CHƯƠNG 1: MÔ HÌNH TOÁN CỦA SPIM VÀ CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VECTOR KHÔNG GIAN HỆ TRUYỀN ĐỘNG KHÔNG CẢM BIẾN SPIM
1.3 Các kỹ thuật điều khiển động cơ không đồng bộ sáu pha bất đối xứng
1.3.2 Các kỹ thuật điều khiển vector cho hệ truyền động SPIM
Điểm nổi bật của điều khiển vector là có thể điều khiển tách rời mô men và từ thông trong các hệ truyền động động cơ AC chất lượng cao mang lại hiệu quả ở chế độ động tốt hơn nhiều so với giải pháp điều khiển vô hướng. Điều khiển vector dựa trên mối quan hệ giữa các trạng thái động, không chỉ biên độ và tần số (vận tốc góc), mà cả các giá trị điện áp và dòng điện tức thời của nó cũng được kiểm soát. Do đó, hệ thống điều khiển vector tác động vào vị trí của các vector trong không gian và
cung cấp hướng chính xác của chúng trong cả trạng thái ổn định và tức thời. Điều khiển chất lượng cao được thực hiện theo kiểu vòng kín và đạt được các ưu điểm như điều chỉnh tốc độ chính xác, phạm vi điều khiển rộng và đáp ứng động nhanh. Về cơ bản, vấn đề điều khiển vector động cơ AC được điều chỉnh giống với điều khiển động cơ DC với lợi thế điều khiển là có thể tách rời từ thông và mô men. Thuật toán điều khiển vector dựa trên hai ý tưởng: Thứ nhất, động cơ cảm ứng có thể được mô hình hóa và điều khiển đơn giản bằng cách sử dụng hai dòng điện trên hệ tọa độ cố định stator thay vì sử dụng dòng điện ba pha. Hai thành phần dòng điện này tạo ra từ thông và mô men tương ứng trong động cơ. Tuy nhiên, ngay cả khi ở trạng thái xác lập bộ điều khiển dòng luôn phải làm việc ở chế độ động do bộ điều khiển vẫn phải xử lý các giá trị sin.
Ý tưởng thứ hai sử dụng phép biến đổi một đại lượng hình sin 3 pha sang khung khung tham chiếu cố định αβ, sau đó biến đổi thành các giá trị không đổi trong khung tham chiếu quay với cùng tần số của từ thông rotor. Khi một đại lượng hình sin được chuyển thành giá trị không đổi bằng cách lựa chọn khung tham chiếu, có thể điều khiển đại lượng đó bằng các giải thuật điều khiển thích hợp để đạt được chất lượng điều khiển cao. Hai chiến lược phổ biến nhất trong số đó là điều khiển tựa theo từ thông rotor (FOC) và điều khiển trực tiếp mô men (DTC).
1.3.2.1 Điều khiển tựa theo từ thông rotor
Phương pháp điều khiển tựa theo từ thông rotor cho động cơ AC được công bố lần đầu tiên trong [70]. Mục tiêu cơ bản của FOC là điều khiển động cơ AC tương tự như động cơ DC bằng cách điều khiển hai thành phần vector dòng stator. Một thành phần được sử dụng để điều khiển từ thông của máy và thành phần còn lại để kiểm soát mô men. Do đó, nó cho phép điều khiển từ thông và mô men độc lập. Tuy nhiên, do đặc tính phi tuyến của động cơ AC nên trên thực tế hai thành phần dòng tạo ra từ thông và mô men không hoàn toàn độc lập mà phụ thuộc lẫn nhau thông qua thành phần phi tuyến [70]. Do đó, việc ứng dụng điều khiển PI trong những hệ truyền động sử dụng FOC truyền thống không cung cấp chất lượng điều khiển thỏa đáng cho những hệ truyền động yêu cầu chất lượng điều khiển cao. Mặt khác, chất lượng của chiến lược điều khiển FOC chịu ảnh hưởng của các yếu tố như mô hình điều khiển và tham số động cơ [70-71], mà trên thực tế các tham số của động cơ thay đổi trong quá trình vận hành. Ngoài ra, những trường hợp mô men tải không biết và được xem
như nhiễu đã tác động tiêu cực đến tính chính xác, ổn định, bền vững của bộ điều khiển.
Dòng điện (is) Ψr *
Te * FOC INVERTER SPIM
(VSI)
θe ʃ ωsl ω
Tính toán ++
trượt
Hình 1. 4: Phương pháp điều khiển tựa theo từ thông rotor gián tiếp (IFOC) Rất nhiều những nghiên cứu đã được phát triển để khắc phục những vấn đề được nêu ra ở trên như: cải tiến các kỹ thuật nhận dạng và cập nhật chính xác tham số:
từ thông, điện trở rotor, điện trở stator, hằng số thời gian rotor,…hay một số chiến lược nghiên cứu thay thế điều khiển PI trong những hệ truyền động FOC truyền thống bằng những chiến lược điều khiển phi tuyến, điều khiển thông minh,… nhằm giảm tác động của các tham số cũng như nâng cao chất lượng của điều khiển để FOC có thể được thỏa mãn trong hầu hết các ứng dụng. FOC bao gồm hai kỹ thuật điều khiển, đó là kỹ thuật FOC trực tiếp (DFOC), và kỹ thuật FOC gián tiếp (IFOC).
Dòng điện (is) Ψr *
FOC INVERTER SPIM
Te * (VSI)
θe Tính toán góc
trượt
Dòng, điện áp (is, us)
Hình 1. 5: Phương pháp điều khiển tựa theo từ thông rotor trực tiếp (DFOC) 1.3.2.2 Điều khiển trực tiếp mômen (DTC)
Điều khiển trực tiếp mô men được giới thiệu lần đầu tiên vào khoảng giữa những năm 1980 trong [73]. Phương pháp này đã thành công khi giảm sự phụ thuộc vào các thông số của động cơ, tăng độ chính xác và thời gian đáp ứng mô men [73-75].
Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là gợn sóng mô men lớn, nhất là ở
vùng tốc độ thấp, tần số đóng cắt của van bán dẫn thay đổi liên tục dẫn đến vấn đề tổn thất gia tăng.
Ψs +- Bộ so sánh Bộ chọn
Ψs
Te * trễ vector điện áp
+- Te
θ
Bộ ước lượng Mô men và Từ thông stator
INVERTER SPIM
(VSI)
Dòng, điện áp (is, us)
Hình 1. 6: Phương pháp điều khiển trực tiếp mô men (DTC)