Tổng hợp cấu trúc điều khiển động cơ không đồng bộ khớp mềm

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. 3 DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ. 5 DANH MỤC BẢNG BIỂU. TỔNG QUAN HỆ ĐIỀU KHIỂN VECTOR TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ KĐB THEO NGUYÊN LÝ TỰA TỪ THÔNG ROTOR .2 Tổng quan về điều khiển hệ truyền động KĐB .1 Tổng quan các phương pháp điều khiển hệ truyền động KĐB .2 Tổng quan các phương pháp điều khiển mạch vòng điều chỉnh……………………….3 Tiêu chí đánh giá chất lượng điều khiển hệ truyền động KĐB .4 Tình hình và định hướng nghiên cứu trong và ngoài nước .5 Định hướng nghiên cứu của luận án.

MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG KĐB .1 Mô hình điều khiển động cơ KĐB-RLS trên hệ tọa độ dq .2 Phần tải của hệ truyền động .2 Đặc điểm tải điển hình của hệ truyền động điện .3 Phân tích động lực học khớp nối mềm .3 Giới hạn nghiên cứu .4 Mô hình ĐK truyền động động cơ KĐB với tải có khớp nối mềm .5 Kết luận chương 2. TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN MẠCH VÒNG DÒNG STATOR .2 Tổng hợp và đánh giá các bộ điều khiển dòng stator .1 Thiết kế bộ điều khiển dòng stator kiểu PI .2 Thiết kế bộ điều khiển dòng stator sử phương pháp TTHCX .3 Thiết kế bộ điều khiển dòng stator trên cơ sở nguyên lý phẳng .4 Thiết kế bộ điều khiển dòng stator deadbeat truyền thống .5 Thiết kế cải tiến bộ điều khiển dòng stator deadbeat .3 Đáp ứng mô-men khi mạch vòng dòng stator nhanh, chính xác, tách kênh .4 Kết luận chương 3. TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN MẠCH VÒNG TỐC ĐỘ .2 Tổng hợp, đánh giá các thiết kế bộ điều khiển tốc độ hệ truyền động động cơ KĐB với tải có khớp nối cứng .1 Thiết kế bộ điều khiển PI tốc độ kiểu .2 Thiết kế bộ điều khiển tốc độ theo phương pháp backstepping .3 Thiết kế bộ điều khiển tốc độ dựa trên nguyên lý phẳng .4 Kết quả mô phỏng về đánh giá độ bền vững hệ thống .3 Đặc điểm hệ truyền động động cơ KĐB ghép với tải qua khớp nối mềm .1 Khảo sát ảnh hưởng của các thông số đối tượng đến hệ truyền động .2 Thiết kế bộ điều khiển tốc độ, từ thông dựa trên nguyên lý phẳng .3 Thiết kế bộ điều khiển tốc độ, từ thông theo phương pháp backstepping .4 Kết quả mô phỏng off-line và mô phỏng thời gian thực (HIL) .4 Kết luận chương 4. 117 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

119 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 122 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 132 Phụ lục A: Thông số của động cơ KĐB-RLS sử dụng trong quá trình mô phỏng và thực nghiệm. 132 Phụ lục B: Thông số của truyền động động cơ KĐB với tải có khớp nối mềm sử dụng trong quá trình mô phỏng và thực nghiệm.

133 Phụ lục C: Các thiết kế mô phỏng Matlab/Simulink và triển khai thực nghiệm. 133 Phụ lục D: Mô hình thực nghiệm. 135 Phụ lục E: Cấu trúc thực hiện thực nghiệm HIL. 141 2 luan an DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT s , r Tốc độ góc của các vector thuộc mạch điện stator, rotor Tốc độ góc cơ học của rotor is Vector dòng stator isd , isq , is , is Các thành phần của vector dòng stator trên hệ tọa độ dq và β ir Vector dòng rotor ird , irq , ir , ir Các thành phần của vector dòng rotor trên hệ tọa độ dq và β s Vector từ thông stator sd , sq Các thành phần của vector từ thông stator trên hệ tọa độ dq Ψr Vector từ thông rotor rd , rq Các thành phần của vector từ thông stator trên hệ tọa độ dq us Vector điện áp stator usd , usq Các thành phần của vector điện áp stator trên hệ tọa độ dq A Ma trận hệ thống B Ma trận đầu vào N Ma trận tương tác phi tuyến u Vector biến đầu vào x Vector biến trạng thái y Vector biến đầu ra r Vector bậc tương đối L( x) Ma trận tách kênh Lm Hỗ cảm giữa stator và rotor Ls , Lr Điện cảm stator và rotor L s, L r Điện cảm tản phía stator và rotor Rs , Rr Điện trở stator và rotor Hệ số từ tản toàn phần zp Số cặp cực J Mô-men quán tính J1, J2 Mô-men quán tính động cơ và tải 1 ; 2 Gia tốc góc động cơ và tải 1 1 ; 2 2 Vận tốc góc động cơ và tải 1 ; 2 Góc quay động cơ và tải mM ; mL Mô-men động cơ, mô-men tải 3 luan an mmax ; mmin Mô-men cực đại, cực tiểu c Hệ số cứng trục nối d Hệ số tắt dần Backstepping Cuốn chiếu ĐCVTKG Điều chế vector không gian ĐCMCKTĐL Động cơ một chiếu kích từ độc lập DTC Direct Torque Control – điều khiển mô-men trực tiếp ĐK Điều khiển DSP Digital Signal Processor Exact Tuyến tính hóa chính xác Linearizatiom FOC Field Oriented Control FPGA Field Programmable Gate Array ĐCVTKG Điều chế vector không gian FRT Finite response time HIL Hardware-in-the -lood IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor IM Induction motor MIMO Multi-Input – Multi-Output MCKTĐL Một chiều kích từ độc lập MHTT Mô hình tính toán từ thông KĐB-RLS Không đồng bộ -rotor lồng sóc KĐB Không đồng bộ Latness Tựa phẳng MPC Model Predictive Control PI Proportional-Intergral PWM Pulse Width Modulation TTHCX Tuyến tính hóa chính xác T4R Tựa từ thông rotor 4 luan an DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Các phương pháp điều khiển hệ truyền động động cơ KĐB .2 Phương pháp điều khiển tựa theo từ thông rotor (FOC) .3 Phương pháp điều khiển các mạch vòng hệ truyền động động cơ KĐB .4 Tiêu chí đánh giá chất lượng điều khiển hệ truyền động KĐB .5 Đáp ứng của hệ điều khiển truyền động điện .1 Cấu trúc mô hình điều khiển động cơ KĐB-RLS .2 Sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ KĐB-RLS .3 Đặc tính tải phản kháng mô-men không đổi .4 Đặc tính tải thế có mô-men không đổi .5 Đặc tính cơ của mô-men ma sát (a) và sơ đồ hàm truyền (b) Đặc tính tải của truyền động bơm, quạt (c); Sơ đồ khối (d) .6 Đặc tính cơ của tải công suất không đổi (a); Sơ đồ khối (b) .7 Hệ truyền động ghép mềm động cơ với phụ tải .8 Cấu trúc hệ truyền động ghép mềm động cơ với phụ tải .9 Cấu trúc dạng sơ đồ khối hệ ghép mềm với phụ tải (a) Mô hình đầy đủ và (b) Mô hình biến đổi để tìm hàm truyền .10 Đồ thị biên–tần của Gs1 .11 Đồ thị Bode của GS 1  s  : Dạng đồ thị khi tỷ lệ quán tính x thay đổi .12 Đồ thị biên–tần của Gs2 với các giá trị d khác nhau .1 Cấu trúc bộ điều khiển PI dòng stator.2 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm đáp ứng động học dòng isd , isq, tốc độ của bộ điều khiển PI dòng stator.3 Cấu trúc chuyển đổi tọa độ trạng thái của một hệ phi tuyến sang tuyến tính thay thế.4 Cấu trúc bộ điều khiển dòng stator sử dụng phương pháp tuyến tính hóa chính xác .5 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm đáp ứng dòng isd, isq và tốc độ của bộ điều khiển sử dụng TTHCX dòng stator.6 Cấu trúc điều khiển vòng hở sử dụng mô hình đảo .7 Cấu trúc ĐK vòng kín sử dụng mô hình đảo, thiết lập quỹ đạo phản hồi.

54 5 luan an Hình 3.8 Cấu trúc ĐK dòng stator dựa trên nguyên lý tựa phẳng .9 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm đáp ứng dòng isd , isq và tốc độ của bộ điều khiển dựa trên nguyên lý phẳng dòng stator .10 Cấu trúc ĐK số tổng quát hệ SISO trên miền thời gian gián đoạn .11 Giá trị đặt và thực của hệ SISO với tốc độ đáp ứng hữu hạn .12 Sơ đồ khối vòng ĐK dòng stator is của động cơ KĐB trên hệ tọa độ dq.13 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm đáp ứng dòng isd , isq và tốc độ của bộ điều khiển deadbeat truyền thống dòng stator .14 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm bộ điều khiển deadbeat truyền thống dòng stator khi Tr giảm .15 Cấu trúc bộ điều khiển dòng stator deadbeat cải tiến .16 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm đáp ứng dòng isd isq và tốc độ của bộ điều khiển dòng stator deadbeat cải tiến .17 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm bộ ĐK dòng stator deadbeat cải tiến.18 Cấu trúc ĐK tốc độ động cơ KĐB-RLS khi vòng ĐK dòng stator thiết kế nhanh, chính xác và tách kênh .19 Cấu trúc ĐK mô-men động cơ ghép mềm với phụ tải(vùng trên tốc độ cơ bản) .1 Cấu trúc bộ ĐK tốc độ PI khi động cơ ghép cứng với phụ tải .2 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm đáp ứng tốc độ và mô-men –bộ ĐK PI tốc độ.3 Cấu trúc tổng quát điều khiển backstepping .4 Cấu trúc ĐK mạch vòng tốc độ theo phương pháp backstepping khi động cơ ghép cứng với phụ tải .5 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm đáp ứng từ thông, tốc độ và mô-mentheo phương pháp backstepping .6 Sơ đồ cấu trúc bộ ĐK tốc độ dựa trên nguyên lý phẳng khi động cơ ghép cứng với phụ tải .7 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm đáp ứng tốc độ và mô-men theo nguyên lý phẳng .8 Đáp ứng tốc độ, mô-men và giá trị điện trở Rr tăng .9 Cấu trúc điều khiển tốc độ PI của hệ truyền động động cơ KĐB. 96 ghép với khớp qua khớp nối mềm .10 Đồ thị đặc tính biên – pha của hệ khi thay đổi c .11 Đáp ứng tốc độ động cơ và tải khi thay đổi hệ số cứng trục nối c. 97 6 luan an Hình 4.12 Đồ thị đặc tính tần biên –pha khi thay đổi hệ số .13 Đáp ứng tốc độ động cơ và tải khi thay đổi hệ số giảm chấn d.14 Đồ thị đặc tính tần biên –pha khi thay đổi hệ số( ) .15 Đáp ứng tốc độ động cơ và tải khi thay đổi tỷ lệ mô-men quán tính J1 / J 2 .17 Cấu trúc thiết kế bộ ĐK tốc độ, từ thông dựa trên nguyên lý phẳng cho hệ ghép mềm động cơ với phụ tải .18 Cấu trúc thiết kế bộ ĐK tốc độ, từ thông theo phương pháp backstepping cho hệ ghép mềm động cơ với phụ tải .19 Kết quả mô phỏng Matlab/Simulink và HIL đáp ứng tốc độ thực tải và động cơ tại ( ) 1000 vòng/phút .20 Kết quả mô phỏng Matlab/Simulink và HIL đáp ứng tốc độ thực tải và động cơ tại ( ) 1vòng/phút. 115 Cấu trúc ĐK bộ ĐK dòng stator kiểu deadbeat đề xuất (mô phỏng và thực nghiệm) [[ Hình 5.2 Cấu trúc ĐK bộ ĐK tốc độ, từ thông dựa trên nguyên lý phẳng của hệ ghép mềm động cơ với phụ tải .3 Cấu trúc ĐK bộ ĐK tốc độ, từ thông theo backstepping của hệ ghép mềm động cơ với phụ tải .