Trong phần này, chúng ta sẽ hoàn tất model mô phỏng điều khiển động cơ BLDC. Để làm được như vậy, ta sẽ mô phỏng thêm chức năng tạo xung PWM của bộ điều khiển. Như kết quả đã rút ra từ phần mô phỏng trước, thay đổi điện áp cấp vào động cơ là một trong những cách thay đổi tốc độ của động cơ. Trên thực tế, điện áp cấp vào động cơ thường được điều chỉnh nhờ phương pháp PWM. Phương pháp này nhìn chung có nguyên lý là dẫn, ngắt dòng điện ở tần số nhất định. Từ đó điện áp trung bình đưa vào thiết bị sẽ thay đổi.
3.4.1. Sơ đồ model mô phỏng
Hình 3.21. Sơ đồ model
3.4.2. Thực hiện mô phỏng
Hình 3.22. Thông số khối Repeating Sequence
nên đơn giản hóa và giảm tối đa các đường nối từ bộ điều khiển đến động cơ. Như vậy, model sẽ đơn giản và dễ tiếp cận hơn. Để làm được điều này, ta đưa động cơ BLDC về lại dạng ban đầu bằng cách ấn chuột phải, chọn Simscape/Block choices/Composite three-phase ports.
Hình 3.23. Sub-system Three-phase Converter
Lúc này, sub-system Three-phase Converter cũng cần được sửa lại theo. Cụ thể, ta sẽ sử dụng một số khối khác cho sub-system này, cụ thể như trong hình 3.22. Khối quan trọng nhất ở đây chính là khối Converter (Three-Phase) với vai trò thay thế toàn bộ sáu MOSFET mà ta đã sử dụng trong các phần mô phỏng trước. Chúng ta sẽ phân tích sub- system này theo 4 đầu input, output của khối: G, +, - và ~.
Hình 3.24. Thông số khối Converter
Cổng input G chính là tín hiệu từ bộ điều khiển đưa đến điều khiển các MOSFET. Tín hiệu này trong model là sáu vector riêng biệt tương ứng với sáu bước điều khiển động cơ BLDC. Để hợp lại sáu vector này và gửi vào cổng input G, ta dùng một khối là Six-Pulse Gate Multiplexer.
Cổng + và - chính là nguồn điện ta sử dụng. Ta có thể sử dụng thêm cảm biến để đo dòng điện và điện áp như trong sub-system. Lưu ý rằng nếu sử dụng ta cần gắn khối Terminator vào các output của cảm biến vì các tín hiệu luôn cần được liên kết trong Simscape.
Cổng ~ chính là nguồn điện cấp cho động cơ. Nguồn điện sau khi được dẫn tới các linh kiện bán dẫn (ở đây là khối Converter (Three-Phase)) sẽ được bộ điều khiển cấp cho các pha động cơ vào các thời điểm thích hợp. Giống như phần mô phỏng 2.2 bộ phận chuyển mạch, hai cảm biến đo điện áp và dòng điện các pha lại tiếp tục được ta sử dụng ở đây. Tuy nhiên, ta sẽ điều chỉnh chúng về cùng dạng Composite với động cơ BLDC bằng thao tác tương tự: ấn chuột phải, chọn Simscape/Block choices/Composite three-phase ports.
Như vậy, ta đã hoàn thành việc đơn giản hóa sub-system Three-phase Inverter. Công việc cuối cùng trong việc thực hiện model chính là mô phỏng quá trình tạo xung PWM của bộ điều khiển. Ta sẽ đến với sub-system Commutation Logic để làm việc này.
Hình 3.26. Sub-system Commutation Logic
Để mô phỏng việc tạo xung PWM, ta sẽ sử dụng khối PWM Generator. Input của khối này chính là tín hiệu từ bộ điều khiển sau khi đã qua mô phỏng PID. Như đã nói, PWM là phương pháp đóng ngắt dòng điện ở tần số cao để thay đổi giá trị điện áp đưa vào thiết bị. Về lý thuyết, có hai nguyên lý điều khiển có thể được dùng ở đây. Một là ta chỉ đóng ngắt hai MOSFET trong một bước bất kỳ, dòng điện chỉ đi theo một chiều qua cuộn dây. Hai là ta sẽ đóng ngắt hai cặp - tức là bốn MOSFET và dòng điện sẽ đi theo hai chiều qua cuộn dây. Cách thứ hai được lựa chọn sử dụng trong model này. Như vậy, trong một bước ở sáu bước điều khiển, ta sẽ đóng ngắt hai cặp MOSFET của hai cuộn dây. Với sáu bước, ta sẽ cần 12 vector tương ứng như trên hình 3.26. Xung PWM sẽ được điều chỉnh có tần số như hình 3.27 sau:
Với tín hiệu xung PWM, ta cần dùng thêm khối Switch để có thể thay đổi chiều dòng điện nhờ việc đổi ngược cặp MOSFET sử dụng. Ví dụ như hai MOSFET AH và CL đang mở, bước tiếp theo ta cần làm sẽ ngược lại, là mở MOSFET AL và CH. Tương tự như vậy với các bước sau.
Như vậy, ta đã hoàn tất việc mô phỏng điều khiển động cơ BLDC với bộ điều khiển PID, xung PWM, bộ chuyển mạch và cảm biến vị trí Hall-sensor.
3.4.3. Kết quả mô phỏng
Trong phần này, chúng ta sẽ kiểm tra hai thông số quan trọng nhất qua đồ thị Simulink đó là: Tốc độ đo được của động cơ và điện áp pha ở các cuộn dây. Ngoài ra, ta còn có thể kiểm tra thêm điện áp, dòng điện cấp vào bộ chuyển mạch, điện áp và dòng điện xuất ra bởi bộ chuyển mạch, tốc độ mong muốn,… nếu cần thiết.
Hình 3.28. Tốc độ đo được và điện áp cấp motor
Trong hình 3.28 là tốc độ đo được của động cơ (đường màu xanh) và điện áp nguồn (đường màu đỏ). Chú ý rằng, với nguồn điện DC không đổi 500V, ta đã có thể thay đổi tốc độ động cơ theo như mong muốn, từ đứng yên đến quay với vận tốc hơn 2000 vòng/phút.
Hình 3.29. Điện áp của một pha
Kết quả thứ hai mà ta cần chú ý đó là điện áp trong các cuộn dây. Ở hình 3.29, là điện áp trong cuộn dây A từ giây thứ 6.9 đến 7.040 trong 35 giây mô phỏng. Có thể thấy, điện áp thay đổi liên tục trong ngưỡng -250V đến 250V với tần số nhất định để tạo ra điện áp trung bình phù hợp điều khiển động cơ.
CHƯƠNG 4: TỔNG QUAN HỆ THỐNG
Nội dung chương này sẽ tập trung giới thiệu khái quát các công cụ được sử dụng trong quá trình nghiên cứu, đồng thời đề xuất chương trình điều khiển phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau của động cơ không chổi than. Những công cụ được đề xuất và cung cấp bởi giảng viên hướng dẫn. Sau khi nghiên cứu kỹ lưỡng về đặc tính và cách sử dụng, nhóm chúng tôi sẽ tiến hành thi công mô hình ứng dụng với mục đích đơn giản hóa quá trình kiểm tra và sử dụng mạch điều khiển cũng như chương trình điều khiển nhằm phục vụ cho các nghiên cứu trong tương lai.