Các nội dung được nghiên cứu trong luận án như sau: Nội dung thứ nhất:
Nghiên cứu kỹ thuật điều chế sóng mang mới giảm điện áp common mode có
tính hiệu quả kinh tế cao cho biến tần nguồn áp sáu pha. Điện áp common mode
được giảm và kiểm soát thành công trong phạm vi ±Vd/6. Nội dung thứ hai:
Nghiên cứu mô hình toán của SPIM và hệ truyền động SPIM. Phân tích cách ưu
nhược điểm của các chiến lược điều khiển để phát triển, xây dựng cấu trúc điều
khiển phi tuyến mới kết hợp giữa BS và PCH trong điều khiển vector FOC hệ
truyền động SPIM. Các phân tích và mô phỏng trong chương 3 đã cho thấy hệ
truyền động SPIM sử dụng cấu trúc phi tuyến mới BS_PCH có độ chính xác cao,
tốc độ đáp ứng nhanh, làm việc ổn định, bền vững trước sự thay đổi tham số của
động cơ và nhiễu tải. Nội dung thứ ba: Nghiên cứu, ứng dụng điều khiển thích
nghi trong điều khiển không cảm biến hệ SPIM sử dụng bộ quan sát tốc độ
NNSM_ SC_MRAS. Bộ quan sát tốc độ thích nghi được đề xuất cung cấp chất
lượng ước lượng tốc độ và từ thông rotor chính xác đặc biệt là ở phạm vi tốc độ
thấp và gần không. Chất lượng ước lượng được xác nhận thông qua các phân tích
và kết quả mô phỏng trong chương 4. Bộ ước lượng tốc độ NNSM_SC_MRAS
cung cấp tốc độ và từ thông rotor ước lượng chính xác, sai số ước lượng thấp gần
bằng không trong chế độ xác lập, trong các chế độ động sai số ước lượng cũng
rất thấp, đáp ứng mô men tức nhanh, bộ ước lượng làm việc ổn định. ứng dụng
của hệ truyền động
31 trang |
Chia sẻ: honganh20 | Ngày: 01/03/2022 | Lượt xem: 338 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tóm tắt Luận án Điều khiển thích nghi hệ truyền động động cơ không đồng bộ sáu pha, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
1
(
V
)
0.51 0.515 0.52 0.525 0.53 0.535 0.54 0.545 0.55 0.555
-500
0
500
Time (s)
V
co
m
2
(
V
)
0.51 0.515 0.52 0.525 0.53 0.535 0.54 0.545 0.55 0.555
-500
0
500
Time (s)
V
co
m
2
(
V
)
0.51 0.515 0.52 0.525 0.53 0.535 0.54 0.545 0.55 0.555
-500
0
500
Time (s)
V
co
m
(V
)
0.51 0.515 0.52 0.525 0.53 0.535 0.54 0.545 0.55 0.555
-500
0
500
Time (s)
V
co
m
(V
)
0.51 0.515 0.52 0.525 0.53 0.535 0.54 0.545 0.55 0.555
-500
0
500
Time (s)
V
a
p
h
as
e
v
o
lt
ag
e
(
V
)
0.51 0.515 0.52 0.525 0.53 0.535 0.54 0.545 0.55 0.555
-500
0
500
Time (s)
V
a
p
h
as
e
v
o
lt
ag
e
(
V
)
0.51 0.515 0.52 0.525 0.53 0.535 0.54 0.545 0.55 0.555
-500
0
500
Time (s)
V
ab
l
in
e
v
o
lt
ag
e
(
V
)
0.51 0.515 0.52 0.525 0.53 0.535 0.54 0.545 0.55 0.555
-500
0
500
Time (s)
V
ab
l
in
e
v
o
lt
ag
e
(
V
)
0.51 0.515 0.52 0.525 0.53 0.535 0.54 0.545 0.55 0.555
-2
0
2
Time (s)
S
ta
to
r
cu
rr
en
t
(
A
)
0.51 0.515 0.52 0.525 0.53 0.535 0.54 0.545 0.55 0.555
-2
0
2
Time (s)
S
ta
to
r
cu
rr
en
t
(
A
)
9
Hình 2. 12: Kỹ thuật RCMV4S-
CBPWM Vcommid: Đồ thị điện áp Va, Vab
và Dòng stator sáu pha, dòng biểu diễn trên hệ
tọa độ αβ và dq, điện áp VcomI, VcomII , Vcom
Hình 2. 11: Kỹ thuật RCMV4S-
CBPWM VcomOpt: Đồ thị điện áp Va, Vab
và Dòng stator sáu pha, dòng biểu diễn trên
hệ tọa độ αβ và dq, điện áp VcomI, VcomII ,
Vcom
2.5 Kết luận
Trong chương này, kỹ thuật điều chế sóng mang mới giảm điện áp
common mode được thực hiện điều khiển PWM riêng lẻ điện áp 2 BNL ba pha.
Phạm vi kiểm soát thành phần áp common mode trung bình cũng được dẫn giải.
Các kỹ thuật CBPWM giảm điện áp common mode trong phạm vi Vd/6. So với
những kỹ thuật giảm CMV khác, kỹ thuật mới đề xuất giảm/ triệt tiêu CMV hiệu
quả, giải thuật đơn giản, khối lượng tính toán ít, chi phí cho bộ điều khiển thấp,
dễ thực hiện và dụng khi mở rộng kỹ thuật PWM cho các bộ biến đổi công suất.
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
-5
0
5
Time (s)
St
at
or
c
ur
re
nt
(
A
)
is anpha
is beta
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
-5
0
5
Time (s)
S
ta
to
r
cu
rr
en
t
(
A
)
is anpha
is beta
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0
5
10
Time (s)
S
ta
to
r
cu
rr
en
t
(A
)
isd
isq
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0
5
10
Time (s)
S
ta
to
r
cu
rr
en
t
(
A
)
isd
isq
0.51 0.515 0.52 0.525 0.53 0.535 0.54 0.545 0.55 0.555
-500
0
500
Time (s)
V
co
m
1
(
V
)
0.51 0.515 0.52 0.525 0.53 0.535 0.54 0.545 0.55 0.555
-500
0
500
Time (s)
V
co
m
1
(
V
)
0.51 0.515 0.52 0.525 0.53 0.535 0.54 0.545 0.55 0.555
-500
0
500
Time (s)
V
co
m
2
(
V
)
0.51 0.515 0.52 0.525 0.53 0.535 0.54 0.545 0.55 0.555
-500
0
500
Time (s)
V
co
m
2
(
V
)
0.51 0.515 0.52 0.525 0.53 0.535 0.54 0.545 0.55 0.555
-500
0
500
Time (s)
V
co
m
(
V
)
0.51 0.515 0.52 0.525 0.53 0.535 0.54 0.545 0.55 0.555
-500
0
500
Time (s)
V
co
m
(V
)
10
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN CHO HỆ
TRUYỀN ĐỘNG SPIM
3.1 Giới thiệu sơ lược tình hình nghiên cứu
Để cải thiện chất lượng của bộ điều khiển, gần đây các phương pháp điều
khiển phi tuyến được nghiên cứu phát triển thay thế cho các bộ điều khiển PID
truyền thống. Luận án này đề xuất một cấu trúc điều khiển mới trong đó bộ điều
khiển BS được ứng dụng trong điều khiển vòng kín tốc độ và từ thông rotor
ngoài, điều khiển PCH được đề xuất cho điều khiển dòng vòng trong để cải thiện
chất lượng điều khiển và đảm bảo tính ổn định, độ chính xác và tốc độ đáp ứng
của hệ thống truyền động, nâng cao tính bền vững trước sự nhạy cảm của những
thay đổi của tham số máy điện, nhiễu tải. Các kết quả nghiên cứu liên quan đến
phần này đã được tác giả công bố trong các bài báo [14], [16], [17] thuộc Danh
mục các công trình nghiên cứu đã công bố.
3.2 Cấu trúc điều khiển phi tuyến BS_PCH
3.2.1 Điều khiển BS đề xuất cho bộ điều khiển tốc độ và từ thông rotor vòng
ngoài
Sai số theo dõi được định nghĩa:
t t
* ' * * ' *
ω r r ω r r ψ rd rd ψ rd rd
0 0
ε = ω - ω +k ω - ω dt; ε = ψ - ψ +k ψ - ψ dt
(3.1)
Hàm Lyapunov được chọn là:
2 2ω ψω,ψ
1
V = ε + ε
2
(3.2)
Để đáp ứng V' <0, luật điều khiển BS được thiết kế như sau:
*
* ' *r l
sq ω ω r ω r r
t rd
*
* ' *rdr
sd ψ ψ rd ψ rd rd
m r
dω T1
i = k ε + + + Bω + k ω - ω ;
k ψ dt J
dψτ 1
i = k ε + + ψ + k ψ - ψ
L dt τ
(3.3)
Trong đó kω, kѰ là hằng số dương. Ta có đạo hàm của hàm Lyapunov:
ω,ψ 2 2
ω ω ψ ψ
dV
= - k ε - k ε < 0
dt
(3.5)
3.2.2 Bộ điều khiển PCH đề xuất cho điều khiển dòng vòng trong
Mô hình hệ thống Hamiltonia:
T
dx dH
= J x - R x x + g x u
dt dx
dH
=g x
dx
y x
(3.6)
Hàm dự trữ năng lượng của hệ thống:
11
T -1 2 2 2 21 2 s sd s sq
s
1 1 1 1
x = x D x = x + x = L i + L i
2 2 L 2
H
(3.7)
Giả sử hệ thống ổn định xung quanh trạng thái cân bằng mong muốn, hàm năng
lượng vòng kín Hd(x) được gán cho hệ thống đạt cực tiểu tại x0. Có thể tìm thấy
một điều khiển phản hồi u=α(x), Ma trận: Ra (x), Ja (x) và K (x) thỏa mãn:
d d a a
dH
J x - R x K x = - J x - R x x + g x u
dx
(3.8)
Hệ kín Hamiltonia thỏa mãn điều kiện: dd d
dHdx
= J x - R x x
dt dx
sẽ trở thành một
hệ PCH tiêu tán năng lượng. Ta có:
a
a d
dH
K(x)= ; H (x)=H (x)-H(x)
dx
(3.9)
Với Ha là hàm được thêm vào để hệ thống điều khiển vòng kín dòng đạt trạng
thái cân bằng ổn định tại xo.
Từ các phương trình trên, điều khiển dòng vòng trong của điều khiển vector FOC
được xác định:
* * * * *
sd sd 1 sd sd 1 sq sq s s sq r rd
* * * * *
sq sq 2 sq sq 1 sd sd s s sd r rd
= σ ai + r i - i - J i -i - L ω i - bR ψ
= σ ai + r i - i + J i -i + L ω i + bω ψ
u
u
(3.10)
3.3 Kết quả nghiên cứu
Các khảo sát được thực hiện dựa trên các thử nghiệm trong [45], [47].
Nguồn AC
3P
-+
-+
-+
PCHBS T2
T2
-1
BCL SPVSI DC link
ĐKD isdq ĐKTĐ
T6
-1
T6
isd
isq
usd
usd
usα
isα
isβ isq
isd
usβ
* *
Đ
iều K
hiển B
S_PC
H
( IF
O
C
)
Phần Đ
ộng L
ực
SPIM
+
+ ʃ
ωsl
ω
ωe
θ e
*
Eq.(3.8)
ψrd^
isq
*
*
r
-+
Eq.(4.4)
ω
*
r
ψ
*
r
ω
r
Hình 3. 1: Điều khiển BS_PCH cho hệ truyền động SPIM
Trường hợp 1: Khảo sát chất lượng ở chế độ quá độ được thực hiện. So sánh
với kết quả thu được khi sử dụng điều khiển PI, có thể thấy rằng chất lượng điều
khiển ở chế độ quá độ của hệ truyền động SPIM được cải thiện đáng kể khi sử
dụng bộ điều khiển BS -PCH.
0 0.5 1 1.5 2
-1000
-500
0
500
1000
Time (s)
S
p
ee
d
(
rp
m
)
Reference
Measured (PI)
Measured (BS-PCH)
0 0.1 0.2 0.3
0
500
1000
Time (s)
S
pe
ed
(
rp
m
)
Reference
Measured (PI)
Measured (BS-PCH)
1 1.2 1.4
-1000
-500
0
500
1000
Time (s)
S
pe
ed
(
rp
m
)
Reference
Measured (PI)
Measured (BS-PCH)0.168s
0.102
0.1025s
0.135s
0.292 0.294
992
994
996
998
1000
1002
12
Hình 3. 2: Đáp ứng tốc độ, mô men trong quá trình đảo chiều
Bảng 3.1 Các thông số chất lượng điều khiển với tải định mức
Giải thuật ĐK BS_PCH PI
Thời gian khởi động (s) 0.102 0.168
Thời gian đạt giá trị xác lập (s) 0.103 0.176
Thời gian đảo chiều (s) 0.1025 0.135
Sai số xác lập (Vòng/phút) 0.1 6
Trường hợp 2: Khảo sát hệ truyền động SPIM khi tốc độ động cơ và mô men
tải thay đổi. Các kết qủa mô phỏng cho thấy không có sự dao động tốc độ và
dòng, giá trị được điều khiển hội tụ rất nhanh với bám theo sát giá trị tham chiếu
trong suốt thời gian khảo sát (Hình 3.3; Hình 3.4). Thời gian hội tụ tốc độ được
cải thiện đáng kể so với bộ điều khiển được đề xuất trong [47].
Hình 3. 3: Các đáp ứng trong trường hợp không tải
0 0.5 1 1.5 2
-10
0
10
20
Time (s)
T
or
qu
e
(N
m
)
TL
Te (PI)
Te (BS-PCH)
0 0.5 1 1.5 2
-5
0
5
Time (s)
S
ta
to
r
cu
rr
en
t
is
a
(A
)
isa (PI)
isa (BS-PCH)
0 0.5 1 1.5 2
-5
0
5
Time (s)
S
ta
to
r
cu
rr
en
t i
sd
q
(
A
)
isq (PI)
isq (BS-PCH)
isd (PI)
isd (BS-PCH)
0 0.5 1 1.5 2
0
0.5
1
Time (s)
R
ot
or
F
lu
x
(W
b)
Phi rd (PI)
Phi rd (BS-PCH)
0 2 4 6 8 10
0
500
1000
Time (s)
S
p
ee
d
(
ra
d
/s
)
Reference
Measured
0 2 4 6 8 10
0
0.5
1
Time (s)
R
o
to
r
F
lu
x
(
W
b
)
Phi rd
Phi rq
0 2 4 6 8 10
-10
0
10
Time (s)
T
or
qu
e
(
N
m
)
TL
Te
0 2 4 6 8 10
-5
0
5
Time (s)
C
ur
re
nt
i
sq
(A
)
Reference
Actual
0 2 4 6 8 10
-2
0
2
Time (s)
C
u
rr
e
n
t
is
a
(A
)
Reference
Actual
0.5 0.502 0.504 0.506 0.508 0.51
-500
0
500
Time (s)
V
co
m
(
V
)
0 2 4 6 8 10
0
500
1000
1500
Time (s)
Sp
ee
d
(r
ad
/s
)
Reference
Actual
0 2 4 6 8 10
-2
0
2
4
6
Time (s)
Cu
rre
nt
is
q
(A
)
isq
isd
0 2 4 6 8 10
-10
0
10
Time (s)
To
rq
ue
(
Nm
)
TL
Te
0 2 4 6 8 10
-4
-2
0
2
Time (s)
C
ur
re
nt
is
a
(A
)
0 0.1 0.2
0
500
1000
Sp
ee
d
(r
ad
/s
)
0 0.1 0.2
0
1000
8 8.05
-2
0
2
13
Hình 3. 4: Các đáp ứng trong trường hợp tải định mức
Để kiểm chứng và xác nhận rõ ràng hơn tính bền vững của bộ điều
khiển BS_PCH trước nhiễu tải, một khảo sát khác được thực hiện với cả hai
bộ điều khiển PI và BS -PCH cho điều khiển vector hệ truyền động SPIM.
Hình 3. 5: Đáp ứng tốc độ, mô men trong trường hợp có nhiễu tải
của bộ điều khiển PI và BS_PCH.
Bảng 3.2 Các thông số chất lượng điều khiển với tải định mức
Giải thuật ĐK BS_PCH PI
Thời gian tăng tốc (s) (0 đến 1000 vòng/phút) 0.085 0.101
Thời gian xác lập (s) 0.087 0.125
Thời gian giảm tốc (s) (0 đến 1000 vòng/phút) 0.535 0.554
Thời gian xác lập (s) 0.538 0.581
Sụt tốc khi đóng tải định mức (Vòng/phút) 4.5 22
Thời gian đóng tải định mức (s) 0.005 0.025
Thời gian xác lập khi đóng tải định mức (s) 0.005 0.088
Sai số xác lập (Vòng/phút) 0.1 6
Trường hợp 3: Trường hợp 3 được thực hiện dựa theo khảo sát trong [45] và
được biểu diễn trong Hình 3.6a. Kết quả mô phỏng cho thấy hệ truyền động
SPIM bộ điều khiển sử dụng BS_PCH cho đáp ứng động rất tốt, thời gian khởi
động nhanh hơn, vọt lố thấp hơn và khả năng bám theo tốc độ tham chiếu tốt hơn
so với bộ điều khiển trong [45].
Trường hợp 4: Khảo sát giá trị điện trở của rotor tăng 3 lần so với giá trị danh
định như trong [45] và được biểu diễn trong Hình 3.6b. Bộ BS_PCH hoạt động
hiệu quả, tốc độ thực hội tụ rất nhanh với tốc độ tham chiếu, sai số dõi theo chính
xác khi đóng tải và gần như không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi Rr.
0 2 4 6 8 10
0
0.5
1
Time (s)
Ro
to
r F
lu
x
(W
b)
Phi rq
Phi rd
8.5 8.502 8.504 8.506 8.508 8.51
-500
0
500
Time (s)
V
co
m
(
V
)
0 0.5 1 1.5 2
0
500
1000
1500
Time (s)
S
p
e
e
d
(
rp
m
)
Reference
PI
BS-PCH 0 0.05 0.1 0.15
0
500
1000
Time (s)
S
p
ee
d
(
rp
m
)
Reference
PI
BS-PCH
1.5 1.55 1.6
800
1000
1200
1400
Time (s)
S
p
ee
d
(
rp
m
)
Reference
PI
BS-PCH
0 0.5 1 1.5 2
-10
0
10
20
30
Time (s)
T
o
rq
u
e
(
N
m
)
TL
Te (PI)
Te (BS-PCH)
1 1.05 1.1
1360
1380
1400
1420
Time (s)
S
p
ee
d
(
rp
m
)
Reference
PI
BS-PCH
0.5 0.55 0.6
1000
1200
1400
Time (s)
S
p
ee
d
(
rp
m
)
Reference
PI
BS-PCH
0 0.5 1 1.5 2
-5
0
5
Time (s)
S
ta
to
r
cu
rr
en
t
is
a
(A
)
isa (PI)
isa (BS-PCH)
0 0.5 1 1.5 2
0
0.5
1
Time (s)
R
o
to
r
F
lu
x
(
W
b
)
Phi rd (PI)
Phi rd (BS-PCH)
14
a. b.
Hình 3. 6: Điều khiển BSC_PSH a. Rr danh định; b. Rr=3Rr danh định
3.5 Kết luận
Trong chương này, tác giả đã đề xuất một cấu trúc mới kết hợp giữa kỹ
thuật điều khiển BS và PCH cho điều khiển vector của hệ truyền động SPIM.
Giải thuật RCMV_4S_CBPWM VcomMid giảm điện áp common mode cho SPVSI
cũng được áp dụng khi khảo sát hệ truyền động đề xuất này. Điều khiển BS-PCH
được đề xuất để cải thiện và nâng cao chất lượng của bộ điều khiển, đảm bảo:
Tính ổn định, theo dõi tham chiếu tốc độ chính xác và tốc độ đáp ứng của hệ
thống truyền động, tính bền vững trước sự nhạy cảm của những thay đổi không
biết trước của các tham số hệ thống, nhiễu và các yếu tố phi tuyến.
0 2 4 6 8
0
20
40
60
80
Time (s)
S
pe
ed
(
ra
d/
s)
Reference
Measured
0 2 4 6 8
0
20
40
60
80
Time (s)
S
pe
ed
(
ra
d/
s)
Reference
Measured
0 2 4 6 8
-10
0
10
Time (s)
T
or
qu
e
(N
m
)
TL
Te
0 2 4 6 8
-10
0
10
Time (s)
T
or
qu
e
(N
m
)
TL
Te
0 2 4 6 8
-2
0
2
4
6
Time (s)
C
ur
re
nt
is
dq
(A
)
isd
isq
0 2 4 6 8
-2
0
2
4
6
Time (s)
C
ur
re
nt
is
dq
(A
)
isd
isq
15
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ BỘ QUAN SÁT TỐC ĐỘ THÍCH NGHI CHO
HỆ TRUYỀN ĐỘNG SPIM KHÔNG CẢM BIẾN TỐC ĐỘ
4.1 Giới thiệu sơ lược tình hình nghiên cứu
Các bộ quan sát tốc độ dựa trên MRAS đã được áp dụng thành công ở
khu vực tốc độ trung bình và cao. Tuy nhiên, hoạt động tốc độ thấp và bằng
không vẫn là một thách thức lớn.... Trong luận án này tác giả đề xuất một bộ
quan sát tốc độ dựa trên mô hình tham chiếu dòng stator (SC_MRAS) cải tiến
nhằm nâng cao hơn nữa chất lượng của bộ quan sát tốc độ và của hệ truyền động,
đặc biệt trong phạm vi tốc độ thấp và gần không. Các kết quả nghiên cứu liên
quan đã được tác giả công bố trong các bài báo [1-5], [8-14] thuộc Danh mục các
công trình nghiên cứu đã công bố.
4.2 Bộ quan sát tốc độ NN SM_SC_MRAS
Từ mô hình điện áp VM và mô hình dòng CM, biến đổi lại ta có:
x xx = A x + B u (4.1)
x s x sA T A T -1x x sX k = e X k-1 + e - I A B u k-1
(4.2)
Phương trình toán mô tả NN sử dụng Euler cải tiến được biểu diễn như sau:
sα 1 sα 2 sα 3 rd 4 rq
5 sα 6 sα 7 rd 8 rq
sβ 1 sβ 2 sβ 3 rq 4 rd
5 sβ 6 sβ 7 rq
ˆ ˆ ˆi k = w i k-1 + w u k-1 + w ψ k-1 + w ψ k-1
ˆ ˆ + w i k-2 - w u k-2 - w ψ k-2 - w ψ k-2
ˆ ˆ ˆi k = w i k-1 + w u k-1 + w ψ k-1 - w ψ k-1
ˆ + w i k-2 - w u k-2 -w ψ k-2 8 rdˆ+w ψ k-2
(4.3)
Trong đó:
2 2
s s s m s s m s m s s s s mm m
1 2 3 4 r 5 6 7 8 r
s r r s s r r s r s s r r s s r r s r s
3T R 3T L 3T 3T L 3T L 3T R T T LTL TL
ˆ ˆw =1- - ; w = ; w = ; w = ω ;w = + ; w = ; w = ; w = ω
2σL 2στ L L 2σL 2στ L L 2σL L 2σL 2στ L L 2σL 2στ L L 2σL L
Dựa vào phương trình trên ta có thể xây dựng được một NN. Trong đó, các trọng
số w1, w2, w3, w5, w6, w7 được tính offline, trong khi w4, w8 được cập nhật online.
(MHTC)
SPIM
NN
(MHTN)
Giải thuật
LS
us
SM
Nhận dạng từ thông
Ước lượng Rs
ψ ^
r
i
^
s
ω ^
rZ-1 Z-1
Z-1 Z-1
Z-1
Z-1
w1
w2
w3
w4
w5
w6
w7
w8
w1
w2
w3
w4
w5
w6
w7
w8
i
^
sα
i
^
sβ
is
Rs
^
ω
r
^
Z-1
Hình 4. 1: Bộ quan sát tốc độ SMNN_ SC_ MRAS
Sắp xếp lại ta có phương trình ma trận của mô hình thích nghi thu được ở chế độ
dự báo như sau:
16
rˆA ω k-1 = B (4.4)
4.2.1 Giải thuật ước lượng tốc độ
Trên cơ sở (4. 4), giải thuật LS thu được bằng cách cực tiểu hàm năng lượng:
T
X T
Ax-b Ax-b
E =
1- ξ + ξx x
(4. 5)
Có thể tìm lời giải cho bài toán tìm cực trị (4.14) bằng thuật toán suy giảm độ
dốc (gradient descent):
2r r rˆ ˆ ˆω k+1 =ω k - βγ k a k + ξ βγ k ω k
(4.6)
4.2.2 Nhận dạng từ thông rotor và ước lượng điện trở
4.2.2.1 Nhận dạng từ thông rotor
Từ các giá trị đo lường đầu vào u, đầu ra y, bộ nhận dạng từ thông
rotor được địng nghĩa bởi cấu trúc như sau:
r r sˆ ˆˆ ˆ ˆz = F(ω )z + G(u,ω ,z) + ΛI (4.7)
Trong đó: Ʌ là ma trận hệ số và Is là vector được định nghĩa:
T
s 1 2I = sat(s ) sat(s ) (4.8)
Từ phương trình mô hình dòng, giải thuật ước lượng từ thông rotor dựa trên
SM được định nghĩa:
m
rd sα rd r rq ψ s
r r
m
rq sβ rq r rd ψ s
r r
L 1
ˆ ˆ ˆ ˆψ = i - ψ - ω ψ + Λ I
τ τ
L 1
ˆ ˆ ˆ ˆψ = i - ψ + ω ψ + Λ I
τ τ
(4.9)
Để v’<0,
được chọn:
rd
rq
ψ 1 1 3
ψ
ψ 2 2 4
Λ 0 δ ε ε 0
Λ = =
0 Λ 0 δ ε ε
(4.10)
4.2.2.2 Ước lượng điện trở stator
Trong trình luận án này, phương pháp ước tính Rs trực tuyến được ước tính trên
cơ sở các thành phần dòng stato isα, isβ đo được và ước tính:
s sα sα sα sβ sβ sβ
ˆdR ˆ ˆ ˆ ˆ= -μ i -i i + i -i i
dt
(4.11)
4.3 Kết quả nghiên cứu
Các khảo sát đánh giá trong phần này được thực hiện dựa trên các thử
nghiệm chuẩn (benchmark) được đưa ra trong [58], [120], [128131]. Mô hình
hệ truyền động SPIM được trình bày trong Hình 4.2.
Trường hợp 1: Khảo sát hệ truyền động SPIM vận hành ở dải tốc độ thấp:
17
Kết quả khảo sát trong Hình 4.3, Hình 4.4 cho thấy chất lượng của bộ
điều khiển và quan sát trong các trường hợp này rất tốt. Từ thông rotor và tốc độ
ước lượng bám theo các giá trị thực tế khá chính xác cả ở tham chiếu tốc độ dạng
nấc và đường dốc tam giác.
Hình 4. 2: Hệ truyền động SPIM phương pháp FOC sử dụng bộ điều khiển BS_PCH
và bộ quan sát NNSM_SC_MRAS
a. Bộ quan sát NNSM_SC_MRAS b. Bộ quan sát BPN_NN_SC_MRAS
Hình 4. 3: Đáp ứng tốc độ và từ thông của SPIM ở tốc độ tham chiếu dạng nấc
Hình 4. 2: Đáp ứng tốc độ của SPIM ở tốc độ tham chiếu dạng tam giác đảo chiều
Trường hợp 2: Khảo sát chất lượng động của hệ truyền động SPIM
0 2 4 6
-4
-2
0
2
4
6
Time (s)
Sp
ee
d (
rad
/s)
Reference
Measured
Estimated
0 2 4 6
-4
-2
0
2
4
6
Time (s)
Sp
ee
d (
rad
/s)
Reference
Measured
Estimated
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
-20
0
20
Time (s)
S
p
e
e
d
(
r
a
d
/s
)
Reference
Measured
Estimation
2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4
-5
0
5
Time (s)
S
ta
to
r
cu
rr
en
t
(A
)
is anpha real is anpha ets is beta real is beta est
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
-10
0
10
Time (s)
S
p
ee
d
e
rr
o
r
(r
ad
/s
)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
-1
0
1
2
3
Time (s)
R
o
to
r
fl
u
x
(
W
b
)
PhirD Real
PhirD Est
PhirQ Real
PhirQ Est
2 2.5 3 3.5 4
-5
0
5
Time (s)
St
at
or
c
ur
re
nt
(A
)
isq Real
isq Est
isd Real
isd Ets
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
0
0.5
1
Time (s)
R
ot
or
f
lu
x
(W
b)
Phird real
Phird est
Phirq real
Phirq est
2.32.42.5
1.9
2
2.1
2.32.42.5
1.9
2
2.1
0.8 1 1.2
-0.5
0
0.5
1
1.5
0.8 1 1.2
-0.5
0
0.5
1
1.5
2.3 2.4 2.5
1.9
2
2.1
2.3 2.4 2.5
1.9
2
2.1
0.8 1 1.2
-0.5
0
0.5
1
1.5
0.8 1 1.2
-0.5
0
0.5
1
1.5
0.7 0.8
13
14
15
16
Time (s)
18
Từ kết quả mô phỏng trong Hình 4.4 cho thấy, các đáp ứng tốc độ và từ thông
rất tốt, tốc độ thực bám sát tốc độ tham chiếu.
(a) Đảo chiều tốc độ thấp, (b) Đảo chiều tốc độ cao
Hình 4. 3: Đáp ứng tốc độ và từ thông rotor
Hình 4.5, Hình 4.6 và Hình 4.7 cho thấy tính hiệu quả của chiến lược điều khiển
và quan sát mới được đề xuất trong quá trình đảo chiều.
a. b.
Hình 4. 4: Đáp ứng tốc độ, mô men tốc độ cao
a. Bộ quan sát sử dụng BPN_NN_SC_MRAS; b. Bộ quan sát sử dụng OLS_NNSM_SC_MRAS
a. b.
Hình 4. 5: Đáp ứng tốc độ, mô men tốc độ trung bình
a. Bộ quan sát sử dụng BPN_NN_SC_MRAS; b. Bộ quan sát sử dụng OLS_NNSM_SC_MRAS
0 0.5 1 1.5 2
-10
0
10
Time (s)
Sp
ee
d (
rad
/s)
Reference
Measured
Estimation
0 1 2 3
-100
-50
0
50
100
Time (s)
Sp
eed
(ra
d/s
)
Reference
Measured
Estimated
0 0.5 1 1.5 2
-2
0
2
Time (s)
Sta
tor
cu
rre
n (
A)
0 1 2 3
-4
-2
0
2
4
Time (s)
Sta
tor
cu
rre
n (
A)
0 0.5 1 1.5 2
-2
0
2
4
Time (s)
Sta
tor
cu
rre
nt
(A
)
isq Real
isq Est
isd Real
isd Est
0 1 2 3
-5
0
5
Time (s)
Sta
tor
cu
rre
nt
(A
)
isq Real
isq Est
isd Real
isd Est
0 0.5 1 1.5 2
0
0.5
1
Time (s)
Ro
tor
flu
x (
Wb
)
Phird Real
Phird Est
Phirq Real
Phirq Est
0 1 2 3
0
0.5
1
Time (s)
Ro
tor
flu
x (
Wb
)
Phirq Real
Phirq Est
Phirs Read
Phirq Est
0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4
-100
0
100
Time (s)
Sp
ee
d (
rad
/s)
Reference
Measured
Estimated
0.197s
0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4
-100
0
100
Time (s)
Sp
ee
d (
ra
d/
s)
Reference
Measured
Estimated
0.1s
0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4
-10
0
10
Time (s)
Er
ror
(r
ad
/s)
0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4
-10
0
10
Time (s)
Er
ror
(r
ad
/s)
0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4
-50
0
50
Time (s)
Sp
ee
d (
rad
/s)
Reference
Measured
Estimated
0.101s
0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4
-50
0
50
Time (s)
Sp
ee
d (
ra
d/
s)
Reference
Measured
Estimated
0.052s
0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4
-10
0
10
Time (s)
Er
ro
r (
ra
d/
s)
0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4
-10
0
10
Time (s)
Er
ro
r (
ra
d/
s)
. . . . 1.4
-10
0
10
i (s)
Er
ro
r (
rad
/s)
0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4
-10
0
10
Time (s)
Er
ro
r (
rad
/s)
19
a. b.
Hình 4. 6: Đáp ứng tốc độ, mô men tốc độ thấp
a. Bộ quan sát sử dụng BPN_NN_SC_MRAS; b. Bộ quan sát sử dụng OLS_NNSM_SC_MRAS
Trường hợp 3: Khảo sát ảnh hưởng của sự thay đổi điện trở đến hệ truyền động
SPIM sử dụng bộ quan sát NNSM_SC_MRAS
Các khảo sát dựa trên thử nghiệm chuẩn trong [128] nhưng mở rộng
khảo sát tăng các giá trị điện trở từ 150-200%. Hệ thống hoạt động ổn định, khả
năng dõi theo tham chiếu và ước lượng tốc độ chính xác của bộ điều khiển
BS_PCH và bộ quan sát tốc độ NNSM_ SC_MRAS (Hình 4.8) thu được rất tốt.
Hình 4. 7: Kết qủa mô phỏng của hệ khi tham số động cơ thay đổi (Rs)
Trường hợp 4: Ảnh hưởng của nhiễu tải và hoạt động ở chế độ hãm tái sinh
Từ kết quả mô phỏng, ta dễ dàng thấy rằng chất lượng hoạt động ở cả 4
góc phần tư (Hình 4.9) và chế độ hãm tái sinh (Hình 4.10) của hệ truyền động
SPIM sử dụng BS_PCH và NNSM_SC_MRAS rất tốt.
Hình 4. 8: Hoạt động của hệ truyền động SPIM ở bốn góc phần tư
0 0.5 1 1.5 2
-15
-10
-5
0
5
10
15
Time (s)
Sp
eed
(ra
d/s
)
Reference
Measured
Estimated
0 0.5 1 1.5 2
-15
-10
-5
0
5
10
15
Time (s)
Sp
eed
(ra
d/s
)
Reference
Measured
Estimated
0 0.5 1 1.5 2
-10
-5
0
5
10
Time (s)
Spe
ed
erro
r (r
ad/
s)
0 0.5 1 1.5 2
-10
-5
0
5
10
Time (s)
Spe
ed
err
or (
rad
/s)
0 1 2 3 4 5 6 7
-5
0
5
10
15
20
25
Time (s)
Sp
ee
d
(r
ad
/s
)
Reference
Measured
Estimates
0 1 2 3 4 5 6 7
1
2
3
4
5
6
7
Time (s)
T
o
rq
u
e
(N
m
)
Reference
Measured
0 1 2 3 4 5 6 7
-5
0
5
Time (s)
Sp
ee
d
er
ro
r (
ra
d/
s)
0 1 2 3 4 5 6 7
0
0.5
1
Time (s)
Ro
tor
flu
x (
W
b)
Phird
Phirq
0 1 2 3 4 5 6 7
5
10
15
20
25
Time (s)
St
at
or
re
si
st
an
ce
R
s
Reference resistance various
Estimated resistance
Rs
1.5 Rs
2 Rs
2.5 2.51 2.52 2.53 2.54 2.55 2.56
-500
0
500
Time (s)
Vc
om
(V
)
2 2.5 3 3.5 4
-10
0
10
Time (s)
T
or
qu
e
(N
m
)
Tl
Te
2 2.5 3 3.5 4
-10
0
10
Time (s)
Sp
ee
d
(r
ad
/s
)
Reference
Measured
Estimation
2 2.5 3 3.5 4
-5
0
5
Time (s)
St
at
or
c
ur
re
nt
(A
)
isq Real
isq Est
isd Real
isd Ets
2 2.5 3 3.5 4
0
0.5
1
Time (s)
Ro
to
r f
lu
x
(W
b)
Phird real
Phird ets
Phirq real
Phirq ets
1.45 1.5 1.55
18
20
22
3.75 3.8 3.85
10
12
14
20
Hình 4. 9: Đáp ứng tốc độ trong chế độ động cơ và hãm tái sinh ở dải tốc độ thấp
a. Bộ quan sát NN_SC_MRAS sử dụng CM để ược lượng từ thông [130]
b. Bộ quan sát NN_SC_MRAS sử dụng SM để ược lượng từ thông
Sự bền vững trước nhiễu tải thay đổi đột ngột cũng được khảo sát như trong Hình
4.11 để chứng minh tính bền vững của chiến lược đề xuất.
Hình 4. 10: Đáp ứng tốc độ, mô men ở tốc độ 100 rad/s khi có nhiễu tải
4.4 Kết luận
Trong chương 4, tác giả xây dựng thành công bộ quan sát tốc độ thích nghi
sử dụng mạng nơ ron, điều khiển trượt kết hợp với bộ điều khiển BS_PCH và giải
thuật giảm điện áp common mode RCMV_4S_CBPWM Vcommid cho điều khiển
không cảm biến hệ truyền động SPIM. Thông qua các kết qủa mô phỏng đã chứng
minh rằng bộ quan sát tốc độ NNSM SC_MRAS đã làm việc chính xác ở dải tốc độ
thấp dưới 2 rad/s và tốc độ bằng không, không xuất hiện hiện tượng mất ổn định
trong chế độ hãm tái sinh, hệ làm việc ổn định, bền vững, không chịu ảnh hưởng từ
thay đổi tham số của động cơ và nhiễu tải. Mạng NN được huấn luyện bằng giải
thuật OLS tránh được các vấn đề về hội tụ và cực tiểu cục bộ, vì vậy, bộ quan sát tốc
độ mới được có tốc độ hội tụ nhanh và sai số ước lượng tốc độ thấp. Sử dụng bộ
quan sát tốc độ đề xuất có độ nhạy thấp đối với thay đổi các thông số động cơ và có
chất lượng động tốt, độ chính xác cao ở cả chế độ quá độ qua và ổn định.
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
-60
-40
-20
0
20
40
Time (s)
Sp
ee
d
(r
ad
/s
)
Reference
Measured
Estimated
2 3 4 5
-60
-40
-20
0
20
40
Time (s)
Sp
ee
d
(ra
d/
s)
Refe
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- tom_tat_luan_an_dieu_khien_thich_nghi_he_truyen_dong_dong_co.pdf