Nhận dạng tham số và điều khiển trượt no7ron thích nghi mô hình pmsm

I H C QU C GIA TP HCM I H C BÁCH KHOA NGUY N TI NH N D NG THAM S T U KHI Thu t i u Khi n T Mã s : 8520216 LU TP H CHÍ MINH, tháng ng Hóa T C HỒN THÀNH T I I H C BÁCH KHOA Cán b -HCM ng d n khoa h c:GS.TS H Ph m Huy Ánh Cán b ch m nh n xét 1: TS Nguy o Cán b ch m nh n xét 2: PGS TS Nguy n T Lu ngày 19 tháng cb ov t ih 2021 (Online Google Meet) Thành ph n H m: PGS.TS Hu nh Thái Hoàng - Ch t ch TS Nguy n Tr ng Tài TS Nguy o - Ph n bi n PGS TS Nguy n T PGS.TS Nguy n Thanh Xác nh n c a Ch t ch H ngành sau lu CH T CH H NG .- Ph n bi n - y viên ng Khoa qu n lý chuyên c s a ch a (n u có) NG KHOA N- NT I H C QU C GIA TP.HCM I H C BÁCH KHOA C NG HÒA XÃ H I CH NAM c l p - T - H nh phúc T NHI M V LU N 1970435 n : 8520216 I TÀI: Nh n d ng tham s u PMSM II NHI M V VÀ N I DUNG : - Tìm hi u lý thuy u Xây d u Thi công m ch lái mô hình PMSM Thi t k mơ ph ng b u n b ng Simulink Hi n th c hóa gi i thu u n ch nh thông s tiêu mong mu n cm c III NGÀY GIAO NHI M V : 21/09/2020 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 13/06/2021 V CÁN B NG D N : GS.TS H PH M HUY ÁNH Tp HCM, ngày CÁN B NG D N CH NHI M B (H tên ch ký) (H tên ch ký) NG KHOA N- (H tên ch ký) NT O L IC Trong su t th c t p rèn luy n t i h c Bách Khoa - c r t nhi u s bè V i lòng bi n t c chân thành nh t, em xin g nT c a c a quý Th y Cô b n i h c Bách Khoa - truy n quý Th y Cô Khoa i tri th c tâm huy t t v n ki n th c quý báu cho chúng em su t th i gian h c t p ng Em xin chân thành c - TS H Ph qua t ng bu i h c l ng d n chúng em ng bu i nói chuy n, th o lu n v c sáng t o nghiên c u khoa h c lòng bi oc c ti p gián ti trình h c t p nghiên c V m h n ch c a m t h c viên, báo cáo c nh ng thi u sót Em r t mong nh ý ki n c a quý th ph c v t t Em xin chân thành c em su t tài u ki n th không th i h c Bách Khoa - c s ch b u ki n b sung, nâng cao ki n th c c a mình, c t sau TÓM T TÀI t b dùng h th ng truy n, CNC c ng d ng r ng rãi th c t Nghiên c tk b u n cho ut n ch u thơng s mơ hình, sai s mơ hình, nguyên nhân gây nhi u s c phân tích x lý D a nguyên lý c u c áp d ng kh o sát nh m nâng cao ch u n T k t qu mô ph ng, hi n th c thu xu u n nh m ki m tra ch ng tính nh c ab u n b ng mơ hình th c nghi m ABSTRACT PMSM motor is a device used in transmission systems such as electric vehicles, CNC and has various applications in reality This thesis presents the procedure for designing controller of the PMSM motor Factors affecting the quality of control such as model parameters, model errors, and causes of disturbance will be analyzed and handled Based on the principle of the FOC method, adaptive neural sliding controllers will be applied to improve control quality From the simulation results, implement the proposed algorithms on the microcontroller to check the quality and stability of the controller by experimental model L c hi n, hồn tồn khơng chép n i dung c a tác gi khác ho i khác th c hi n Tồn b trích d n, cơng th c, gi i thu t s d ng c a tác gi Tp H H c viên Nguy n Ti t Nguy n Ti t 1970435 M CL C M 1.1 U tv 1.2 Tình hình nghiên c u v PMSM 1.3 M c tiêu n i dung nghiên c u 1.4 L tài T NG QUAN V PMSM 2.1 Gi i thi u v PMSM 2.2 u 2.3 u 10 THI T K VÀ MÔ PH NG B U KHI N T CHO PMSM 15 3.1 lý thuy t v u t thích nghi 15 3.1.1 B u 3.1.2 B u n thích nghi 16 3.2 Thi t k b 3.3 Mô ph t 15 u 18 ng c a b u n t 24 3.3.1 Mô ph u ng FOC 24 3.3.2 Mô ph u 29 TH C HI 4.1 Th c hi n gi i thu 4.1.1 I THU u U KHI N 35 u n 35 u xung (PWM) 36 4.1.2 X lý c m bi 4.1.3 X lý tín hi u Encoder 45 4.1.4 52 4.2 n 39 K t qu th c nghi m 56 4.2.1 K t qu u ng b u n PID 56 4.2.2 K t qu u ng b u n tr 57 K T LU N 63 5.1 K t lu n công vi 5.2 Nh ng v 5.3 c hi n 63 c hi n 63 ng phát tri n 63 DANH M C CƠNG TRÌNH CƠNG B 64 i Nguy n Ti t 1970435 TÀI LI U THAM KH O 65 PH L C 67 Kh i vi x lý (C2000) 67 Kh t cách ly (UCC21520) 70 Kh i m ch bootstrap kích IGBT 73 Kh i c m bi n dòng 76 Kh i c m bi n Encoder 79 thi t k kh i ch a Driver 81 Schematic 81 Layout 82 ii Nguy n Ti t 1970435 HÌNH NH Hình 1u n [11] Hình 1u n t [11] Hình 1u Hình 1u n t PMSM [13] Hình 2-B-07-030-D-X-S Hình 2-2: C u trúc ph n c ng mơ hình PMSM Hình 2-3 : Kh i mơ ph ng chuy i tín hi u mi n dq0 sang mi n abc 10 Hình 2-4 : K t qu mô ph ng kh i Scope 11 Hình 2u n nguyên lý t a t 13 Hình 2u n t 14 Hình 3kh i h th u n thích nghi 16 Hình 3kh i h th u n thích nghi gián ti p [17] 17 Hình 3t u ng b b ng b u thích nghi 18 Hình 3-4 V c a m ng RBF 19 Hình 3-5 T u ng b u t 22 Hình 3-6 Chi ti t kh u n d a t thơng 22 Hình 3-7 C u trúc b u 22 Hình 3-8 Kh i tính tốn sai s bám hàm v(t) công th c (3-4) 23 Hình 3-9 Cơng th c (3-5) (3-16) tính u si uce 23 Hình 3-10 Chi ti t kh i IAC u 23 Hình 3u 24 Hình 3u ng gi i thu t FOC 25 Hình 3-13:C u trúc kh 25 Hình 3-14: Kh i mô ph 25 Hình 3-15 K t qu kh o sát mô ph i thông s K pd , K pq 28 Hình 3-16 K t qu kh o sát mô ph i thông s K pw 29 Hình 3-17 Kh o ng h th ng ng b i thông s Qa , Qb 30 Hình 3-18 Kh ng h th ng ng b i thông s b x 31 Hình 3-19 kh ng h th ng ng b i thơng s Hình 3-20 K t qu u ch nh thơng s Hình 3-21 K t qu u ch nh thông s b x b x a x , b x 32 0.1 33 ng h p cịn l i 34 Hình 4-1 Giao di t gói liên k t 35 Hình 4-2 Các kh i Simulink l c tích h p Matlab 35 Hình 4-3: Hình nh mơ hình th c nghi m 36 Hình 4-4 Xung PWM t u n C2000 37 Hình 4u c a IC kích UCC21520 37 iii Nguy n Ti t 1970435 Xung PWM xu t chân High Low c a Half Bridge c a có th i gian dead time chuy n tr b hi tr ng thái ngh o m b o Half Bridge không ng trùng d n chân ADC: Nh m m c giá tr n tr v t c m bi chân I2C: Giao ti p v i module LCD-I2C hi n th giá tr t giá tr t th c c quan sát Các chân QEP: G c giá tr tr v t Encoder chân DAC: cs d hành Ví d quan sát bi n qua trình h th ng nhúng v n n tr v t c m bi n, bi n Góc, V n t c ct UART hi n th tr c ti c m bi m uc t ng hình sine t n s kho n tr v t n 200Hz nên t n s l y ng cao N u ta mu n l y 100 m u chu kì c a tín hi u dịng i n 200Hz t n s l y m u c x lý d li u truy n lên t V is ng d li u l n y vi c truy n lên máy tính hi n th r y ta xu t tín hi i d n áp dùng c tín hi Kh t cách ly (UCC21520) 70 Nguy n Ti t 1970435 Hình 0-4 cs d UCC21520 lo ch c dùng b n thi t k DRIVER c ng d ng m ch kích Half- s d ng có nhi c m n i b t: T t lên t i 5MHz T m nhi ho ng cao Ti t ki m kinh phí b i v i IC UCC21520 có th T u vào t u n khác nh c l p n 18V phù h p v i nhi u lo i tín hi u c bi t vi x lý T t c chân ngu n c p c u có khố b o v UVLO (Under Voltage Lock-Out) Ch Cách ly gi a t u n (3.3V) t ng kích IGBT (15V) n áp c a xung PWM t vi x lý t 3.3V lên t kích IGBT Ta thi t k xung PWM 3.3V UCC21520 s chuy kh i vi x i tín hi u 3.3V thành xung PWM 15V u OUTA OUTB 71 Nguy n Ti t 1970435 VCCI 3,8 16 VDDA INA 15 OUTA DIS 14 VSSA NC DT INB GND 15V REINFORCED ISOLATION 3.3V FUNCTIONAL ISOLATION 12,13 NC 11 VDDB 10 OUTB VSSB 3.3V Hình 0-5 : Các chân ch cs d IC UCC21520 có 16 chân (Hình 3.6) v i ch 15V kích IGBT c li t kê B ng 6.2 u OUTA, OUTB B ng 0-2 : Các chân ch a IC UCC21520 u vào u INA, INB Xung PWM 3V3 DIS Chân ng t OUTA, OUTB ho t VDDA, VDDB ng DT Xung PWM 15V Chân ngu n c p u u ch nh VSSA, VSSB u DEAD TIME Nguyên lý ho Chân OUTA s c n i t t v i VDDA m l i OUTA s n i t t v th c ho ng c a IC UCC21520: n áp chân INA m c n áp chân INA m c th chân OUTA 72 Nguy n Ti t 1970435 Kh i m ch bootstrap kích IGBT kh i ta s cung c -IGBT n m Low-IGBT n m M n áp kích IGBT Q1 phía ngu n c a m ch Half-Bridge cịn Q phía GND c s d ng nh th t i VSSA khơng ph kích Highn th c n áp s b trôi Low- IGBT ng t lúc m n khơng cịn n i v i GND làm m chi n áp trôi x cl n n áp tham gi a IGBT ta có th s d ng ngu n 15V kích IGBT ho c s d ng t Bootstrap v trí song song vào c c G, S c a Q1 Trong b n thi t k c ch n ti t ki m chi phí linh ki n Nguyên lý ho ng c a m ch bootstrap g ng h p chính: (Hình 3.6) ng H p 1: Khi Q1 t t, Q2 d n Lúc t cn y ta ch n giá tr t n tr th i gian n p t phù h p N u ta ch n giá tr t Boostrap bé th i gian n p t s r t nhanh d n t i không th kéo theo t x kích IGBT N u ta ch n t Bootstrap l n gây hi u m ch ho n áp th i ng t c High-IGBT ng H p 2: Khi Q1 d n, Q2 t t Lúc t x nc kích High- ng màu xanh) n th t i VSSA s b ng HIGH-VOLTAGE (~200V) Q1 d n T Bootstrap có tác d n áp t i VDDA lên HIGH-VOLTAGE +15V (~215V), lúc Diode ngu t Diode lúc HIGH-VOLTAGE Vì v y b n thi t k ta ch n Diode ch h s an toàn l a ch n Diode phù h p có th ng) 73 Nguy n Ti t 1970435 HIGH-VOLTAGE 15V R1 Q1 VDDA 16 OUTA 15 VSSA 14 NC 15V 12,13 VDDB 11 OUTB 10 VSSB Hình 0-6 m Q2 c ng d ng thi t k DRIVER Các thông s quan tr ng b n thi t k c ch c li t kê B ng 3.3: n áp thích h kích IGBT dùng b n thi t k DRIVER c mà Diode Bootstrap có th ch c c ch n theo khuy n ngh c a hãng TI DataSheet c a IC UCC21520.Và c nghi dùng ta ch B ng 0-3 : Giá tr linh ki nghi m giá tr c a t Bootstrap quanh giá tr khuyên c giá tr 1uF phù h p nh t c ch n b n thi t k VDD 15V VSS 0V Rboot 10 Ohm c) 520V Cboot 1uF c dùng b n thi t k có thơng s Dịng q t i: [5] 40A 74 Nguy n Ti t 1970435 ng: 650V 1.55V n áp kích: n tích m c ng ~20V : 190nC Qua trình th c nghi n áp t vào c ng m c ng Do v y Driver khơng th t u ng Tính tốn hi u su t kích c a m ch bootstrap: V it ns t: Dịng n p t trung bình là: Dịng x t kích IGBT: T Datasheet c V y Dịng trung bình t x cs m c ng IGBT: kích IGBT V i thơng s thi t k m n có th t o xung PWM v i duty cycle t i: mc pháp khơng th kích IGBT kích Half-Bridge Duty cycle 100% nên khó có th ng h p có yêu c u kh t khe v kh ng a Driver 75 Nguy n Ti t 1970435 Kh i c m bi n dịng Hình 0-7 l t c m bi n AMC1301 - DataSheet c a AMC1301 AMC1301 lo i c m bi n d giá tr nh có c n tr Shunt (Rshunt 0.01 Ohm 0.1%-lo n tr t u vào c nguyên lý s d ng c m bi n tr n áp cho c th hi n Hình 3-8 Nguyên lý ho ng c a c m bi n: n t ngu n c hi us n tr Vì v y, ta ph i ch gi m thi tr , không làm IC AMC1301 s l n tr Shunt, s xu t n tr ng t ng h n áp c u tr M c tham chi u v i GND v trí gi a hai IGBT n tr Shunt, AMC1301 s l y vi sai hai m c xu ng v i h s khu n i 8.2 76 Nguy n Ti t 1970435 Hình 0-8 c u u vào c a AMC1301 i c m bi n vi sai g n áp c a n tr Shunt u t l v u có t m giá tr t 0.2V ng v t i 350mV (Hình 3-9) T giá tr n tr Shunt t -350mV u c a c m bi n ta ph i x c giá tr n tr Shunt Ngồi ra, ta cịn c n ph i thi t k b l c thông phù h l c tín hi u t t nh t c giá tr n tr v b ng ch u tiên ta c lo i c m bi a vi x lý nh lo i c m bi n c n dùng Hi n nay, th c dòng ACS (c m bi Trong mơ hình này, lo i c m bi ng có bán r t nhi u c vi sai) c s d ng AMC1301 Thông s c m bi n: S d n tr H s Gain 8.2 n áp ho T ng 3.3V n áp có th u tiên ta ph ng tr Shunt - n +250mV nh t m giá tr c c t m giá tr ta ph a hãng Sanyo Denki mã hi c thông s d ng lo 77 Nguy n Ti t 1970435 nt tr t pha kho d dàng chu n hóa giá tr c t m giá c u c a c m bi n g m hai chân VOUTP VOUTN D a vào s chênh l gi u tr Shunt c m bi n tr v v c giá tr ADC tr v ta c n ph n áp ng v i h s GAIN 8.2 Vì SCALE l i giá tr tính n th c T m giá tr ADC t a tín hi ng v i giá tr n áp t n 3.0V c bi u di n cách tr 78 Nguy n Ti t 1970435 Kh i c m bi n Encoder Encoder 2048 xung/ vòng G u (B ng 3-4) B ng 0-4: Các dây tín hi u tr v t Encoder VCC Dây c p ngu n 5V cho Encoder GND c n i chung v i Vi x lý C2000 A Xung A Tín hi u bù c a xung A B Xung B Tín hi u bù c a xung B Z Xung Z Tín hi u bù c a xung Z Th c nghi m 1: Ch c ba dây tín hi u A B Z, không c n x lý tín hi Khi ch s d ng tín hi u Encoder A B Z tín hi u tr v b nhi u bi n pháp x c áp d B t k b l c thông th p lo i b i nhi u cao t dùng b l c thông th p v hi ng s uA ng dây kh h t nhi u Vào m t s th ng dây tín hi u Z làm cho vi x lý hi u nh hi m m xu t u reset nên gây c b reset liên t c Th c nghi m 2: S d ng c sáu dây tín hi B n ch t c a Encoder v c thông s A B Z tr v t ta có s d tín hi u bù c mm Ta x tr nhi ng h p c xo n theo c p ng tr c ng tín hi u Encoder ta s dùng IC SN65 Texas Instrument s n xu t ng tín hi u theo c Sau tr c p tín hi u cho nhau, nhi u xu t hi n xung A B Z tr v t Encoder gi m thi u rõ r t 79 Nguy n Ti t 1970435 A A-A SN65 A Hình 0-9 : Tín hi u qua IC SN65 Hình 0-10 : Schematic kh i x lý Encoder th c nghi m Trong b n thi t k Hình 3.11, ta có tín hi cv ti p t c c u thành t sáu c ng NOT, ta s d ng IC nh m m i nhi th p tín hi c x lý thành d ng tín hi u xung vng tín hi v im n áp 2.5V N u tín hi u vào th c l i n u tín hi u c so sánh u IC 74HC04 s 0V u 5V 80 Nguy n Ti t 1970435 thi t k kh i ch a Driver Schematic B n Schematic c a Kh t cách ly, Kh i m ch Bootstrap Kh i c th hi n Cách thi t k c tham kh o m c Application TI cung c p khung Sche PWM input Block m ch l m bào tín hi u n t C2000 khơng có nhi u Hình 0-11 : Kh Kh i c m bi t cách ly (UCC21520), Kh i m ch Bootstrap Kh i IGBT c trình bày Hình 0-12 Sche g m c m bi n dòng k t n i v i vi x lý 81 Nguy n Ti t 1970435 Hình 0-12 : Kh i c m bi n dòng AMC1301 Layout Hình 0-13 Layout Board Driver 82 Nguy n Ti t 1970435 Hình 0-14 B n 3D Board Driver 83 Nguy n Ti t 1970435 LÝ L CH TRÍCH NGANG H tên: NGUY N TI T Phái: Nam n a ch liên l c: 730/76 L c Long Quân, P9, Qu n Tân Bình n tho i liên l c: 0833459298 Email: ntdat@hcmut.edu.vn Khóa ( g n): 2019 O 2015-2019: H Chuyên ngành: T ih ct i h c Bách Khoa TPHCM ng hóa 2019-2021: H c cao h c t i h c Bách Khoa TPHCM u n T ng hóa Q TRÌNH CƠNG TÁC 2019 nay: Nghiên c u viên t ng th c t n i h c Bách Khoa 84 ... 1970435 HÌNH NH Hình 1u n [11] Hình 1u n t [11] Hình 1u Hình 1u n t PMSM [13] Hình 2-B-07-030-D-X-S Hình 2-2: C u trúc ph n c ng mơ hình PMSM Hình 2-3... 10 Hình 2-4 : K t qu mô ph ng kh i Scope 11 Hình 2u n nguyên lý t a t 13 Hình 2u n t 14 Hình 3kh i h th u n thích nghi 16 Hình 3kh i h th u n thích nghi. .. hình nghi? ?n c u v PMSM 1.3 M c tiêu n i dung nghi? ?n c u 1.4 L tài T NG QUAN V PMSM 2.1 Gi i thi u v PMSM 2.2 u 2.3 u 10 THI T K VÀ MÔ