ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU 3 PHA ĐỒNG BỘ KÍCH TỪ VĨNH CỬU (PMSM)

GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHÓA - - ĐỒ ÁN MÔN HỌC TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA ĐỒNG BỘ KÍCH TỪ VĨNH CỬU (PMSM) Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Sinh viên thực : NGUYỄN TIẾN TUẤN Số thẻ sinh viên : 105170386 Nhóm HP : 1051610.2021.xx.91 Lớp : 17TDH2 Ngành : KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Đà Nẵng, tháng năm 2021 Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN MỤC LỤC CHƯƠNG I GIỚI THIỆU BÀI TỐN, TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHẦN ĐỘNG LỰC GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT ĐỀ TÀI 1.1 Nhiệm vụ đồ án 1.2 Mô tả yêu cầu toán TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CỦA HỆ THỐNG VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG .6 2.1 Tính tốc độ quay pulley .6 2.2 Tính momen điện từ động .6 2.3 Tính cơng suất động .8 2.4 Xây dựng đồ thị đặc tính .9 2.5 Lựa chọn phương án truyền động 10 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC .11 3.1 Chọn động 11 3.2 Chọn hộp số 12 3.3 Tính chọn Diode IGBT cho biến tần 13 3.4 Chọn Encoder 14 3.5 Chọn cảm biến dòng 14 SƠ ĐỒ CHI TIẾT HỆ THỐNG .15 CHƯƠNG II MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 17 MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA ĐỘNG CƠ 17 1.1 Mơ hình hóa động .17 XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA CÁC KHÂU TRONG HỆ THỐNG: BỘ BIẾN ĐỔI, CẢM BIẾN… 21 2.1 Mơ hình tốn học cảm biến dịng 21 2.2 Mơ hình tốn học encoder .21 2.3 Mơ hình tốn học biến đổi công suất 21 2.4 Mơ hình hóa điều khiển PI 22 2.5 Chuyển đổi từ hệ tọa độ dq sang hệ tạo độ αβ ngược lại 22 2.6 Chuyển đổi hệ tọa độ αβ sang hệ tọa độ uvw ngược lại 23 XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA CẢ HỆ THỐNG 23 CHƯƠNG III TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN .25 ĐIỀU KHIỂN VECTOR FOC TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ PMSM 25 TỔNG HỢP MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN DÒNG ĐIỆN 27 2.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện isd .28 2.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện isq .29 TỔNG HỢP MẠCH VÒNG TỐC ĐỘ 29 PHƯƠNG PHÁP DỊ TÌM THÔNG SỐ PI 30 CHƯƠNG IV MÔ PHỎNG, KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG .31 MƠ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHẦN MỀM MATLAB-SIMULINK 31 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 31 2.1 Tốc độ đặt tốc độ thực động .32 2.2 Momen tải momen động 32 2.3 Dòng điện stator 33 2.4 Mối quan hệ momen động dòng điện isq 33 2.5 Mối quan hệ tốc độ tần số điện áp dây ab 34 2.6 Mối quan hệ tốc độ dòng điện stator 35 Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN PHÂN TÍCH CÁC KẾT QUẢ MƠ PHỎNG .35 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG 36 Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN CHƯƠNG I Giới thiệu tốn, tính tốn thiết kế phần động lực GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT ĐỀ TÀI 1.1 Nhiệm vụ đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển truyền động điện sử dụng động điện xoay chiều pha đồng kích từ vĩnh cửu (PMSM) 1.2 Mơ tả u cầu tốn Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc tổng thể hệ thống Trong đó:  JM: momen quán tính tải  M = 2.5 kg: khối lượng tải  r = 0.35 m: bán kính pulley Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN Hình 1.2 Đồ thị tốc độ mong muốn tải Bài toán yêu cầu vật M nằm băng chuyền chuyển động với tốc độ bám theo đồ thị hình 1.2 Để vật M chuyển động pulley phải quay với tốc độ góc tính theo tốc độ mong muốn → Để pully quay cần động để truyền từ trục động đến pulley, mà để động hoạt động ta cần cấp nguồn điện Tốc độ quay động PMSM tính biểu thức: 𝜔 = Trong fs tần số nguồn cung cấp, pp số cặp cực động Từ công thức ta thấy điều chỉnh tần số nguồn cung cấp điều chỉnh tốc độ động Do cấu trúc hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động đồng có biến đổi tần số Vì tốc độ mong muốn vật M không cố định, nên cần chọn cơng suất có điều khiển Trong đề tài chọn biến đổi công suất biến tần: cấu tạo gồm chỉnh lưu nghịch lưu có điều khiển Vật M chuyển động với tốc độ không cố định nên điện áp cấp cho động biến đổi theo thời gian → Cần khâu điều khiển để tính điện áp mong muốn Cảm biến có nhiệm vụ đo thơng số từ động hoạt động truyền tín hiệu đến khâu điều khiển Từ giá trị điện áp tính tốn khâu phát xung tính thời điểm kích van bán dẫn có biến đổi tần số điện áp cấp vào động Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CỦA HỆ THỐNG VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG Tính tốc độ quay pulley Tốc độ yêu cầu tải Tính momen điện từ động Tính cơng suất động Hình 1.3 Các bước tính thơng số hệ thống 2.1 Tính tốc độ quay pulley Cơng thức tính tốc độ quay pulley : 𝜔 = = (rad/s) Trong đó: u (m/s) tốc độ mong muốn tải, r=0.35 (m) bán kính pulley ωm (rad/s) 20 14.28 15 10 -5 (s) -10 -15 -14.28 -20 Hình 1.4 Đồ thị vận tốc góc pulley       Từ – 1s: trục pulley tăng tốc dần lên từ đến 14.28 rad/s Từ – 3s: trục pulley chạy ổn định 14.28 rad/s Từ – 3.5s: trục pulley giảm tốc rad/s Từ 3.5 – 4s: trục pulley đảo chiều, tăng tốc đến -14.28 rad/s Từ – 6s: trục pulley chạy ổn định -14.28 rad/s Từ – 7s: trục pulley giảm tốc rad/s 2.2 Tính momen điện từ động Cơng thức tính momen điện từ : T =J + 𝑟 𝑀 + 𝑟 𝑓 (N.m) Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN Trong đó:  Tem : momen điện từ yêu cầu  Jm : momen quán tính động  r : bán kính pulley  M : khối lượng tải  𝑓 : lực cản  : biến thiên tốc độ quay pulley theo thời gian Do ban đầu chưa chọn động nên momen quán tính Jm=0, bỏ qua lực cản fL= nên cơng thức tính momen điện từ trở thành : T = 𝑟 𝑀 (N.m) Tem (N.m) 4.37325 4.37325 -2 (s) -4 -6 -8 -8.7465 -10 Hình 1.5 Đồ thị momen điện từ  Từ – 1s: T = 𝑟 𝑀 = 0.35 × 2.5 ×  Từ – 3s: T = 𝑟 𝑀 = 0.35 × 2.5 ×  Từ – 3.5s: T = 𝑟 𝑀 = 0.35 × 2.5 ×  Từ 3.5 – 4s: T = 𝑟 𝑀 = 0.35 × 2.5 ×  Từ – 6s: T = 𝑟 𝑀 = 0.35 × 2.5 ×  Từ – 7s: T = 𝑟 𝑀 = 0.35 × 2.5 × = 4.37325 (N.m) = (N.m) = -8.7465 (N.m) ( = -8.7465 (N.m) ( ) ) = (N.m) = 4.37325 (N.m) Momen đẳng trị động cơ: 𝑇 = ∑𝑇 𝑡 ∑𝑡 Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG = SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN 4.37325 × + (−8.7465) × 0.5 + (−8.7465) × 0.5 + 4.37325 × = 4.049 (N.m) Chọn hệ số dự trữ Kdt=1.5 => 𝑇 = 1.5 𝑇 = ∗ 4.049 = 6.0375 (Nm) 2.3 Tính cơng suất động Cơng thức tính cơng suất động : 𝑃 = 𝑇 × 𝜔 (W) Trong đó: Tem (N.m) momen điện từ, ωm (rad/s) tốc độ quay pulley 150 P (W) 124.9 100 62.45 50 0 (s) -50 -62.45 -100 -124.9 -150 Hình 1.6 Đồ thị cơng suất động  Từ – 1s: Công suất tăng dần từ đến 62.45W  Từ – 3s: Công suất 0W  Từ – 3.5s: Công suất tăng dần từ -124.9W đến 0W  Từ 3.5 – 4s: Công suất tăng dần từ đến 124.9W  Từ – 6s: Công suất 0W  Từ – 7s: Công suất tăng dần từ -62.45W đến 0W Công suất đẳng trị động cơ: 𝑃 = ∑𝑃 𝑡 = ∑𝑡 62.45 × + 124.9 × 0.5 + 124.9 × 0.5 + 62.45 × = 57.82 (𝑊) Chọn hệ số Kdt=1.5 => 𝑃đ = 1.5 𝑃 = ∗ 57.82 = 86.73 (W) Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN 2.4 Xây dựng đồ thị đặc tính ωm (rad/s) 20 14.28 15 10 -5 (s) -10 -15 -14.28 -20 Tem (N.m) 4.37325 4.37325 -2 (s) (s) -4 -6 -8 -8.7465 -10 P (W) 150 124.9 100 62.45 50 0 -50 -62.45 -100 -150 -124.9 Hình 1.7 Tổng hợp đồ thị tốc độ, momen điện từ công suất động Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN  Từ - 1s: T > 0,ω > => P = T× ω >  Động làm việc góc phần tư thứ I, động quay theo chiều dương  Từ - 3s: T = 0, ω > => P = T× ω =  Từ - 3.5s: T < 0,ω > => P = T×ω <  Động làm việc góc phần tư thứ II, động trạng thái hãm  Từ 3.5 - 4s: T < 0,ω < => P = T×ω >  Động làm việc góc phần tư thứ III, động quay theo chiều âm  Từ - 6s: T = 0,ω < => P = T×ω =  Từ - 7s: T > 0,ω < => P = T×ω <  Động làm việc góc phần tư thứ IV, động trạng thái hãm Sau tổng hợp ta đồ thị đặc tính sau: ωm (rad/s) 20 15 10 Tem (N.m) -10 -8 -6 -4 -2 -5 -10 -15 -20 Hình 1.8 Đồ thị đặc tính 2.5 Lựa chọn phương án truyền động Quan sát đồ thị đặc tính ta thấy tốc độ momen động có thay đổi, động hoạt động góc phần tư Cấu trúc điều khiển hệ truyền động điện sử dụng động đồng kích từ vĩnh cửu PMSM theo nguyên lý FOC xây dựng dựa công thức mô-men điện từ: Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện 10 GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN Nếu 𝑢∗ điện áp điều khiển 𝑢∗ = 5VDC, udc điện áp đầu vào, lúc nghịch lưu khâu tỉ lệ: 2 𝑢 𝑢 𝑢 2 3√3 3√3 𝐾 = ∗ =3 ∗ =3 = 𝑢 = × 𝑢 = × × 220 ≈ 48 𝑢 𝑢 15 15 𝜋 15 𝜋 2.4 Mơ hình hóa điều khiển PI Hình 2.3 Mơ hình điều khiển PI Hàm truyền điều khiển PI: 𝑢 =𝐾 𝑒+𝐾 Với 𝐾 = 𝐾 𝑇 = 𝑒𝑑𝑡 → 𝐺 =𝐾 + 𝐾 𝑠 hàm truyền điều khiển là: 𝐺 = 𝐾(1 + 𝑠𝑇) 𝑠𝑇 2.5 Chuyển đổi từ hệ tọa độ dq sang hệ tạo độ αβ ngược lại Với 𝑢 = 𝑢 + 𝑗𝑢 điện áp hệ tọa độ αβ 𝑢 = 𝑢 + 𝑗𝑢 điện áp hệ tọa độ dq ta có phép biến đổi: 𝑢 𝑢 𝑢 𝑢 𝑐𝑜𝑠𝜗 −𝑠𝑖𝑛𝜗 𝑢 = 𝑠𝑖𝑛𝜗 𝑐𝑜𝑠𝜗 𝑢 𝑐𝑜𝑠𝜗 𝑠𝑖𝑛𝜗 𝑢 = −𝑠𝑖𝑛𝜗 𝑐𝑜𝑠𝜗 𝑢 Ở dạng Laplace: Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện 22 GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN 2.6 Chuyển đổi hệ tọa độ αβ sang hệ tọa độ uvw ngược lại Với 𝑢 = 𝑢 + 𝑗𝑢 điện áp hệ tọa độ αβ 𝑢 , 𝑢 , 𝑢 điện áp xoay chiều pha cấp cho động ta có phép biến đổi: 𝑢 𝑢 𝑢 𝑢 √3/2 −√3/2 𝑢 2/3 𝑢 −1/3 √3/3 = 𝑢 −1/3 −√3/3 = 𝑢 𝑢 𝑢 −1/2 −1/2 XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA CẢ HỆ THỐNG Với 𝐺 hàm truyền đạt khâu phản hồi tốc độ, 𝐺 hàm truyền đạt khâu phản hồi dòng điện, 𝐺 hàm truyền đạt biến đổi công suất, 𝐺 hàm truyền đạt điều khiển PI trình bày mục ta mơ hình tốn học hệ thống sau: Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện 23 GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN Hình 2.4 Mơ hình tốn học chi tiết hệ thống Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện 24 GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN CHƯƠNG III Tổng hợp hệ thống truyền động điện Điều khiển vector FOC truyền động động PMSM Về cấu trúc điều khiển vector tựa theo từ thông rotor động PMSM gần giống với động không đồng IM nhiên động PMSM có phần kích từ nam châm vĩnh cửu nên khơng có phần mơ hình từ thơng để tính tốn từ thơng động Phần biến đổi tọa độ thuận ngược tương tự truyền động FOC cho động không đồng cần có thêm thiết bị đo góc ϑ dùng nhận dạng đỉnh cực để phục vụ biến đổi tọa độ điều khiển nghịch lưu Phần điều khiển bao gồm mạch vòng: mạch vòng điều khiển momen thơng qua điều khiển dịng điện isq mạch ngồi điều khiển tốc độ Dịng điện isd đại lượng điều khiển phụ Hình 3.1Cấu trúc điều khiển vector cho hệ ĐK TDĐ động PMSM  Clarke Transformation: khối chuyển đổi đại lượng từ hệ tọa độ uvw sang hệ tọa độ αβ  Parke Transformation: khối chuyển đổi đại lượng từ hệ tọa độ αβ sang hệ tọa độ dq, cần có thêm đại lượng góc quay ϑ hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor  Speed Estimator: công cụ đo tốc độ động  Speed Controller: khối điều khiển tốc độ điều khiển PI  Current Controller: khối điều khiển dòng điện điều khiển PI  Inverse Parke Transformation: khối biến đổi đại lượng từ hệ tọa độ dq sang hệ tọa độ αβ Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện 25 GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN  3-phase PWM Voltage Inverter: khối điều chế vector chuyển đại lượng điện áp usα, usβ sang thời gian đóng ngắt tu, tv, tw Tốc độ thực động ω đo khối Speed Estimator đem so sánh với tốc độ mong muốn ωref, chênh lệch đại lượng tính tốn xử lý khối Speed Controller tính dịng điện mong muốn isqref Vì isqref tỷ lệ thuận với momen đồng sinh tác động từ thông nam châm dịng điện phần ứng nên thơng qua điều khiển dịng điện isq ta điều khiển momen đồng động Dịng điện isq isd có thông qua khâu chuyển đổi tọa độ đại lượng isu isv: từ hệ tọa độ uvw sang hệ tọa độ αβ từ hệ tọa độ αβ sang hệ tọa độ dq isq so sánh với isqref , chênh lệch đại lượng tính tốn xử lý khối Current Controller Vì dịng điện isq tỷ lệ với điện áp usq (với isdref=0): 𝑢 =𝑅 𝑖 +𝐿 𝑑𝑖 +𝜔 𝐿 𝑖 𝑑𝑡 +𝜔 𝛙 nên tính tốn cho giá trị điện áp usq Cũng tương tự isd so sánh với isdref tính tốn, xử lý qua khối Current Controller Vì dịng điện isd tỷ lệ với điện áp usd : 𝑢 =𝑅 𝑖 +𝐿 𝑑𝑖 −𝜔 𝐿 𝑖 𝑑𝑡 nên tính tốn cho giá trị điện áp usd Sự khác biệt việc tính tốn xử lý isd isq giá trị mong muốn isqref tính tốn qua khối Speed Controller giá trị mong muốn isdref đặt Nguyên nhân khác biệt trình bày rõ sau: - Phương trình momen quay: 𝑍 (𝛙 𝑖 − 𝛙 𝑖 ) ⇒ 𝑚 = 𝑍 [𝛙 𝑖 + 𝑖 𝑖 (𝐿 − 𝐿 )] = 𝑚đ + 𝑚 𝑚 = Trong 𝑍 số cặp cực từ; 𝑚đ = 𝑍𝑝 𝛙𝑝 𝑖𝑠𝑞 momen đồng sinh tác động từ thơng nam châm dịng điện phần ứng; 𝑚 = 𝑍𝑝 𝑖𝑠𝑞 𝑖𝑠𝑑 (𝐿𝑠𝑑 − 𝐿𝑠𝑞 ) momen phản ứng phần ứng Momen động sinh phần lớn tác động từ thơng nam châm dịng điện phần ứng cụ thể momen đồng Vì để tốn xử lý dễ bỏ qua momen phản ứng phần ứng đồng nghĩa với việc đặt giá trị dòng điện mong muốn isd=0 Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện 26 GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN Khối Inverse Parke Transformation biến đổi hệ tọa độ từ usd usq sang usα usβ 3-phase PWM Voltage Inverter chuyển đại lượng điện áp usα, usβ sang thời gian đóng ngắt tu, tv, tw điều khiển nghịch lưu Điện áp đầu nghịch lưu cấp cho động hoạt động Nhận xét: Giá trị thu từ mạch vòng tốc độ giá trị đầu vào cho mạch vòng dòng điện Tổng hợp mạch vịng điều khiển dịng điện  Ta có phương trình dạng Laplace lấy từ mục 1.1Mơ hình hóa động : ⎧ ⎪ ⎨𝑖 ⎪ ⎩ 𝐿 𝑇 (𝜔 𝑖 + 𝑢 ) + 𝑠𝑇 𝐿 𝐿 𝑇 𝛙 𝐿 = (−𝜔 𝑖 + 𝑢 −𝜔 ) + 𝑠𝑇 𝐿 𝐿 𝐿 𝑖 =  Hàm truyền biến đổi công suất: 𝐺 =𝐾 = 𝑢 =1 𝑢∗  Hàm truyền cảm biến đo dòng điện: 𝐺 = 𝑢(𝑠) 𝐾 = 𝑖(𝑠) + 𝜏 𝑠 Trong ki hệ số khuếch đại đo 𝜏 số thời gian mạch đo Chọn hệ số khuếch đại Ki =1 Hằng số thời gian lọc τi =0.001 Trong ki hệ số khuếch đại đo 𝜏 số thời gian mạch đo  Hàm truyền điều khiển PI: 𝐺 Trong 𝐾 = 𝐾 = = 𝐾(1 + 𝑠𝑇) 𝑠𝑇 Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện 27 GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN Hình 3.2 Cấu trúc điều khiển dòng điện động PMSM theo nguyên lý FOC với i sd=0 2.1 Tổng hợp mạch vịng dịng điện isd Hình 3.3 Cấu trúc điều khiển chi tiết dịng điện isd Hình 3.4 Tổng hợp mạch vòng điều khiển dòng điện i sd Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện 28 GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN 2.1 Tổng hợp mạch vịng dịng điện isq Hình 3.5 Cấu trúc điều khiển chi tiết dịng điện isq Hình 3.6 Tổng hợp mạch vòng điều khiển dòng điện i sq Tổng hợp mạch vòng tốc độ  Hàm truyền điều khiển PI: 𝐺 Trong 𝐾 = 𝐾 = = 𝐾(1 + 𝑠𝑇) 𝑠𝑇  Hàm truyền đạt khâu phản hồi tốc độ: 𝐺 = 𝐾 𝜏 𝑠+1 Kω hệ số khuếch đại cảm biến τω số thời gian lọc Chọn hệ số khuếch đại Kω =1 Hằng số thời gian lọc τω =0.005 Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện 29 GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN Hình 3.7 Cấu trúc điều khiển tốc độ động PMSM theo nguyên lý FOC Phương pháp dị tìm thơng số PI Trong đồ án ta thực tính tốn cụ thể thơng số PI khó khăn Ta tìm thông số PI cách chỉnh PI (có PI) sau mở Scope xem thành phần phản hồi bám theo thành phần mong muốn hay chưa, tiếp tục chỉnh sửa: cho Kp=Ki=0 tăng giá trị Kp cho động hoạt động, theo dõi giá trị phản hồi Sau tiếp tục tăng Ki để khử sai số xác lập Ta có thơng số PI sau hiệu chỉnh: Bộ PI điều khiển tốc độ ω: Kp=80;Ki=12 Bộ PI điều khiển isd: Kp=80;Ki=10 Bộ PI điều khiển isq: Kp=80;Ki=10 Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện 30 GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN CHƯƠNG IV Mô phỏng, kiểm nghiệm đánh giá chất lượng Mơ hình mơ hệ thống phần mềm Matlab-Simulink Hình 4.1 Mơ hình mơ hệ thống Kết mô Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện 31 GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN Toc [rad/s] 2.1 Tốc độ đặt tốc độ thực động Hình 4.2 Đồ thị tốc độ đặt tốc độ thực động Kết mô cho thấy tốc độ động bám theo tốc độ mong muốn có thời điểm xảy vọt lố Momen [N.m] 2.2 Momen tải momen động Hình 4.3 Đồ thị momen tải momen động Kết mô cho thấy momen động bám theo momen tải thời điểm thay đổi momen xảy vọt lố Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện 32 GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN Dong dien Iabc [A] 2.3 Dịng điện stator Hình 4.4 Đồ thị dịng điện stator Momen [N.m] Dong dien Iq [A] 2.4 Mối quan hệ momen động dịng điện isq Hình 4.5 Mối quan hệ momen động dòng điện i sq Kết mơ cho thấy dịng điện isq thay đổi tỷ lệ thuận theo momen động Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện 33 GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN Dien ap Uab [V] Toc [rad/s] 2.5 Mối quan hệ tốc độ tần số điện áp dây ab Hình 4.6 Mối quan hệ tốc độ tần số điện áp dây U ab Kết mô cho thấy tốc độ động tỷ lệ thuận với tần số điện áp u ab Trong khoảng thời gian từ 0s đến 1s từ 3.5s đến 4s tốc độ động tăng dần ( chiều quay động ngược nhau), từ đồ thị ta thấy tần số đóng cắt cắt điện áp uab tăng dần Trong hai khoảng thời gian 1s đến 3s 4s đến 6s tốc độ động gần ổn định, tần số đóng cắt cắt điện áp uab ổn định nhiên từ khoảng 1s đến 3s xung điện áp băm dày khoảng từ 4s đến 6s tốc độ khoảng 1s đến 3s lớn khoảng 4s đến 6s Trong khoảng thời gian 3s đến 3.5s từ 6s đến 7s tốc độ động giảm ( chiều quay động ngược nhau) tần số đóng cắt cắt điện áp uab giảm dần Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện 34 GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN Dong dien Iabc [A] Toc [rad/s] 2.6 Mối quan hệ tốc độ dịng điện stator Hình 4.7 Mối quan hệ tốc độ dòng điện stator Kết mô cho thấy thời điểm động đảo chiều dịng điện i abc đảo ngược pha Phân tích kết mơ  Mối quan hệ momen động dòng điện isq Kết mơ cho thấy dịng điện isq thay đổi tỷ lệ thuận theo momen động Phương trình momen quay: 𝑚 = 𝑍 [𝛙 𝑖 + 𝑖 𝑖 (𝐿 − 𝐿 )] Để tối ưu tỷ số momen dòng điện ta đặt isd=0, 𝛙 đại lượng từ thông không đổi, từ phương trình ta thấy momen động tỷ lệ thuận với dòng điện isq Như kết mô theo lý thuyết  Mối quan hệ tốc độ tần số điện áp dây uab Kết mô cho thấy tốc độ động tỷ lệ thuận với tần số điện áp u ab Theo phương trình tính tốc độ động cơ: = Trong fs tần số nguồn cung cấp, pp số cặp cực động Qua phương trình ta thấy tốc độ động tỷ lệ thuận với tần số nguồn điện Như kết mô theo lý thuyết Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện 35 GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SVTH: NGUYỄN TIẾN TUẤN Đánh giá chất lượng hệ truyền động Hình 4.8 Đồ thị tốc độ momen động phóng lớn Mặc dù tốc độ momen động bám theo tốc độ mong muốn momen tải đường thẳng tuyến tính mà dạng sóng lên xuống Kết luận: hệ thống điều khiển truyền động điện đồ án hệ chất lượng cao Đồ án: Tổng hợp hệ thống truyền động điện 36 ...