CHƯƠNG 3 : ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KĐB BẰNG PHƯƠNG PHÁP FOC
3.4. Thiết kế các bộ điều khiển
Động cơ KĐB rơ to lồng sóc được điều khiển bằng phương pháp điều khiển véc tơ RFOC được thiết kế bởi hai mạch vòng điều khiển, mạch vòng ngồi cùng là mạch vịng điều khiển tốc độ, mạch vòng trong cùng là mạch vòng điều khiển dòng điện với 2 mạch
vịng nhỏ, đó là mạch vịng điều khiển dòng điện isd và mạch vòng điều khiển dòng điện
i
s ; tương tự như động cơ một chiều, 2 dịng điện này đóng vai trị là dịng kích từ và q
dòng phần ứng. Vịng ngồi cùng là vịng điều khiển tốc độ, mạch vịng này có thời gian trễ lớn lớn hơn rất nhiều so với 2 mạch vịng phía trong. Cụ thể ra sẽ xét trong mục sau
Chương 3. Điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp FOC
3.4.1 Cấu trúc điều khiển vector gián tiếp
Như sơ đồ trên ta thấy được hai mạch vòng điều khiển rõ ràng và riêng biệt, đó là mạch vịng điều khiển tốc độ và mạch vòng điều khiển dịng điện, sử dụng thuật tốn luật điều khiển PI.
3.4.2 Thiết kế bộ bù từ thơngMơ hình dịng isd Mơ hình dịng isd di sd ( Ts dt
thành phần dịng isd . Vì vậy sẽ thiết kế bộ bì từ thơng để triệt tiêu ảnh hưởng này.
Mơ hình dịng stator i
sd sau khi bù từ thông
Chương 3. Điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp FOC
Hình 7. Mơ hình dịng stator sau khi bù từ thơngMơ hình dịng isq Mơ hình dịng isq
s sd
dt
Coi thành phần is
d
dịng isq. Vì vậy thiết kế bộ bù từ thơng sẽ triệt tiêu được ảnh hưởng này. Mơ hình dịng isq
24
Chương 3. Điều khiển động cơ khơng đồng bộ bằng phương pháp FOC
Hình 8. Mơ hình dịng stator sau khi bù từ thông 3.6.3 Thiết kế bộ điều khiển dịng điện thơng 3.6.3 Thiết kế bộ điều khiển dòng điện
Bộ điều khiển dòng điện mạch vòng dòng isd Sau khi bù từ thơng, mơ hình dịng điện isd
di
sd (
dt
Laplace 2 vế của phương trình được:
I
sd
Hàm truyền của đối tượng dòng điện là
Si
25
Chương 3. Điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp FOC
T
L (1 sT
Chương 3. Điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp FOC
Đối tượng trên là khâu quán tính bậc 2 nên ta sử dụng bộ điều khiển PI. Sơ đồ điều khiển mạch vòng dòng điện isd
Hình 9. Bộ điều khiển dịng isd
Coi trễ thiết bị Knl=1
Đối tượng điều khiển có hàm truyền
Si T
Ls (1 sT
Si là khâu PT2 nên thiết kế BĐK PI theo phương pháp tối ưu module PI: K ; T T T nl p 2kT TÍnh tốn ta được Kp 0.3; Ti 0.001
Đáp ứng của đối tượng với tín hiệu dạng bước nhảy
Chương 3. Điều khiển động cơ khơng đồng bộ bằng phương pháp FOC
Hình 10. Đáp ứng bước nhảy của đối tượng khi có bộ điều khiển
Bộ điều khiển dòng điện mạch vòng dòng isq
Sau khi bù từ thơng, mơ hình dịng điện
disq dt
Laplace 2 vế của phương trình được:
sI
sq 1 Isq 1
Usq
Isq
Chương 3. Điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp FOC
Hàm truyền của đối tượng dòng điện isq là
29
Chương 3. Điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp FOC
S
iq
Đối tượng trên là khâu quán tính bậc 2 nên ta sử dụng bộ điều khiển PI. Sơ đồ điều khiển mạch vịng dịng điện isq
Hình 11. Bộ điều khiển dòng isq
Coi trễ thiết bị Knl = 1
Đối tượng điều khiển có hàm truyền
S
iq T
Ls (1
sT
Si là khâu PT2 nên thiết kế BĐK PI theo phương pháp tối ưu module PI: K
T
nl p
2kT
Tính tốn ta được
Kp 0.3; Ti 0.001
Đáp ứng của đối tượng với tín hiệu dạng bước nhảy
30
Chương 3. Điều khiển động cơ khơng đồng bộ bằng phương pháp FOC
Hình 12. Đáp ứng bước nhảy của đối tượng khi có bộ điều khiển
3.4.4 Thiết kế bộ điều khiển tốc độ
Coi vòng điều khiển dòng trong cùng là một khâu PT1 với hàm truyền:
G
ki
Hàm truyền của đối tượng vận tốc:
G
Thiết kế bộ điều khiển PI theo tiêu chuẩn tối ưu tối xứng: Chọn a = 9
T aT
Chương 3. Điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp FOC
i is
32
Chương 3. Điều khiển động cơ khơng đồng bộ bằng phương pháp FOC
Hình 13. Đáp ứng bước nhảy của đối tượng vận tốc khi có bộ điều khiển3.4.5. Thiết kế bộ điều khiển từ thông 3.4.5. Thiết kế bộ điều khiển từ thông
Từ công thức rd
'
Đối tượng từ thông
G 1 1 sTis1 1
sTr
Thiết kế BĐK PI theo chuẩn tối ưu module
Ti Tr 0.1123; Kp
s
Chương 3. Điều khiển động cơ khơng đồng bộ bằng phương pháp FOC
Hình 14. Đáp ứng bước nhảy của đối tượng từ thơng khi có bộ điều khiển 3.4.6. Khâu dẫn từ thông khiển 3.4.6. Khâu dẫn từ thông
Khi điều khiển động cơ ở vùng tốc độ trong dải tốc độ định mức, từ thông sẽ được giữ không đổi bằng từ thông định mức
Khi điều khiển động cơ ở vùng tốc độ ngoài dải tốc độ định mức, từ thông sẽ
suy giảm với tỷ lệ * dm
Hình 15. Khâu dẫn từ thơng
34
Chương 3. Điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp FOC
3.4.7. Chống bão hịa tích phân
Do tính khả thi thực hiện của thiết bị, tín hiệu đều bị giới hạn. Do đó có thể gặp phải hiện tượng bão hịa tích phân do thành phần I của BĐK
Giải pháp đề ra là thiết kế phần chống bão hịa tích phân
Hình 16. Bộ điều khiển PI có chống bão hịa tích phân
35
Chương 4. Mơ phỏng hoạt động của hệ truyền động
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG
Sơ đồ Matlab-Simulink hệ thống điều khiển động cơ KĐB 3 pha bằng phương pháp RFOC
Hình 17. Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ KĐB bằng phương pháp RFOCKết quả mô phỏng với các bộ điều khiển thiết kế ở chương 3 Kết quả mô phỏng với các bộ điều khiển thiết kế ở chương 3
Tham số động cơ:
- Hiệu điện thế định mức : Udm 200V , f 50Hz
- Công suất định mức : P 2.2kW - Số cặp cực : - Tốc độ quay định mức :1430r / min - Điện trở stator :Rs 0.877 - Điện trở rotor : R r 1.47 33
Chương 4. Mô phỏng hoạt động của hệ truyền động
34
Chương 4. Mô phỏng hoạt động của hệ truyền động
- Điện cảm tượng hỗ :
- Mơ men qn tính : J 0.015kg.m2
Với các thơng số:
Hình 18. Đáp ứng với các thông số thiết kế ở chương 3
Tiến hành hiệu chỉnh tham số bộ điều khiển bằng công cụ PID Tuning trong Matlab-Simulink để được dạng đáp ứng tốt hơn
Sau khi hiệu chỉnh với bộ tham số được kết quả
35
Chương 4. Mô phỏng hoạt động của hệ truyền động
Hình 19. Đáp ứng với các thông số đã được tinh chỉnh
Giá trị đầu ra thu được
M I Mload 14.7 Nm sd 6.2 A I sq 5.05 A 80 rad / s Te 14.7 36
Chương 4. Mô phỏng hoạt động của hệ truyền động
Ở vùng tốc độ trên cơ bản:
Hình 20. Đáp ứng của động cơ ở vùng tốc độ cao
Với các thông số Isd 5.83 A Isq 3.65 A 160 rad / s Te 10 Nm 37
Kết luận
KẾT LUẬN
Qua kì làm đồ án vừa qua chúng em đã củng cố, bổ sung thêm kiến thức về lĩnh vực điều khiển truyền động điện, là hành trang cần thiết cho người kĩ sư điều khiển tự động hóa sau này. Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới người thầy giáo đáng kính, thầy Tạ Cao Minh đã giúp đỡ, chỉ bảo trong q trình làm đồ án để em có được kết quả ngày hôm nay.
Em xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, ngày 5 tháng 1 năm 2018
Sinh viên thực hiện Nguyễn Xuân Tú
37
Phụ lục
PHỤ LỤC
Tài liệu tham khảo
1. Nguyễn Phùng Quang, Andreas Dittrich(2002), Truyền động điện thông minh,
NXB Khoa học và kỹ thuật.
2. Nguyễn Doãn Phước (2009), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, NXB Khoa học
kỹ thuật.
38