CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA (IM) BẰNG PHƯƠNG PHÁP IRFOC
2.3. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TỪ THÔNG (FOC) [27]
2.3.2. Ước lượng vận tốc: [21]
Trong những năm trở lại đây, các nhà khoa học tập trung nghiên cứu không ngừng nghỉ về đề tài điều khiển IM không dùng cảm biến vì những ưu điểm vượt trội của phương pháp điều khiển này (như đã trình bày trong chương 1). Nhìn chung các nghiên cứu tập trung vào các phương pháp điều khiển V/f và điều khiển vector.
Phương pháp điều khiển từ thông không đổi không cảm biến vận tốc (V/f sensorless) cho đáp ứng chậm, sai số lớn (3-5%) nhưng lại bền vững cao, chi phí rẻ và thích hợp với điều khiển động cơ công suất nhỏ và các phụ tải riêng biệt (quạt gió, bơm). Trong khi đó, các phương pháp điều khiển vector sonsorless cho đáp ứng nhanh, chính xác cao (sai số ≤0.5%), các bộ điều khiển vòng hở nhạy cảm với các thông số động cơ, các bộ vòng kín bền vững với các thay đổi của thông số động cơ.
Tuy nhiên trong vùng vận tốc điều khiển ≈ 0, mô hình không ước lượng được vận tốc, do đó phải sử dụng bộ lọc tần số thấp với T= (thời hằng Rotor). Bên cạnh đó, khi vận tốc điều khiển bằng không trong thời gian đủ lớn thì bộ điều khiển sẽ báo lỗi.
Trong luận văn này, tập trung nghiên cứu điều khiển vector sensorless, trong đó chủ yếu là mô hình điều khiển vòng hở và mô hình điều khiển vòng kín. Trong mô hình
vòng hở trình bày 2 mô hình phổ biến nhất: mô hình ước lượng vận tốc từ từ thông Rotor, mô hình ước lượng vận tốc từ vận tốc trượt. Trong mô hình vòng kín, trình bày mô hình tham chiếu thích nghi (MRAS).
a. Ước lượng vận tốc vòng hở:
Có nhiều mô hình ước lượng vận tốc vòng hở đã được nghiên cứu, trong đó có 2 mô hình phổ biến nhất :
Mô hình 1: vận tốc được tính từ từ thông liên kết ⃗ , mà ⃗ được ước lượng từ từ thông ⃗ , và ⃗ được ước lượng từ các giá trị dòng và áp Stator hồi tiếp ⃗ , ⃗ .
= − − + / = ( 2.46)
Mà theo hệ phương trình 2.4:
⎩⎪
⎨
⎪⎧ = ( − − s ) = [∫ ( − ) − s ] = [∫ − − s ]
(2.47)
Thế phương trình (2.47) vào phương trình (2.46) chúng ta được phương trình ước lượng từ vận tốc vòng hở của mô hình 1.
Hình 2.9: mô hình ước lượng vận tốc vòng hở (mô hình 1)
Mô hình 2: vận tốc được tính theo vận tốc từ thông và vận tốc trượt (theo phương trình (2.48).
= - (2.48)
Mà :
= ( - )/ (2.49)
= = ( - ) (2.50)
Lúc này các giá trị: , được tính theo công thức (2.47)
Thế các phương trình (2.47), (2.49), (2.50) vào phương trình (2.48) ) chúng ta được phương trình ước lượng từ vận tốc vòng hở của mô hình 2.
Hình 2.10: mô hình ước lượng vận tốc vòng hở (mô hình 2)
Nhận xét: Phương pháp ước lượng vận tốc vòng hở ở trên có độ chính xác khá cao nhưng lại phụ thuộc vào thông số động cơ, trong đó quan trọng nhất là các thông số sau: , , ′ , . Đặt biệt trong vùng vận tốc thấp độ chính xác của vận tốc ước lượng phụ thuộc rất lớn vào điện trở Stator . b. Ước lượng vận tốc vòng kín
Mô hình tham chiếu thích nghi (MRAS):
MRAS bao gồm 3 mô hình mô hình: mô hình tham chiếu (Reference Model), mô hình thích nghi (Adaptive Model) và mô hình điều chỉnh vận tốc (Adaptation mechanism). Mô hình tham chiếu (Reference Model) dùng để ước lượng các giá trị như từ thông Rotor, sức điện động cảm ứng.v.v.từ dòng điện và điện áp Stator hồi tiếp. Mô hình thích nghi (Adaptive Model) cùng ước lượng một giá trị giống như mô hình tham chiếu nhưng dùng mô hình (hay phương pháp) ước lượng khác. Sai số ước lượng của 2 mô hình sẽ được đưa vào mô hình điều chỉnh vận tốc để ước lượng vận tốc và hồi tiếp giá trị về mô hình thích nghi. Cơ chế hoạt động của mô hình điều chỉnh dựa trên định lý trạng thái siêu tĩnh Popov (Popov’s criterion of hyperstability).
Mô hình MRAS tổng quát:
Hình 2.11a: mô hình MRAS tổng quát
Hình 2.11b: chi tiết mô hình Adaptation Model
Mô hình MRAS ước lượng vận tốc từ giá trị từ thông Rotor Các phương trình cơ bản:
Mô hình tham chiếu:
= [∫ ( − ) − s ] (2.51a)
= [∫ − − s ] (2.51b) Với:
′ = , ′ =
Mô hình thích nghi:
= ∫ − − (2.52a)
= ∫ − + (2.52b)
Với:
′ = , ′ =
⃗∗ = ′ -j ′ (2.52c)
Mô hình điều chỉnh vận tốc:
ɛ = ⃗′ x ⃗ = Im ( ⃗′ ⃗ ∗ )= ′ ′ - ′ ′ (2.53a)
= (Kpɛ + Ki ∫ ɛ dt ) (2.53b)
Hình 2.12a: mô hình MRAS (dạng khối) ước lượng vận tốc từ giá trị từ thông Rotor
Hình 2.12b: mô hình MRAS ước lượng vận tốc từ giá trị từ thông Rotor 2.3.3. Các phương trình trạng thái của IM trên hệ tọa độ từ thông Rotor: