4.3.3 Nguyên lý của hệ thống điều khiển:
•Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển:
Ta cấp điện áp xoay chiều từ nguồn vào bộ biến tần, điện áp xoay chiều sẽ được biến đổi thành nguồn một chiều bằng phẳng thông qua bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ lọc. Điện áp một chiều này sẽ được đưa vào mạch nghịch lưu ( là hệ thống các van bán dẫn đóng ngắt theo các tín hiệu điều khiển) để biến đổi thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng ứng với giá trị điện áp mong muốn để cấp cho động cơ. Sau khi cấp nguồn vào động cơ để cho tải hoạt động, các cảm biến sẽ thu thập dữ liệu về tốc độ và dòng điện để phản hồi về các bộ điều khiển.
Cảm biến dòng điện sẽ thu thập giá trị thực từ cuộn stator rồi đưa iu, iv, iw vào bộ biến đổi Clark để thực hiện tính tốn chuyển đổi từ hệ tọa độ (u,v,w) sang hệ tọa độ (α, β). Để thuận tiện và dễ dàng cho việc tính tốn, ta sẽ chuyển các đại lượng xoay chiều ở hệ tọa độ sang các đại lượng một chiều ở hệ tọa độ (dq). Dòng isα và isβ sẽ được đưa vào bộ Park kết hợp với góc θ để tính tốn chuyển đổi thành isq và isd.
Ở mạch vòng tốc độ, đầu vào tốc độ mong muốn w* đưa vào mạch vòng tốc độ để so sánh với giá trị thực w phản hồi từ encoder. Sai lệch giữa w* và w sẽ được đưa vào bộ điều khiển PI, bộ điều khiển sẽ tính tốn ra giá trị isq* mong muốn để tiếp tục đưa vào mạch vòng dòng điện để so sánh với giá trị isq có được từ bộ Park, sai lệch giữa isq*
và isq sẽ đưa vào bộ điều khiển PI để tính tốn ra giá trị điện áp usq mong muốn. Do từ thông rotor là hằng số nên ta khơng cần điều khiển từ thơng, vì vậy đặt isd* = 0 rồi cho so sánh với isd và tính tốn điều khiển thơng qua bộ PI để tìm ra giá trị usd mong muốn. Sau khi có được usd và usq ta sẽ đưa vào bộ chuyển đổi Park-1 để chuyển các đại lượng
ởhệ (dq) thành đại lượng xoay chiều ở hệ (α, β). usα và usβ chuyển đổi Clark-1 để chuyển các đại lượng ở hệ (u,v,w) sẽ được đưa vào bộ PWM để tính tốn và tạo ra các chum xung kích thích, điều khiển đóng/mở các van của bộ nghịch lưu xoay chiều 3 pha để cấp điện áp phù hợp cho động cơ hoạt động theo mong muốn.
4.4 Lập trình thuật tốn điều khiển trên Vi điều khiển:4.4.1 Lưu đồ thuật toán của hệ thống: 4.4.1 Lưu đồ thuật tốn của hệ thống:
4.4.2 Lập trình thuật tốn điều khiển của hệ thống trên vi điều khiển:#include <Wire.h> #include <Wire.h> #include "EmonLib.h" #define output1 8 #define output2 9 #define output3 10 #define current_inA A0 #define current_inB A1 #define encoder0PinA 2 #define encoder0PinB 3 #define Zsignal 4
//Khai báo encoder
int val;
int encoder0Pos = 0;
int encoder0PinALast = LOW; int n = LOW; int time_H; int time_L; float t_period; float Frequency; unsigned long t; P a g e 50 | 60
float Speed;
//Khai báo cảm biến dòng
float Ia,Ib,Ic; int vol = 230; void setup() { pinMode(current_inA,INPUT); pinMode(current_inB,INPUT); pinMode(encoder0PinA,INPUT_PULLUP); pinMode(encoder0PinB,INPUT_PULLUP); pinMode(Zsignal,INPUT_PULLUP); pinMode(output1,OUTPUT); pinMode(output2,OUTPUT); pinMode(output3,OUTPUT); t=millis(); } void loop() { t=millis();
// Lấy tín hiệu dịng điện
Ia = current_inA.calcIrms(1480); Serial.print("Dong dien = "); Serial.print(Ia);
Serial.println(" A"); Ib = current_inB.calcIrms(1480); Serial.print("Dong dien = "); Serial.print(Ib); Serial.println(" A"); Ic= -Ia-Ib; Serial.print("Dong dien = "); Serial.print(Ic); Serial.println(" A"); / Đọc encoder n = digitalRead(encoder0PinA);
if ((encoder0PinALast == LOW) && (n == HIGH)) { // Signal A and B Direction
if (digitalRead(encoder0PinB) == LOW) { encoder0Pos--;
val=1; // Quay theo chiều dương
} else {
encoder0Pos++;
val=-1; // Quay ngược chiều dương
}
/ Lấy tín hiệu tốc độ
/ time_H = pulseIn(encoder0PinA,HIGH);
/time_L = pulseIn(encoder0PinA,LOW);
time_H = pulseIn(Zsignal,HIGH); time_L = pulseIn(Zsignal,LOW); t_period = t_period/1000000; //micro s to s Frequency = 1/t_period;
Speed = 60*Frequency; // RPS to RPM
Speed = 3.14/30*Speed; // RPM to RAD/S
Serial.print(" Speed = "); Serial.print(Speed); Serial.println(" rad/s "); delay(5); } encoder0PinALast = n; }
CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG, ĐÁNH GIÁ VÀMỞ RỘNG DỰ ÁN MỞ RỘNG DỰ ÁN
5.1 Mô phỏng bằng Matlab – Simulink:5.1.1 Mạch động lực: 5.1.1 Mạch động lực:
Trong mạch động lực sử dụng bộ biến đổi bao gồm bộ biến tần có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều của nguồn. Điện áp xoay chiều được cấp từ nguồn qua mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển và thơng qua bộ lọc làm phẳng điện áp để có được điện áp 1 chiều tương đối ổn định. Điện áp 1 chiều sẽ được biến đổi lại thành điện áp xoay chiều mong muốn thông qua bộ nghịch lưu để cấp điện áp cho động cơ.
Bên cạnh đó, bộ nghịch lưu sẽ nhận được xung tín hiệu từ vi điều khiển để kích mở/đóng các van điều khiển của bộ nghịch lưu, từ đó có thể điều chế điện áp mong muốn để cấp cho động cơ.
Hình 5.1 Sơ đồ mạch động lực
•Thơng số bộ biến đổi:
+ Nguồn: Sử dụng điện áp nguồn xoay chiều 3 pha có giá trị hiệu dụng 220V, tần số 50Hz, góc lệch pha lần lượt là 0o; 120o, 240o.
Hình 5.2 Thơng số điệp áp nguồn
•Thơng số mạch chỉnh lưu:
Dựa vào bộ lọc 1 chiều đã tính chọn ở chương 2, ta chọn các thơng số như sau :
- Chọn cuộn cảm có giá trị 100 μH 3A LM2576.
• Thơng số động cơ:
Dựa vào thơng số động cơ đã được tính chọn ở chương 2 ta có thể nhập vào các thơng số :
- Điện trở stator (Rs): 0.085 - Điện cảm phần ứng: 0.00095 - Momen định mức: 71.6 - Momen quán tính: 0.008 - Số cặp cực (p): 4 Hình 5.3 Thơng số động cơ 5.1.2 Hệ thống truyền động động cơ PMSM: Hình 5.4 Hệ thống truyền động PMSM P a g e 56 | 60
5.1.3 Khâu tạo tín hiệu đặt tốc độ (wm*):
Hình 5.5. Tín hiệu tốc độ đặt mong muốn
5.2 Kết quả mơ phỏng : 5.2.1 Mạch vịng tốc độ :
Áp dụng phương pháp thực nghiệm ta cũng xác định được thông số của bộ PI ở mạch vòng tốc độ là Kp = 100, Ki = 400
- Nhận xét :
+ Tốc độ của động cơ bám sát theo tốc độ mong muốn. + Độ dao động thấp.
5.2.2 Mạch vòng dòng điện:
Ở mạch vòng dòng điện sau khi thực nghiệm phương pháp xác định thông số bộ PI như ở chương 3, ta có đồ thị sau:
Hình 5.7 Đồ thị isd và isq ở mạch vòng dòng điện
- Nhận xét:
Kết quả ta thấy được dòng điện isd thực bám sát giá trị 0, dao động trong các khoảng tăng giảm tốc độ. Dòng điện isq thực tỷ lệ với momen điện từ của động cơ.
5.2.3 Đồ thị momen:
Hình 5.8. Đồ thị momen động cơ
- Nhận xét:
Đồ thị momen bám sát theo đồ thị momen yêu cầu.
5.3 Nhận xét kết quả mô phỏng :
Từ các kết quả mô phỏng trên ta rút ra nhận xét :
- Tốc độ động cơ và momen bám sát theo giá trị mong muốn, nhưng vẫn còn những giao động nhỏ.
- Động cơ đáp ứng được các sự thay đổi trạng thái làm việc ngay lập tức.
- Tại thời điểm (3-4s) động cơ đảo chiều quay, tạo ra dao động lớn ở các đồ thị ở giai đoạn này .
- Dòng isq tỉ lệ với momen điện từ của động cơ thể hiện đúng lý thuyết về việc thay đổi momen bằng cách điều chỉnh dòng isq.
- Việc kiểm nghiệm giá trị PI tốn khá nhiều thời gian.
Tài liệu tham khảo
1) Slide bài giảng điều khiển truyền động điện của PGS.TS. Lê Tiến Dũng, 2021
2) “Điều khiển vector truyền động điện xoay chiều ba pha”- Nguyễn Phùng Quang, nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội