Định nghĩa Kí hiệu Giá trị/Đơn vị
Cơng suất P 1.5kW
Dòng điện I 5A
Tần số f 50Hz
Điện trở stator Rs 6 Ohm
Điện trở rotor Rr 3.21875 Ohm Cảm kháng stator Ls 9.4375 mH
Cảm kháng rotor Lr 9.75 mH
Cảm kháng hỗ cảm Lm 0.297
Số cặp cực p 2
Kết quả mô phỏng được so sánh với bộ điều khiển trượt cổ điển và phương pháp điều khiển trượt bậc cao NTSM, chúng được thực hiện trên cùng một môi trường mô phỏng. Với bộ trượt cổ điển hệ số đóng ngắt K được chọn bằng -5500, tần số lọc fLPF = 3kHz, bộ điều khiển NTSM có các thơng số điều khiển lần lượt là: p=5, q=3,
00001 . 0
, k30,9000, bộ điều khiển được thực hiện trong luận án sử dụng thông số hiệu chỉnh: p=9, q=7, 0.00001 , 121500 , 0, k1 = 7900, k2 = 0.0001.
Tốc độ ước lượng được so sánh với tốc độ thật được đo trực tiếp từ cảm biến gắn chặt với trục của động cơ được thể hiện ở đường màu xanh của đồ thị. Trong đó đường màu cam thể hiện tốc độ ước lượng sử dụng bộ điều khiển trượt cổ điển, màu vàng thể hiện đáp ứng của bộ điều khiển trượt bậc cao NTSM, màu tím thể hiện đáp ứng của bộ điều khiển trượt được thiết kế trong luận án.
Hình 6.7. Tốc độ ước lượng và tốc độ thật
Hình 6.8. Sai số giữa tốc độ ước lượng và tốc độ thật
Đồ thị hình 6.7 và 6.8 thể hiện tốc độ ước lượng của các bộ điều khiển so với tốc độ thật, trong đó tốc độ của bộ điều khiển trượt cổ điển tồn tại biên độ dao động lớn nhất 3.02 rad/s, sai số có giảm trong bộ điều khiển với mặt trượt NTSM (khoảng 1.21 rad/s), giá trị ước lượng được của bộ điều khiển được thiết kế trong luận án đạt sai số xác lập nhỏ nhất (0.187 rad/s) trong thời gian khoảng 0.65 (s), và duy trì tốc độ gần như bằng giá trị tốc độ thật kể từ thời gian này. Sai số tốc độ tối đa để đạt được thời gian xác lập của các bộ điều khiển lần lượt là 10% với phương pháp SLM, 6%
với phương pháp sử dụng mặt trượt NTSM và 2.5% với phương pháp FONTSM được nghiên cứu trong luận án.
Bảng 6.2. Kết quả ước lượng tốc độ các bộ điều khiển
STT Thông số đáp ứng Đơn vị SLM NTSM FONTSM
1 Thời gian quá độ (ts) (s) 0.83 0.80 0.65 2 Độ vọt lố (overshoot) (%) 1.5 0.6 0.3 3 Sai số xác lập (rad/s) 3.02 1.21 0.187 4 Tích phân bình
phương sai lệch (ISE) 19.5 13.98 3.48
Hình 6.9. Sai số giữa từ thơng ước lượng và từ thơng thật
Đồ thị hình 6.9 thể hiện sai số từ thông của bộ ước lượng và giá trị từ thơng được tính từ dịng điện được đo trực tiếp bằng cảm biến dòng trên các pha của động cơ. Ta thấy giá trị sai số của bộ điều khiển trượt (màu cam) đạt biên độ dao động lớn, trong khi đó giá trị sai số của bộ điều khiển thiết kế (màu tím) gần như bằng khơng, chứng tỏ giá trị từ thông quan sát và thực tế gần như bằng nhau.
Hình 6.11. Sai số dịng điện sử dụng bộ trượt FONTSM
Hình 6.10 thể hiện tín hiệu điều khiển của bộ điều khiển được thiết kế trong luận án, từ tín hiệu điều khiển đạt được biên độ và tần số như nhau ở hai thời điểm động cơ tăng tốc và giảm tốc, giá trị tín hiệu điều khiển cũng đạt biên độ dao động nhỏ hơn hai bộ điều khiển cịn lại (vì giá trị và biên độ rất lớn nên không thể hiện trong hình 6.10), sai số giữa dịng điện thực tế và dòng điện ước lượng từ phương pháp FONTSM được thể hiện trong hình 6.11.
Xét trường hợp giá trị điện trở và độ tự cảm thay đổi: Để chứng minh được
ưu điểm của lý thuyết điều khiển trượt khi ứng dụng trong mơ hình có thơng số động cơ không đồng bộ bao gồm điện trở stator và độ tự cảm thay đổi theo độ lớn:
L L
R
Rˆ 1.5 , ˆ 1.5 .
Hình 6.13. Sai số giá trị tốc độ ước lượng
Bảng 6.3. Kết quả ước lượng tốc độ các bộ điều khiển
STT Thông số đáp ứng Đơn vị SLM NTSM FONTSM
1 Thời gian quá độ (ts) (s) 0.83 0.82 0.81 2 Độ vọt lố (overshoot) (%) 12.9 9.7 4.2 3 Sai số xác lập (rad/s) 6.33 3.92 1.83 4 Tích phân bình
phương sai lệch (ISE) 27.78 22.11 5.13 Từ đồ thị hiển thị kết quả tốc độ ước lượng như hình 6.12 và bảng kết quả 6.3 chứng minh tốc độ ước lượng các bộ điều khiển trượt vẫn đảm bảo khi thơng số mơ hình thay đổi. Giá trị tốc độ của bộ ước lượng được nghiên cứu (FONTSM) đạt sai số xác lập 1.83(rad/s) trong thời gian 0.81(s), biên độ dao động lớn hơn khi động cơ có thơng số mơ hình chưa thay đổi 0.187(rad/s), tuy nhiên vẫn ổn định hơn so với tốc độ ước lượng được từ phương pháp trượt NTSM (3.92 rad/s) và phương pháp SLM(6.33 rad/s). Từ đồ thị hình 6.13 và số liệu tích phân bình phương sai số (ISE) ở bảng 6.3 chứng minh phương pháp FONTSM vẫn giữ được ưu điểm hơn trong việc khắc phục hiện tượng chattering so với hai phương pháp đã được nghiên cứu trước là trượt cổ điển SLM và phương pháp với mặt trượt NTSM.
Xét trường hợp động cơ hoạt động với tải: Để chứng minh chất lượng của
bộ điều khiển DTC khi sử dụng giá trị hồi tiếp là tốc độ ước lượng được từ lý thuyết nghiên cứu, xét trường hợp đóng tải tại hai thời điểm 1.25(s) và thời điểm 2.5(s).
Hình 6.14. Giá trị tốc độ ước lượng và tốc độ thật khi có tải tác động
Hình 6.15. Sai số giá trị tốc độ ước lượng
Từ đồ thị hình 6.14 và đồ thị hình 6.15, chứng minh giá trị tốc độ vẫn đáp ứng tốt khi động cơ có tải thay đổi. Tại thời điểm có tải lần đầu (1.25s), tốc độ thực của động cơ thay đổi từ khoảng 210(rad/s) giảm xuống còn khoảng 200(rad/s) và đạt ổn định trở lại tại thời điểm 1.5(s), khi đó tốc độ ước lượng được từ phương pháp nghiên cứu FONTSM (đường màu tím) thay đổi theo tốc độ thực nhanh chóng, sai số lớn
nhất trong thời gian từ khi tốc độ thay đổi đến khi tốc độ ổn định trở lại khoảng 3 (rad/s), trong khi đó giá trị sai số của phương pháp NTSM là 7(rad/s). Tại thời điểm đóng tải ở 2.5(s), giá trị sai số tốc độ ước lượng từ phương pháp FONTSM trong khoảng 5(rad/s), phương pháp NTSM là 17(rad/s).
Từ kết quả đáp ứng ở hai lần đóng tải khác nhau, chứng minh phương pháp nghiên cứu FONTSM cho kết quả sai số thấp nhất, và thời gian đáp ứng nhanh hơn phương pháp NTSM, điều này chứng có thể ứng dụng lý thuyết nghiên cứu FONTSM cho bộ điều khiển DTC trong trường hợp động cơ có tải thay đổi.
6.3.2. Kết quả thực nghiệm
Kết quả thực nghiệm được thực hiện trên động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc có thơng số như bảng 6.4. Dịng điện và điện áp stator được đo từ cảm biến truyền tín hiệu tới card PCI-6024E, vận tốc thực của động cơ được đo từ encoder 800 ppr và được đọc bởi module Quad-04D của card PCI-8280. Sử dụng truyền thông TCP/IP giữa PC Target và máy tính Host. Nguồn cơng suất cung cấp cho động cơ hoạt động : 380VAC, thời gian lấy mẫu các bộ ước lượng là 0.05 ms, tần số đóng ngắt PWM là 15kHz.