Hình 4.1 - Mô hình mô phỏng không cảm biến trong simulink
4.3.1 B đ ều khiển tốc đ
61
D a trên kết quả tính toán bộ điều khiển mạch vòng tốc độ ở ch ng 3.
2 2 0.1 3.024 3 3*3 * 0.07 *1* 0.0175 p r s J K p K T 3.024 43.2 4 4*0.0175 p i s K K T
4.3.2 B đ ều khiển dòn đ ện có bù chéo.
Hình 4.3 - Bộ điều khiển tách kênh dòng điện isd isq có bù chéo.
Các thành phần dòng điện trục d và trục q có ảnh h ởng chéo l n nhau bởi các thành phần s sqi Lsq và s(i Lsd sd r) n n để nâng cao chất l ợng điều khiển, ta có thể bù tr c tiếp v o điện áp đặt sau khi đ qua bộ điều ch nh PI nh trong h nh 4.3.
Tính toán hệ số của các bộ điều ch nh dòng điện:
Hàm truyền của bộ nghịch l u (bao gồm bộ tạo xung v đảo mạch IGBT):
1 inv inv inv K G sT
Để đ n giản chọn Kinv=1, Tinv=1/(2*Fc)=6.25*10-5; Hàm truyền của bộ cảm biến dòng:
1 d Sd d K H sT
62
Chọn Kd=1 và vì mạch điện vòng trong phải nhanh h n 10 lần mạch điều khiển
tốc độ nên chọn Td=0.001s;
D a vào công thức tổng hợp bộ điều khiển mạch vòng dòng điện ở ch ng 3. Hệ số của bộ điều khiển dòng Risd :
0.0295* 0.0127 0.0378 2 2 *1*1* 4.5* 0.0011 s sd pd inv d invs R T K K K T 0.0295 13.9 2 2 *1*1* 0.0011 s id inv d invs R K K K T
T ng t hệ số của bộ điều khiển dòng Risq:
0.0295*0.04 0.536 2 2*1*1*0.0011 s sq pq inv q invs R T K K K T 0.0295 13.9 2 2 *1*1* 0.0011 s iq inv q invs R K K K T 4.3.3 B nghịch lƣu. Hình 4.4 - S đồ bộ nghịch l u
Chọn tần số băm xung Fc=8000 cho bộ điều chế độ rộng xung. Thiết bị chuyển mạch là IGBT (Insulated gate bipolar transistor).
63
4.3.4 B ƣớc lƣợng tốc đ MRAS.
Hình 4.5 - S đồ bộ c l ợng tốc độ MRAS
Hình 4.6 - Mô hình thích nghi (Adaptive model)
64
4.4 Kết quả mô phỏng
Chọn tốc độ đặt Wr*=800(v/p đ a tải TLoad=100(N.m) vào ở thời điểm t=0.6s.
a) Sử dụng cảm biến tốc độ b Ư c l ợng MRAS
c) So sánh điều khiển tốc độ có và không có cảm biến Hình 4.8 - Đáp ứng tốc độ của bộ điều khiển
Nhận xét: So v i bộ điều khiển có cảm biến tốc độ, bộ điều khiển sử dụng thuật toán c l ợng theo ph ng pháp hệ thống thích nghi mô hình m u MRAS có tốc độ đáp ứng chậm h n một chút, bù lại th độ vọt lố thấp h n. Khi đ a tải vào, tốc độ bị sụt giảm nhiều h n bởi bộ điều khiển tốn thời gian để c l ợng tốc độ so v i khi dùng cảm biến thì tốc độ cập nhật tức thời. Nhìn chung thời gian đạt đ ợc giá trị xác lập cũng khá nhanh, biểu đồ vận tốc khá tốt sau khi đạt đ ợc giá trị xác lập thì sai số xác lập rất nhỏ.
65
a) Sử dụng cảm biến tốc độ b Ư c l ợng MRAS Hình 4.9 - Đáp ứng mô men của động c
Nhận xét: Đáp ứng mô men của động c khi sử dụng ph ng pháp c l ợng MRAS đạt chất l ợng t ng đ ng so v i khi dùng cảm biến tốc độ.
a) Sử dụng cảm biến tốc độ b Ư c l ợng MRAS Hình 4.10 - Dòng điện điều khiển id và iq
Nhận xét: So v i ph ng pháp điều khiển có cảm biến dòng điện id và iq tuy đáp ứng chậm h n nh ng b lại có độ quá điều ch nh lại nhỏ h n. Nh n biểu đồ có thể kết luận ph ng pháp c l ợng MRAS cho kết quả tốt nh khi sử dụng cảm biến vị trí tốc độ.
66
KẾT LUẬN
Luận văn đ khảo sát hệ truyền động điều khiển động c đồng bộ nam châm ch m (IPM theo ph ng pháp điều khiển véc t t a từ thông rotor. Gi i thiệu một số ph ng pháp điều khiển không cảm biến (Sensorless Control) mà nhiều tác giả trên thế g i đang nghi n cứu ứng dụng vào công nghiệp. B ng phần mềm mô phỏng Matlab-Simulink tác giả đ kiểm nghiệm đ ợc thuật toán c c l ợng tốc độ cho động c IPM theo ph ng pháp hệ thống thích nghi theo mô hình m u (MRAS) đ ợc đánh giá l ph ng pháp rất hiệu quả cho giải tốc độ vừa và cao.
Vì những trở ngại về mặt ngôn ngữ, tài liệu trong n c về sensorless control còn ít cũng nh kiến thức có hạn, tác giả ch a đ a hết những ph ng pháp c l ợng đ gi i thiệu ở ch ng 2 vào mô phỏng kiểm nghiệm để so sánh đánh giá l a chọn ph ng pháp thích hợp v o điều khiển. Tuy nhiên v i chất l ợng của kết quả mô phỏng cho thấy ph ng pháp hệ thống thích nghi theo mô hình m u (MRAS) có thể nói l ph ng pháp tiềm năng có thể xây d ng mô hình thật để kiểm nghiệm và phát triển vào công nghiệp sản xuất ô tô điện, v động c trong mô phỏng có công suất 80kw, công suất phù hợp cho ô tô điện ngày nay.
67
T I I T AM ẢO
1. Al Kassem Jebai, Francois Malrait, Philippe Martin and Pierre Rouchon, "Sensorless Position Estimation of Permanent-Magnet Synchronous Motors Using a Saturation Model", arXiv:1207.5743vl [math.OC] 24 Jul 2012.
2. Bilal Akin and Manish Bhardwaj, Sensored Field Oriented Control of 3-Phase
Induction Motors, Application Report SPRABP8-July 2013.
3. B i Quốc hánh Phạm Quốc Hải Nguyễn Văn iễn D ng Văn Nghi,
y , N B hoa Học ỹ Thuật - H Nội 1998.
4. Seong Taek Lee, Development and analysis of interior permanent magnet synchronous motor with field excitation structure, PhD diss, University of Tennessee, Knoxville 2009.
5. Huynbae Kim, Michael C. Harke, Robert D. Lorenz "Sensorless Control of Interior Permanent-Magnet Machine Drives With Zero-Phase Lag Position Estimation", IEEE transactions on industry applications, Vol 39, No 6, November 2003.
6. Jun Kang, Ph.D Yaskawa Electric America "Sensorless Control of Permanent Magnet Motors", Control Engineering Vol. 57, No. 4 April 2010.
7. Kalyan Kumar Halder, Naruttam Kumar Roy and B.C. Ghosh, "Position Sensorless Control for an Interior Permanent Magnet Synchronous Motor SVM Drive with ANN Based Stator Flux Estimator", International Journal of Computer and Electrical Engineering, Vol. 2, No. 3, June, 2010.
8. Matti Eskola, Speed and Position Sensorless Control of Permanent Magnet Synchronous Motors in Matrix Converter and Voltage Source Converter Applications, Tampere University of Technology, December 2006.
9. Mohamed Boussak, "Implementation and Experimental Investigation of Sensorless Speed Control With Initial Rotor Position Estimation for Interior Permanent Magnet Synchronous Motor Drive", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 20, No. 6, November 2005.
10. Ngv Satya Kumar, S Shamshul Haq, A Mallikarjuna Prasad, S Thirumalaiah "Simulation of IPMSM Sensorless Drive and Identification of Permanent Magnet Rotor Flux By Extended Kalman Filter", International jounal of inovative research in electrical, electronics, instrumentation and control engineering Vol.1 issue 6, September 2013.
68
11. Nguyễn Ph ng Quang, y N B hoa Học V ỹ Thuật - H Nội 2004.
12. Nguyễn Ph ng Quang, t à t N B hoa Học ỹ Thuât - H Nội 2004.
13. Nguyễn Thị Ph ng H Huỳnh Thái Ho ng, y t , N B Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh 2005.
14. Oliver Benjak, Dieter Gerling, "Review of Position Estimation Methods for PMSM Drives Without a Position Sensor, Part III: Methods Based on Saliency and Signal Injection", 2010 International Conference on Electrical Machines and Systems, Oct, 10-13, 2010. Incheon, Korea.
15. Omer Goksu, Ahmet M. Hava, "Experimental investigation of shaft transducerless speed and position control of AC induction and interior permanent magnet motors", Turk J Elec Eng & Comp Sci, Vol.18, No.5 2010. 16. Phạm Đ nh Tr c Ho ng Đăng hoa, "Sensorless Speed Estimation of
Induction Motor In A Direct Torque Control System" Tạp Chí Phát Triển H CN Tập 9 Số 12-2006.
17. Phan Quốc Dũng Tô Hữu Ph c, y , N B Đại Học Quốc
Gia Tp. HCM 2012.
18. P. Brandstetter, P. Rech, and P. Simonik, Sensorless Control of Permanent Magnet Synchronous Motor Using Luenberger Observer, Piers Proceedings, Cambridge, USA, July 5-8,2010.
19. P. Brandstetter, T. Krecek, "Sensorless Control of Permanent Magnet Synchronous Motor Using Voltage Signal Injection", Elektronika Elektrontechnika, ISSN 1392-1215, Vol. 19, No. 6, 2013.
20. Renesas, "Sensorless Vector Control of 3-Phase PMSM Motors", REU05B0103-0100/Rev.1.00 March 2009.
21. S. Bolognani, Algorithms and Rotor Designs for the Position Estimation of PM Synchronous Motors at Zero and Nozero Speed, Scoula Di Dottorato Di
Ricerca In Ingegneria Industriale Indirizzo In Ingegneria Elettrotecnica ciclo XXIII.
22. Zue Zhao, Position/Speed Sensorless Control For Permanent-Magnet Synchronous Machines, Electrical Engineering Theses and Dissertations
69
23. Yudong Li, Yujun Zhang and Tianyu Zhang "Simulation and Experimental
Studies of Speed Sensorless Control of Permanent Magnet Synchronous Motors for Mine Electric Locomotive Drive", International Journal of Control and Automation Vol.7, No.1 (2004), pp.55-68.
24. Yu-seok Jeong, Robert D.Lorenz, Thoms M. Jahns, Seung-Ki Sul "Initial Rotor Position Estimation of an Interior Permanent-Magnet Synchronous Machine Using Carrier-Frequency Injection Methods", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol 41, No. 1, January 2005.
70
PH L C
Nội dung file m để chạy ch ng tr nh mô phỏng.
%%% Khai bao cac thong so cua dong co
Vdc=240; % Dien ap dinh muc
Us=Vdc/sqrt(3) % Dien ap dinh muc
Lsd=375e-6; % Dien cam doc truc
Lsq=835e-6; % Dien cam ngang truc
Rs=0.0295; % Dien tro day quan stator
w=272.13; % Toc do dinh muc
J=0.1; % Momen quan tinh
In=216; % Dong dien dinh muc
Psi_r=0.07; % Tu thong roto
p=3; % So cap cuc
B=0.001; % He so ma sat
%%% Tinh toan khoi nghich luu
Vcm=12; % Bien do dien ap bo PWM
Fc=8000; % Tan so bam xung
Kr=Us/Vcm; % He so xung dien ap bo bam xung
Tr=1/(2*Fc); % Sr(s)=Kr/(1+Tr*s)
Vom=Us-In*Rs;
idm=Psi_r/(4*(Lsq-Lsd))-sqrt((Psi_r/(4*(Lsq-Lsd)))^2+0.5*In^2); iqm=sqrt(In^2-idm^2);
wbase=Vom/sqrt(((Lsq*iqm)^2+(Psi_r+Lsd*idm)^2))/6; % Toc do co ban
%%% Tinh toan he so bo dieu khien
Kd=1; % He so khuech dai bo do dong id
Kq=1; % He so khuech dai bo do dong iq
Td=0.001; % Hang so thoi gian cam bien dong id
Tq=Td; % Hang so thoi gian cam bien do iq
Tsd=Lsd/Rs; % Hang so dien cam doc truc
Tsq=Lsq/Rs; % Hang so dien cam ngang truc
Tinv=1/(2*Fc); % Hang so thoi gian bo chinh luu
Kinv=1; % He so khuech dai bo chinh luu
Tinvs=Tinv+Td; % Hang so thoi gian ham truyen giam bac
Kpd=Tsd*Rs/(2*Tinvs*Kinv*Kd); % He so ti le bo dieu chinh dong id
Kid=Kpd/Tsd; % He so tich phan bo dieu chinh dong id
Kpq=Rs*Tsq/(2*Tinvs*Kinv*Kq); % He so ti le bo dieu chinh dong iq
Kiq=Kpq/Tsq; % He so tích phan bo dieu chinh dong iq
Kw=1; % He so mach phan hoi toc do
Tw=0.0175; % Hang so thoi gian bo phan hoi
Tsw=Tw+2*Tinvs; % Hang so thoi gian ham truyen giam bac
Kpw=J/(3*p*p*Psi_r*Kw*Tsw); % He so ti le bo dieu chinh toc do
Kiw=Kpw/(4*Tsw); % He so tich phan bo dieu chinh toc do
Kpmras=0.53; % He so ti le co cau hieu chinh