Ứng dụng điều khiển mờ trong điều khiển động cơ điện không đồng bộ ba pha

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN THẾ PHÚ

ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

Chuyên ngành: Tự ñộng hóa Mã số: 60.52.60

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2011

Công trình ñược hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS Đoàn Quang Vinh

Phản biện 1 :……….

Phản biện 2 :……….

Luận văn sẽ ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 07 tháng 05 năm 2011.

Có thể tìm hiểu luận văn tại :

- Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng

MỞĐẦU 1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của ñề tài

Hiện nay trong các hệ truyền ñộng hiện ñại, ñộng cơ ñiện không ñồng bộ ( ĐCKĐB ) ñang ñược sử rộng rãi.

Nguyên lý của ñiều khiển tựa theo từ trường là phương pháp ñược áp dụng nhiều nhất trong các sản phẩm thương mại.

Bản chất của ĐCKĐB là một ñối tượng mang ñặc ñiểm phi tuyến cả về cấu trúc lẫn tham số nên trong nhiều trường hợp vẫn có những vấn ñề nảy sinh (ví dụ như khi ñiện trở rotor thay ñổi theo nhiệt ñộ) thì việc sử dụng bộ ñiều chỉnh PID kinh ñiển sẽ không cho kết quả tốt. Điều khiển mờ ñược sử dụng trong ñiều khiển ñộng cơ không ñồng bộñược cho là giải pháp phù hợp hơn.

Đề tài “Ứng dụng ñiều khiển mờ trong ñiều khiển ñộng cơ ñiện không ñồng bộ ” nhằm chỉnh ñịnh các tham số của bộñiều chỉnh PID kinh ñiển mỗi khi tham số ñiện trở rotor của ñộng cơ thay ñổi, góp phần giải quyết ñược vấn ñề phức tạp trong cấu trúc truyền ñộng phi tuyến của ĐCKĐB.

2. Ý nghĩa của ñề tài

Hướng nghiên cứu về ứng dụng ñiều khiển mờ trong ñiều khiển ĐCKĐB rotor lồng sóc là phương pháp ñiều khiển mới, khắc phục một vài nhược ñiểm của hệ thống thiết kế theo các phương pháp tuyến tính kinh ñiển. Phương pháp ñiều khiển mờ các tham số PID là phương pháp thiết kế bộ ñiều chỉnh có khả năng thay ñổi ñược các thông số ñiều chỉnh PID, từñó giúp hệ thống ổn ñịnh trước sự thay ñổi của các tham số trong ñộng cơ.

3. Các mục tiêu của ñề tài

- Nghiên cứu ứng dụng ñiều khiển mờ vào việc chỉnh ñịnh các tham số bộ ñiều chỉnh PID trong trường hợp ñiện trở rotor thay ñổi.

- Xây dựng mô hình và mô phỏng trên Matlab-Simulink.

4. Các nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu ñối tượng ĐCKĐB Rotor lồng sóc, mô hình ñộng cơ KĐB Rotor lồng sóc trên hệ tọa ñộ dq.

- Nghiên cứu biến tần và các phương pháp ñiều khiển biến tần.

- Nghiên cứu cấu trúc của hệ truyền ñộng ñiện xoay chiều 3 pha ñiều khiển tựa theo từ thông rotor .

- Nghiên cứu vềñiều khiển PID, ñiều khiển mờ và áp dụng ñiều khiển mờ vào việc chỉnh ñịnh các tham số bộ ñiều chỉnh PID.

5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu là ñộng cơ không ñồng bộ rotor lồng sóc sử dụng biến tần ñiều khiển theo nguyên tắc ñiều chế vector không gian.

- Phạm vi nghiên cứu là áp dụng ñiều khiển mờ vào việc chỉnh ñịnh tham số PID trong cấu trúc ñiều khiển ĐCKĐB rotor lồng sóc trong trường hợp ñiện trở rotor thay ñổi.

6. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết.

- Xây dựng mô phỏng trên phần mềm Matlab-Simulink.

- Trên cơ sở các kết quả rút ra các kết luận.

7. Cấu trúc luận văn Mở ñầu

Chương 1: Mô hình hóa ñộng cơ KĐB và biến tần

Chương 2: Điều khiển hệ thống dùng các bộñiều chỉnh PID Chương 3: Giới thiệu về ñiều khiển mờ

Chương 4: Điều khiển logic mờ PID ñộng cơ không ñồng bộ Kết luận

α β

β

β α

α

β β

α β

σ

α β

α σ α

ωψ ψ

ωψ ψ

ψ σ σ σ σσωψ

ωψ σ σσ σ σψ

r r s r r

r r s r r

s s r r r s

s s r r

r s

T i p

T

T i p

T

L u i T

p T

L u i T

p T

' '

) 1 (

' '

) 1 (

' 1 ' 1

) 1 ( 1

' 1 ' 1

) 1 ( 1

+

= +

−

= +

− +

− +

−

= +

− +

− +

= +

) (

. 2.

3 ² _{' '}

α β β

α ψ

ψr s r s r

m

c i i

L p L

M = −

CHƯƠNG 1

MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ BIẾN TẦN

1.1. Mô hình hóa ñộng cơ không ñồng bộ 1.1.1. Mô tả ñộng cơ không ñồng bộ

1.1.2. Phép chuyển vị tuyến tính không gian vector và hệ phương trình cơ bản của ĐCKĐB trong không gian vector

1.1.2.1. Phép chuyển vị tuyến tính không gian vectơ:

1.1.2.2. Hệ phương trình cơ bản của ñộng cơ trong không gian vector

1.1.3 Mô hình ñộng cơ trên hệ tọa ñộ ααααββββ

Hệ phương trình mô tả ñộng cơ không ñồng bộ trên hệ toạ ñộ αβ:

(1-17)

(1-18)

Mô hình ñiện cơ của ĐCKĐB trên hệ tọa ñộ αβ:

Hình 1.7 Mô hình ñộng cơ trên hệ toạ ñộ cố ñịnh αβ 1.1.4. Phương trình trạng thái trên hệ tọa ñộ tựa theo từ

thông rotor dq

Hệ phương trình mô tả ñộng cơ không ñồng bộ trên hệ toạ ñộ dq:

rd sq r r

sd rd r

sq s rd sd

s sq

sd s rq rd

r sq s sd

T i

i p

T

L u i

i T p

L u i T

i T p

' 1

' ) 1 (

' 1 ) 1

( 1

' 1 ' 1

) 1 ( 1

ω ψ

ψ

ωψ σ σ ω σ

ψ σ σ ψ σ

σ ω σ

σ σ

=

= +

− +

−

−

= +

− +

− + +

= +

(1-23)

sq rd r m

c i

L p L

M . . '

2

3 ² ψ

=

(1-24)

M_C

σT1-σ r

T_σ 1+pT 1

σLs

1-σ σTr

T_σ 1+pT 1

σLs

σL1-σ m

T_r 3p_cL_m

2L_r u_s

u_sβ

i

_sα

i_sβ

-

-

-

ψ'rβ

ψ'rα

M 1 ω

1+pT_r

p_c pJ

1 1+pT_r

Mô hình ñiện cơ của ĐCKĐB trên hệ tọa ñộ dq: Hình 1.10.

Hình 1.10 Mô hình ñộng cơ trên hệ tọa ñộ quay dq 1.1.5. Tính phi tuyến của mô hình ĐCKĐB

• Cấu trúc phi tuyến: Do sự phụ thuộc vào ωs.

• Tham số phi tuyến: Do ñiện cảm phụ thuộctừ thông rotor, ñiện trở rotor thay ñổi theo nhiệt ñộ...

• Ngoài ra ĐCKĐB còn có ñặc ñiểm phi tuyến rác: Cấu trúc mạch từ của ñộng cơ không liên tục, hiệu ứng mặt ngoài, dòng ñiện Fucô….

1.1.6. Mô phỏng ñộng cơ không ñồng bộ

• Nguồn xoay chiều ba pha ñối xứng có U_p = 220V, f = 50 Hz.

• Động cơ KĐB ba pha với các thông sốñịnh mức:

- Công suất ñịnh mức Pñm = 7500 (W) - Tốc ñộñịnh mức nñm = 930 (vòng/phút) - Điện áp ñịnh mức Uñm =380 (V)

- Tần sốñịnh mức fñm = 50 (Hz) 1

p

1 T_r T_σ 1+pT 1

σLs

1 1+pT

p_c pJ

T_σ 1+pT 1

σLs

1-σ T_r σ

3p_cL 2L_r u_sd

u_sq

i_sd

i_sq

-

ψ'r

M MC

e^{-j θs}

: u_sα

u_sβ

-

ω ωs

ωr

ω

θs

- Hệ số công suất ñịnh mức cosϕ^ñm = 0.83 - Dòng ñiện ñịnh mức Isñm = 17.5 (A) - Điện trở stator R_sñm = 0.9 (Ω)

- Điện kháng stator X_s = 0.663 (Ω) - Dòng ñiện rotor I_rñm = 13.6 (A) - Điện trở rotor Rr = 0.86 (Ω) - Điện kháng rotor X_r = 0.75 (Ω) - Mômen quán tính J = 0.212 (kg.m2) - Số ñôi cực từ P_c =3.

• Tại thời ñiểm ban ñầu khi mở máy ñộng cơ M_c = 0, sau thời gian t = 0,5 (s) momen tải M_c tăng lên bằng momen ñịnh mức của ñộng cơ: Mc = Mñm = 77 (N.m)

a. Mô phỏng ñộng cơ trên hệ tọa ñộ alpha – beta:

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0

50 100

time (s)

w (rad/s)

dap ung toc do theo tai

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0 0.5 1 1.5

time (s)

Fir (Wb)

dap ung tu thong theo tai

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0 500

time (s)

M (N.m) dap ung momen theo tai

* Kết quả mô phỏng:

b. Mô phỏng ñộng cơ trên hệ tọa ñộ dq:

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0 50 100

time (s)

w (rad/s)

dap ung toc do theo tai

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0 0.5 1 1.5

time (s)

Fir (Wb)

dap ung tu thong theo tai

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0 500

time (s)

M (N.m)

dap ung momen theo tai

* Kết quả mô phỏng:

* Nhận xét các kết quả mô phỏng:

Từ các kết quả mô phỏng trên, tác giả nhận xét rằng cả hai mô hình xây dựng trên các hệ tọa ñộ αβ và dq có cùng kết quả mô phỏng với mô hình ñộng cơ có trong thư viện Simpower Systems..

1.2. Thiết bị biến tần và các phương pháp ñiều khiển biến tần 1.2.1. Mô tả về cấu trúc bộ biến tần

1.2.1.1. Biến tần trực tiếp 1.2.1.2. Biến tần gián tiếp 1.2.2. Mô tả toán học bộ biến tần

1.2.3 Các phương pháp ñiều khiển biến tần

1.2.3.1. Phương pháp ñiều chế ñộ rộng xung PWM 1.2.3.2. Phương pháp ñiều chế vector không gian (SVM)

CHƯƠNG 2

ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 2.1. Xây dựng cấu trúc ñiều khiển hệ biến tần – ĐCKĐB

Hình 2.2 Cấu trúc ñiều khiển tựa theo từ thông rotor 2.2. Tổng hợp các bộ ñiều chỉnh tuyến tính

2.2.1. Tuyến tính hóa mô hình ĐCKĐB

MHTT

M isα

Đo tốc ñộ quay Điều chế vector

UDC

+ -

= 3 ~

θ

isd

isq

isc

usq

usd usα

isβ

usβ

i^*sq

i*sd

ta

tb

tc

a b c

3 2 αβ dq dq αβ

ω ω Ψrd

ω^* Ψ^*rd

isa

isb

Rω

RΨ

RI

DTT

7

1

2

3 4

5 8

9 1

0 1

1

-

- -

-

ω Km

M^*

Ψrd

6

er

p T R

s s

+ 1

/ 1

p T L

r m

+ 1

Ls x

Lnm

x

p T R

nm nm

+ 1

/ 1

r c m

L p L 2 3

x

Jp p_c

-

-

- i_sq

Usd

U_sq

i_sd

e_sq e_sd

Ψrd

M Mc

ω

ω_s

ωr

Hình 2.5 Mô hình gần ñúng của ĐCKĐB trong hệ tọa ñộ dq.

2 2

2 2 1

1 p T p F T

c c

ch = + +

3 3 2 2

8 8

4 1

4 1

p T p T p T

p F T

c c

c

c

ch + + +

= +

s nl i

s

K T

R L ^.ω

. .

12 =2

s nl i

nm

K T

R L ^.ω

. .

21 = 2

2.2.2. Các tiêu chuẩn tổng hợp bộ ñiều chỉnh PID - Hàm chuẩn theo tiêu chuẩn tối ưu môñun:

- Hàm chuẩn tối ưu ñối xứng:

2.2.3. Tổng hợp các bộ ñiều chỉnh PID

2.2.3.1. Tổng hợp hai bộ ñiều chỉnh dòng ñiện tách kênh trực tiếp

p T K T

L K

T L L pT

K K R T

s nl i

s nl

i s s

s i nl i

1 . . . 2 .

. ) 2 1 1

.(

. . . . 2

1

11 = + = +

p T K T

L K

T L L pT

K K R T

nm nl i

nm nl

i nm nm

nm i nl i

1 . . . 2 . . ) 2 1 1

.(

. . . . 2

1

22 = + = +

2.2.3.2. Tổng hợp bộñiều chỉnh từ thông

p T L K T L K

T p

T L K

p R T

s m s

m r s

m r

Ψ Ψ

Ψ

Ψ = + = +

2 1 2

2 1

2.2.3.3. Tổng hợp bộ ñiều chỉnh tốc ñộ

p T K K

J K

K J p JT K K

p R T

i i

i

2 1 2 1 2

1

4 2 4 1

8

1+ = +

ω =

2.3. Mô phỏng hệ thống dùng Matlab – Simulink

* Sơ ñồ cấu trúc hệ thống trên Simulink:

• Động cơ KĐB ba pha với các thông số ñịnh mức:

- Công suất ñịnh mức Pñm = 7500 (W) - Tốc ñộ ñịnh mức nñm = 930 (vòng/phút) - Điện áp ñịnh mức Uñm =380 (V)

- Tần số ñịnh mức fñm = 50 (Hz)

- Hệ số công suất ñịnh mức cosϕñm = 0.83 - Dòng ñiện stator ñịnh mức I_sñm = 17.5 (A) - Dòng ñiện không tải Is0m = 11.8 (A)

- Điện trở stator R_s = 0.9 (Ω) - Điện kháng stator Xs = 0.663 (Ω) - Dòng ñiện rotor I_rñm = 13.6 (A) - Điện trở rotor Rr = 0.86 (Ω) - Điện kháng rotor X_r = 0.75 (Ω) - Mômen quán tính J = 0.212 (kg.m2) - Số ñôi cực từ P_c =3.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

0 20 40 60 80 100 120

time (s)

w*, w (rad/s)

DAP UNG TOC DO DONG CO THEO TAI

toc do dat toc do thuc

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

0 50 100 150 200 250 300

time (s)

M (N.m)

DAP UNG MOMEN DONG CO THEO TAI

momen dong co theo tai

• Tải của ñộng cơ có momen cản M_c thay ñổi như sau: Tại thời ñiểm ban ñầu khi mở máy ñộng cơ Mc = 0, sau thời gian t = 2 (s) momen tải M_c tăng lên bằng momen ñịnh mức của ñộng cơ: M_c = Mñm = 77 (N.m)

• Giá trị ñặt cho bộ ñiều chỉnh từ thông: 0.8924 (wb).

• Giá trịñặt cho bộñiều chỉnh tốc ñộ: 97.3894 (rad/s)

* Kết quả mô phỏng khi Rr = 0.86 (Omh) như sau:

- Tốc ñộ quay rotor:

- Momen quay:

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

time (s)

Fir*, Fir (wb)

DAP UNG TU THONG ROTOR THEO TAI

tu thong dat tu thong thuc

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

0 20 40 60 80 100 120

time (s)

w*, w (rad/s)

DAP UNG TOC DO DONG CO THEO TAI

toc do dat toc do thuc

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

0 50 100 150 200 250 300

time (s)

M (N.m)

DAP UNG MOMEN DONG CO THEO TAI

momen dong co theo tai

- Từ thông:

* Kết quả mô phỏng khi ñiện trở rotor thay ñổi: R’r = 1.5*Rr - Tốc ñộ quay rotor

- Momen quay:

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

time (s)

Fir*, Fir (wb)

DAP UNG TU THONG ROTOR THEO TAI

tu thong dat tu thong thuc

- Từ thông

2.4. Nhận xét kết quả mô phỏng

Từ các kết quả mô phỏng trên ta thấy rằng, trong cấu trúc ñiều khiển tựa theo từ thông rotor hệ biến tần – ñộng cơ không ñồng bộ ba pha sử dụng các khâu ñiều chỉnh tuyến tính theo luật PI, khi ñiện trở mạch rotor thay ñổi sẽ dẫn ñến ñáp ứng các thông số hệ thống như tốc ñộ, từ thông, momen cũng sẽ có sự thay ñổi, mà cụ thể là ñặc tính quá ñộ các thông số này không tốt. Hơn nữa, tốc ñộ ñộng cơ dễ mất ổn ñịnh hơn khi có sự thay ñổi của tải, không ñảm bảo chất lượng ñiều khiển. Điều này phản ánh rằng các khâu ñiều chỉnh PI chỉ thích hợp khi các tham sốñộng cơ là hằng. Thực tế, khi ñộng cơ vận hành, các tham số ñộng cơ cũng sẽ thay ñổi nên các khâu ñiều chỉnh PI sẽ không còn phù hợp nữa, mà cần có một giải pháp ñiều chỉnh khác mang lại chất lượng và hiệu quả hơn.

CHƯƠNG 3

GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KHIỂN MỜ 3.1. Tổng quan về ñiều khiển mờ

3.1.1. Định nghĩa tập mờ

3.1.2. Một vài dạng hàm liên thuộc thường ñược sử dụng 3.1.3 Mô hình mờ Mamdani.

3.2. Cấu trúc bộ ñiều khiển mờ

3.3. Tổng hợp bộ ñiều khiển mờ Khối luật

mờ Khối mờ hóa

(fuzzifiers)

Khối hợp thành Đầu vào

X

Đầu ra Y Khối

giải mờ

Hình 3.1 Sơ ñồ khối chức năng của bộ ñiều khiển mờ.

µ

Luật ñiều khiển

Thiết bị hợp thành Giao diện

ñầu vào

Giao diện ñầu ra

Bộ ñiều khiển

Đối tượng ñiều khiển

Thiết bị ño lường e

e y

x u

u B’

Hình 3.8 Cấu trúc của bộ ñiều khiển mờ cơ bản

CHƯƠNG 4

ĐIỀU KHIỂN LOGIC MỜ PID ĐCKĐB

4.1. Sơ ñồ cấu trúc của hệ thống có ñiều khiển mờ chỉnh ñịnh tham số PI

Các tham số của bộ ñiều chỉnh cần chỉnh ñịnh mờ gồm: K_pΨ, KPω, Kiω, Ki2.

BỘ CHỈNH ĐỊNH MỜ

THIẾT BỊ CHỈNH ĐỊNH

BỘ ĐIỀU

KHIỂN PI ĐỐI TƯỢNG

dt de

e x

y u

Hình 4.1 Sơñồ cấu trúc của bộñiều khiển mờ chỉnh ñịnh PI

Hình 4.2 Sơ ñồ cấu trúc của hệ thống sử dụng các khâu chỉnh

MHTT

M isα

Đo tốc ñộ quay Điều chế

vector

UDC

+ -

= 3 ~ θ_s

isd

isq

isc

usq

usd

usα

isβ

usβ

i*sq

i*sd

ta

tc

a bc

3 2 αβ dq

dq αβ

ω Ψrd

ω^* Ψ^*rd

isa

isb

Rω

RΨ

RI

- -

-

-

ω

tb

dt d

dt d dt

d Ki2

KpΨ

Kpω

4.2. Xác ñịnh các tín hiệu vào/ra của khâu chỉnh ñịnh mờ

4.2.1. Đối với khâu chỉnh ñịnh mờ của bộ ñiều chỉnh từ thông RΨ

+ Tín hiệu ñầu vào: Đầu vào thứ nhất là sai lệch từ thông eΨ, ñầu vào thứ hai là tốc ñộ biến thiên sai lệch từ thông.

+ Tín hiệu ñầu ra: Là hệ số chỉnh ñịnh của KpΨ.

4.2.2. Đối với khâu chỉnh ñịnh mờ của bộ ñiều chỉnh tốc ñộ R^ω + Tín hiệu ñầu vào: Đầu vào thứ nhất là sai lệch tốc ñộ eω, ñầu vào thứ hai là tốc ñộ biến thiên của sai lệch tốc ñộ.

+ Tín hiệu ñầu ra: Là hệ số chỉnh ñịnh của K_pω.

4.2.3. Đối với khâu chỉnh ñịnh mờ của bộ ñiều chỉnh dòng R22

+ Tín hiệu ñầu vào: Đầu vào thứ nhất là sai lệch dòng eisq, ñầu vào thứ hai là tốc ñộ biến thiên theo của sai lệch dòng.

+ Tín hiệu ñầu ra: Là hệ số chỉnh ñịnh của Ki2 TT Tín hiệu vào/ra Miền giá trị

1. eΨ -0.9 0.9

2. deΨ/dt -0.1 0.1

3. KpΨ 0 70

4. eω -100 100

5. deω/dt -10 10

6. Kpω 0 400

7. eisq -20 20

8. deisq/dt -2 2

9. Ki2 0 4.5

4.3. Xây dựng cấu trúc các bộ ñiều khiển mờ

4.3.1 Xây dựng cấu trúc cho bộ ñiều khiển mờ chỉnh ñịnh tham số KpΨ của RΨ

4.3.2. Xây dựng cấu trúc cho bộ ñiều khiển mờ chỉnh ñịnh tham số KPω của Rω

4.3.3. Xây dựng cấu trúc cho bộ ñiều khiển mờ chỉnh ñịnh tham số Ki2 của R22

4.4. Xây dựng luật chỉnh ñịnh mờ các tham số PI

• Tổng hợp luật chỉnh ñịnh Kp.

dt t de )(

AL AN K DN DL

AL L L L L L

AN NH NH NH TB L

K L TB K TB L

DN L TB TB TB NH

e(t)

DL L L L L L

• Tổng hợp luật chỉnh ñịnh K_i. dt

t de )(

AL AN K DN DL

AL L L L L L

AN TB NH NH TB L

K L TB K L NH

DN TB L L TB TB

e(t)

DL L L L L L

1.3. Tổng hợp các khâu trong bộ ñiều khiển mờ 4.5.1. Bộ ñiều khiển mờ của RΨ

Hình 4.6 Bộ ñiều khiển R_Ψ sau khi chỉnh ñịnh mờ 4.5.2. Bộ ñiều khiển mờ của Rω

Hình 4.7 Bộ ñiều khiển R_ω sau khi chỉnh ñịnh mờ 4.5.3 Bộ ñiều khiển mờ của R22

Hình 4.8 Bộ ñiều khiển R₂₂ sau khi chỉnh ñịnh mờ

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

0 20 40 60 80 100 120

time (s)

w*, w (rad/s)

DAP UNG TOC DO DONG CO THEO TAI

toc do dat toc do thuc

1.4. Mô phỏng hệ thống dùng Matlab – Simulink

* Sơ ñồ cấu trúc trên Simulink:

- Các thông số của ñộng cơ, tải và giá trị ñặt của tốc ñộ, từ thông rotor giống như hệ thống ñiều khiển dùng các bộñiều chỉnh PI.

* Kết quả mô phỏng khi Rr = 0.86 (Omh) - Tốc ñộ quay rotor:

Thời ñiểm ñưa tải vào

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0

50 100 150 200 250 300

time (s)

M (N.m)

DAP UNG MOMEN DONG CO THEO TAI

momen dong co theo tai

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

time (s)

Fir*, Fir (wb)

DAP UNG TU THONG ROTOR THEO TAI

tu thong dat tu thong thuc

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

0 20 40 60 80 100 120

time (s)

w*, w (rad/s)

DAP UNG TOC DO DONG CO THEO TAI

toc do dat toc do thuc

- Momen quay:

- Từ thông:

* Kết quả mô phỏng khi ñiện trở rotor thay ñổi: R’r = 1.5 Rr - Tốc ñộ quay rotor

Thời ñiểm ñưa tải vào

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

0 50 100 150 200 250 300

time (s)

M (N.m)

DAP UNG MOMEN DONG CO THEO TAI

momen dong co theo tai

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

time (s)

Fir*, Fir (wb)

DAP UNG TU THONG ROTOR THEO TAI

tu thong dat tu thong thuc

- Momen quay:

- Từ thông:

4.4. Nhận xét kết quả mô phỏng

Từ các kết quả mô phỏng chương 2 và chương 4, tác giả lập bảng so sánh các ñặc tính làm việc của các thông số ñộng cơ ñể làm cơ sở ñánh giá chất lượng của hệ thống ñiều khiển như sau:

HT dùng PI HT dùng mờ PI Các chỉ tiêu ñánh

giá

Khi Rr

= 0.86 Ω

Khi Rr = 1.5*0.86

Ω

Khi Rr

= 0.86 Ω

Khi Rr = 1.5*0.86

Ω Thời gian quá ñộ (tốc

ñộ, momen, từ thông) 0.45s 0.5s 0.45s 0.45s Độ quá ñiều chỉnh

(tốc ñộ, từ thông) ≈ 0 0 ≈ 0 0

Sai lệch tĩnh (tốc ñộ,

từ thông) 0 0 0 0

Dao ñộng tốc ñộ theo

tải nhiều nhiều ít ít

Dao ñộng từ thông theo tải

Không

có ít Không

có

Không có Từ bảng so sánh trên, thấy rằng: Trong cấu trúc ñiều khiển tựa theo từ thông rotor hệ biến tần – ñộng cơ không ñồng bộ ba pha sử dụng các bộ ñiều khiển mờ ñể chỉnh ñịnh các tham số PI khi ñiện trở mạch rotor thay ñổi sẽ dẫn ñến ñáp ứng các thông số hệ thống như tốc ñộ, từ thông, momen hầu như không ñổi và các ñặc tính quá ñộ các thông số này tốt tốt hơn hẳn so với khi dùng các bộ ñiều chỉnh PI kinh ñiển. Điều này phản ánh rằng giải pháp ñiều chỉnh ñịnh PI thông qua ñiều khiển mờ ñã mang lại chất lượng và hiệu quả tốt hơn.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận

- Luận văn ñã giải quyết khá thành công việc ứng dụng logic mờ trong việc chỉnh ñịnh các tham số của các bộ ñiều chỉnh PI, qua ñó ñã mở ra một hướng ñi mới trong việc ñiều khiển hệ truyền ñộng biến tần - ñộng cơ không ñồng bộ. Hệ truyền ñộng ñiều khiển “tựa theo từ thông rotor” với phương pháp tuyến tính hóa, cấu trúc thu ñược ñã ñảm bảo tách kênh trực tiếp hai thành phần ñiều khiển là thành phần tạo từ thông và thành phần tạo mômen.

- Để ñiều khiển hệ biến tần - ñộng cơ không ñồng bộ, luận văn ñã sử dụng hai phương pháp ñiều khiển là sử dụng các bộ ñiều khiển PI kinh ñiển và sử dụng ñiều khiển logic mờñể chỉnh ñịnh các tham số PI khi ñiện trở rotor thay ñổi trong quá trình ñộng cơ vận hành, mô phỏng ñược tiến hành dựa trên phần mềm Matlab/Simulink. Kết quả ñã cho thấy phương pháp sử dụng ñiều khiển mờ cho ñáp ứng tốt hơn, là một hướng ñi ñầy triển vọng, có thể áp dụng phương pháp này trong trong thực tiễn công nghiệp.

2. Kiến nghị

- Đề tài mới chỉ ñưa ra cách giải quyết vấn ñề trên cơ sở lý thuyết và thử nghiệm bằng mô hình mô phỏng, do vậy khi triển khai trong thực tiễn chắc chắn sẽ còn nhiều vấn ñề phải quan tâm.

- Đề tài cũng mới chỉ dừng lại ở việc chỉnh ñịnh mờ theo tham số phi tuyến là ñiện trở rotor, còn các tham số phi tuyến khác của ñộng cơ nhưñiện cảm, ảnh hưởng của dòng ñiện fucô, ... thì chưa thể áp dụng ñiều khiển mờ ñược, ñó cũng là một trong những hướng phát triển trong tương lai của ñề tài.

- Nghiên cứu ứng dụng Neural – Fuzzy, lọc Kalman mở rộng ñể ước lượng online ñiện trở Rr và hiệu chỉnh ñược các tham số PI.