CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ BỘ QUAN SÁT TỐC ĐỘ THÍCH NGHI CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG SPIM KHÔNG CẢM BIẾN TỐC ĐỘ
5.3 Kết qủa mô phỏng và phân tích
Mục tiêu điều khiển là kiểm soát tốc độ của SPIM để bám theo chính xác các lệnh tốc độ tham chiếu bao gồm lệnh thay đổi tốc độ trong hai trường hợp tương ứng với 100% mô men tải. Một tham chiếu tốc độ khác cũng được thực hiện theo chu kỳ lái xe theo mẫu ECE-40. Các trường hợp khảo sát được thực hiện với hệ truyền động SPIM điều khiển không cảm biến sử dụng bộ điều khiển điều khiển BS_PCH kết hợp với bộ ước lượng NNSM_SC_MRAS và giải thuật giảm điện áp common mode được thực hiện dựa theo những khảo sát tiêu chuẩn được thử nghiệm cho xe điện trong [148], [149], [151].
Trường hợp thứ nhất:
+ Chu trình khảo sát thử nghiệm thứ nhất: Lệnh đặt tốc độ tham chiếu: Bắt đầu từ 0 vòng/phút tăng tốc lên 270 vòng/phút, sau 5s tốc độ được giảm xuống135 vòng/phút và sau đó tăng lại 270 vòng/phút. Trong cả hai trường hợp đều được cung cấp tải: 100% tải định mức (dựa theo thử nghiệm trong [148, hình 5 a,b].
+ Chu trình khảo sát thử nghiệm thứ hai: là chu trình ECE-15 được cải tiến (Hình 5.3) dựa theo [148, hình 5 g,h]. Một chu trình lái xe thử nghiệm theo tiêu chuẩn châu âu với các điểm dữ liệu đại diện cho tốc độ tham chiếu của xe theo thời gian.
Nó được đặc trưng bởi tốc độ xe thấp (tối đa là 50 km/h) và đây là thử nghiệm xe điện phù hợp trong khu vực đô thị.
+ Chu trình khảo sát thử nghiệm thứ ba: Khảo sát được thực hiện với chu trình mẫu tương tự như trong chu trình khảo sát 2 nhưng dựa theo [149, hình 8] với thời gian khảo sát được kéo dài với 5 chu trình thử nghiệm như trong [149]. Mô phỏng thực hiện trên EV theo chu trình thử nghiệm ECE-15 này với mục tiêu để đánh
giá hiệu quả và đáp ứng động của hệ thống truyền động được điều khiển FOC không
cảm biến sử dụng BS_PCH kết hợp bộ quan sát tham số NNSM_SC_MRAS và giải thuật giảm điện áp common mode khi ứng dụng cho hệ thống đẩy trong EV trong 5 chu kỳ liên tiếp nhằm chứng minh chất lượng điều khiển, tính ổn định, bền vững của của chiến lược điều khiển và ước lượng đề xuất. Hình 5.4 mô tả sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động cho hệ thống đẩy EV. Chu trình thử nghiệm là chu trình ECE- 15 đô thị [149].
Từ kết quả mô phỏng cho thấy đáp ứng theo dõi trạng ở cả khảo sát 1 và 2 trong trường hợp 1 đều rất tốt, sai số gần bằng không trong chế độ xác lập. Điều khiển BS_PCH có thể cho đáp ứng động trong quá trình tăng tốc và giảm tốc tốt, kiểm soát xe khi tăng và giảm tốc kịp thời. Hơn nữa, BS_PCH kết hợp với bộ quan sát tốc độ BS_PCH có thể xử lý các yếu tố không chắc chắn tham số và ổn định hơn do các tham số được cập nhật trong quá trình điều khiển, mặt khác, các vector điều khiển thu được từ lý thuyết ổn định Lyapunop nên hệ làm việc ổn định. Từ thông và dòng được kiểm soát rất tốt trong cả hai khảo sát. Trong khảo sát thứ nhất do tham chiếu tốc độ dạng nấc nên đáp ứng dòng và mô men tại thời điểm tăng và giảm tốc tăng cao nhưng hội tụ rất nhanh về giá trị tham chiếu. Sai số ước lượng và sai số theo dõi bằng không trong chế độ xác lập. Với khảo sát ECE-15, sai số ước lượng lớn nhất nhỏ hơn 1vòng/phút.
Hình 5.4 a,b , cho thấy đáp ứng tốc độ, dòng, mô men, sai số ước lượng tốc độ của bộ quan sát, từ thông rotor của SPIM trong hệ truyền động của bánh xe trong thời gian vận hành: 0 <t <20s ở cả hai chu trình thử nghiệm đầu. Rõ ràng là hoạt động khác biệt theo chuỗi lệnh phức tạp tăng tốc, giảm tốc và dừng thường xuyên theo lệnh tham chiếu tốc độ nấc và theo chu kỳ mẫu ECE-15 khảo sát trong khu vực đô thị thu được đáp ứng với chất lượng theo dõi tham chiếu và ước lượng thỏa đáng.
Mô men đáp ứng nhanh, chính xác theo yêu cầu của hệ. Từ thông được kiểm soát rất tốt và ổn định theo tham chiếu. Quan sát hình 5.4 cho thấy giá trị tốc độ ước lượng của bộ quan sát NNSM_SC_MRAS rất chính xác, thậm chí ngay cả ở tốc độ bằng không sai số này rất thấp và tiến tới gần bằng không.
Hình 5. 3: Chu kỳ thử nghiệm lái tiêu chuẩn Châu Âu ECE-40 đã sửa đổi và đáp ứng dòng isq [148].
Speed (rpm)
Error (rpm)
Torque (Nm)
Current isDQ (A)
5
0
-5
0 5 10 15 20
Time (s)
(A)
5
isDQ
0
Current
-5
0 5 10 15 20
Time (s)
(A
-5 -5
Current Current
0 0
0 5 10 15 20 0 5 10 15 20
Time (s) Time (s)
4 2.5 isd
(A) (A)
3 2 isq
isdq isdq2 1.5
Current Current
1 1
0
0 5 10 15 20
0.50 5 10 15 20
Time (s) Time (s)
flux (Wb))
1
flux (Wb))
1
0.5 0.5
Rotor 0
Rotor 0
0 5 10 15 20
Time (s)
0 5 10 15 20
Time (s)
a. b.
Hình 5. 4: Đáp ứng tốc độ, sai số ước lượng, dòng, mô men trong:
a. Chu trình khảo sát thử nghiệm thứ nhất: Tham chiếu tốc độ:0- 270-135- 270 vòng/phút. [148, hình 5 a,b]).
b. Chu trình khảo sát thử nghiệm thứ hai: là chu trình ECE-15 được cải tiến (Hình 8) [148, hình 5 g,h].
Chu trình thử nghiệm thứ 3 theo chu trình mẫu được thực hiện trong [149, hình 8]. Kết quả mô phỏng tốc độ, từ thông (Ψdr) và mô men của SPIM trong các bánh xe, với những thay đổi ở vị trí tăng, giảm tốc trong chu trình thử nghiệm thứ 3 được trình bày trong Hình 5.5. Quan sát những kết quả mô phỏng này cho thấy ước tính tốc độ của bộ quan sát NNSM_SC_MRAS rất chính xác, tốc độ ước tính gần chính xác bằng tốc độ đo được, trong cả trạng thái xác lập và quá độ, thậm chí ngay cả ở tốc độ thấp và bằng không.
150 Reference
Measured
(rad/s) 100 Estimated 50
Speed
0
0 10 20 30 40 50 60
Time (s)
(Nm) 1
Torque 0
-1
Time (s)
0 10 20 30 40 50 60
(Wb) 1
1.04 Phird Act
Rotor flux Phird ActRotor flux (Wb)
1.02 Phird Est Phird Est
0.5 1 Phirq Act
0.98 Phi irq Est
0.960
10 20 30 40 50 60
Time (s)
0
0 10 20 30 40 50 60
Time (s)
Hình 5. 5: Đáp ứng tốc độ, sai số ước lượng, dòng, mô men trong chu trình khảo sát thử nghiệm thứ ba: Dựa theo mẫu chu trình khảo sát trong [149,
Hình 8, Hình 10]
Trường hợp 2:
Trường hợp 2 được thực hiện theo mô hình thử nghiệm trong [151].
Hình 5. 6: Mô tả đường trong quá trình vận hành EV thử nghiệm [151]
Ba giai đoạn được thử nghiệm trong trường hợp khảo sát 2. Giai đoạn thứ nhất là gia đoạn tăng tốc với tốc độ từ 0- 60km/h (~ 400rpm) xe vận hành trên đường thẳng.
Giai đoạn thứ hai khảo sát quá trình giảm tốc từ 60 km/h xuống 30km/h (~ 200 rpm) khi xe xuống dốc. Giai đoạn thứ ba khảo sát quá trình tăng tốc khi lên dốc với vận tốc 80km/h (~535 rpm). Mô tả quá trình vận hành EV thử nghiệm được trình bày trong Hình 5.6 và Hình 5.7 cho thấy đáp ứng tốc độ, dòng stator và mô men và điện áp common mode của hệ truyền động tương ứng trong toàn bộ quá trình khảo sát.
(rpm) 400
Speed 200 Reference
Measured 00
Estimated
1 2 3 4 5 6
Time (s)
isdq (A) 2 isd Act isd Est isq Act isq Est
1
Current
0
0 1 2 3 4 5 6
Time (s)
(Nm) 3 Te
2
Torque 1
0 -1
0 1 2 3 4 5 6
Vcom (V)
Time (s) 500
0
-500 0.502 0.504 0.506 0.508 0.51
0.5
Time (s)
Hình 5. 7: Đáp ứng tốc độ, sai số ước lượng, dòng, mô men, điện áp common mode trong chu trình khảo sát thử nghiệm trường hợp 2 thực hiện dựa theo [151, Hình 6].
Kết quả khảo sát xác nhận tính hiệu quả của bộ điều khiển và ước lượng tốc độ của hệ truyền động không cảm biến sử dụng BS_PCH và NNSM_SC_MRAS cho bánh xe sử dụng SPIM kết hợp giải thuật giảm điện áp common mode. Chiến lược điều khiển không cảm biến BS_PCH kết hợp bộ quan sát tốc độ NNSM_SC_MRAS này cho đáp ứng nhanh, chính xác, chất lượng điều khiển và ước lượng trong quá trình ổn định và các chế độ động đều rất tốt, phù hợp với yêu cầu của hệ thống đẩy
trong EV. Giải thuật 4S_CBPWM CMV giảm và kiểm soát điện áp common mode trong phạm vi Vd/6 trong suốt quá trình vận hành của xe.