 trang): bit.ly/2Ywib4t Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ thấp Ảnh hưởng điện trở stator phương pháp điều khiển trực tiếp moment (DTC) Điện trở stator RS tham số máy điện sử dụng phương pháp DTC, ảnh hưởng tham số tới chất lượng điều khiển cần xét tới Phần cốt lõi phương pháp DTC dựa vào sai lệch moment đặt với moment 30 ước lượng sai lệch từ thông đặt với từ thơng ước lượng, việc ước lượng moment tính theo giá trị từ thơng ướng lượng, việc ước lượng từ thông có tính định phương pháp điều khiển trực tiếp moment Từ biểu thức (2.3) ta thấy ước lượng thành phần từ thơng khơng xác bỏ qua thành phần điện trở R, bỏ qua thay đổi biện trở stator RS, ảnh hưởng xấu tới chất lượng điều khiển Ở dải tốc độ thấp, thành phần sức điện động bé, thành phần IS, RS có giá trị đủ lớn so sánh với thành phần điện áp VS, trường hợp thành phần RS so sánh với thành phần điện áp VS, trường hợp thành phần RS không xét tới dẫn đến giá trị biên độ từ thông stator không đúng, điều kéo theo giá trị moment ước lượng không làm điều khiển thực lựa chọn vectơ chuẩn không đúng, dẫn đến chất lượng điều khiển xấu, hệ thống ổn định Khi hoạt động dải tốc độ cao thành phần điện áp rơi điện trở stator RS bé so với thành phần điện áp ảnh hưởng khơng đáng kể, bỏ qua Ước lượng điện trở stator sử dụng điều khiển bù PI Trong phương pháp này, sai lệch giá trị đặt từ thông stator với giá trị từ thông stator ước lượng thời điểm xét đầu vào ước lượng PI Sơ đồ cấu trúc điều khiển trực tiếp moment có tính đến bù điện trở stator trình bày hình (2.9) T 𝛹S - Bảng chọn vectơ điện áp U0 ĐCĐ BTT IGBT Bridge Tính Uα, Uβ Tính tốn biên độ góc quay từ thơng Tính tốn monent Ước lượng điện trở stator Hình 2.10 Sơ đồ cấu trúc động ĐBTT có bù áp 8142302e ... điều khiển không cảm biến tốc độ động đồng từ trở tốc độ cao Sử dụng lọc Kalman mở rộng để ước lượng vị trí tốc độ động đồng từ trở tốc độ cao Từ khóa – Động từ trở đồng bộ; tốc độ cao; mơ hình... Tìm hiểu tổng quan động đồng từ trở tốc độ cao điều khiển không cảm biến - Mô động đồng từ trở - Đưa chiến lược điều khiển động từ trở tốc độ cao không sử dụng cảm biến tốc độ ứng dụng lọc Kalman... quan động động từ trở 1.1 Tổng quan động đồng từ trở 1.2 Động học động động đồng từ trở 1.3 Các phép biến đổi hệ tọa độ 1.4 Phương trình động cở đồng từ trở hệ tọa độ 1.5 Các sơ đồ điều khiển