Đề cương luận văn Điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha bằng phương pháp mô hình nội kết hợp Neuron

mô hình ngược cũng có thể xây dựng dựa trên 2 phương trình tương ứng với mô hình thuận:
Phương trình đúng: là một hệ phi tuyến.
Phương trình đơn giản: là hệ phương trình gấn đúng tuyến tính, làm giảm phi tuyến của động cơ.
Bộ lọc IMC: Là bộ lọc thông thấp
	Đáp ứng của bộ lọc thông thấp này (IMC Filter) sẽ bằng với đáp ứng của hệ thống điều khiển.
Chương 3: 
CÁC KẾT QUẢ XÂY DỰNG VÀ MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB
-----------------
Các đại lượng và ký hiệu dùng trong các phương trình và mô phỏng:
	usu(t), usv(t), usw(t) 	: Điện áp trên 3 cuộn dây pha của stator
	Ysu(t), Ysv(t), Ysw(t) 	: Từ thông móc vòng trên 3 dây quấn stator
	Rs	: Điện trở dây quấn stator
	: Vecto dòng stator trên hệ quy chiếu stator
	: Vecto từ thông stator trên hệ quy chiếu stator
	: Vecto dòng rotor trên hệ quy chiếu rotor
	: Vecto từ thông rotor trên hệ quy chiếu rotor
	Rr	: Điện trở dây quấn rotor quy đổi qua hệ stator
	Lm	: Hỗ cảm giữa rotor và stator	
	Lss	: Điện kháng tản của dây quấn stator
	Lsr	: Điện kháng tản của dây quấn rotor
	Ls = Lm + Lss	: Điện cảm stator
	Lr = Lm + Lsr	: Điện cảm rotor
	J 	: Moment quán tính cơ
	P	: Số đôi cực động cơ
	w	: Tốc độ động cơ
	MT	: Moment tải
	Me	: Moment điện từ
	: Hằng số thời gian stator
	: Hằng số thời gian rotor
	: Hệ số thời gian tổng
	: Từ thông rotor theo trục anfa chuẩn hóa trong hệ tọa độ stator
	: Từ thông rotor theo trục beta chuẩn hóa trong hệ tọa độ stator
Xây dựng mô hình Động cơ không đồng bộ 3 pha:
Phương trình điện áp trên 3 dây quấn stator:
usu(t) = Rsisu(t) + 	
	usv(t) = Rsisv(t) + 
	usw(t) = Rsisw(t) + 
Biểu diễn theo dạng vecto:
Dựa trên các phương trình toán học mô tả động cơ không đồng bộ, ta biến đổi các thông số về hệ quy chiếu stator thu được các phương trình sau:
 = -a1isa + a2 + a3 + a4usa	(pt2.1)
 = -a1isb - a3 + a2 + a4usb	(pt2.2)
= a5isa - a5 - w	(pt2.3)
= a5isb + w - a5	(pt2.4)
Me = a6	(pt2.5)
	(pt2.6)
Với các hệ số từ a1 đến a6 như sau:
a1 =+	a2 =	
a3 =	a4 =
a5 =	a6=p
Sơ đồ mô phỏng động cơ bằng Simulink: 
Dạng subsystem (tổng quát)
Chi tiết các khối:
Hình 3.1 – Sơ đồ mô phỏng động cơ không đồng bộ 3 pha
2. Xây dựng Mô hình thuận
	Trên hệ tọa độ từ thông rotor, ta có:
Với:	ws	: Tốc độ từ thông rotor so với hệ tọa độ đứng yên.
	wsl	: Tốc độ trượt – tốc độ của từ thông rotor so với rotor.
	Xây dựng tương tự như trên hệ tọa độ αβ ta được hệ phương trình mô tả động cơ không đồng bộ 3 pha trên hệ tọa độ từ thông rotor như sau:
 = isd+wisq+++ 
 = isd - wsisq +++	
 = isd-+(ws-w) 	
 = isq--(ws-w)	
Me = p(x)	→	 Me = p()	
Đặt:	a1 =+	a2 =	a3 =	
a4 =	a5 =	a6 =p
	 =	=
Hệ phương trình được viết lại như sau:
 = -a1isd + ws isq + a2 + a3 + a4usd	 (pt2.7)
 = - a1isq - ws isd + a3w + a2 + a4usq	 (pt2.8)
 = a5isd - a5 +(ws-w)	 (pt2.9)
 = a5isq – (ws-w) - a5	 (pt2.10)
Me = a6	 (pt2.11)
	Trong hệ tọa độ từ thông rotor thì = 0 nên: 
	= -a1isd + ws isq + a2 + a4usd	
	= - a1isq - ws isd - a3w + a4usq	
 	= a5isd - a5
Me 	 = a6 isq
	Trong hệ tọa độ từ thông rotor, giá trị Yrq = 0 khi xác lập, nhưng ta giữ lại giá trị này nhằm khảo sát lúc quá độ được chính xác hơn.
	Xây dựng mô hình động cơ trong hệ tọa độ dq sẽ đóng vai trò khối trong điều khiển IMC.
	Nhằm mục đích phân biệt rõ ràng đối tượng điều khiển và mô hình đối tượng, ta thêm chữ “m” vào sau các thông số của mô hình, hệ phương trình lúc này trở thành:
 = -a1misd + ws isq + a2m + a3mw + a4musd 	
 = - a1misq - ws isd - a3mw + a2m + a4musq	
 = a5misd - a5m +(ws-w)	
 = a5misq – (ws-w) - a5m 
Đối với phương pháp IMC, đáp ứng hệ thống vẫn ổn định khi có nhiều tác động vào đối tượng, moment tải cũng được xem là nhiễu tác động vào (lúc đầu xem như MT = 0), do đó:
Me = 	 
	Nên 	 a6m = 
Dạng subsystem (tổng quát)
Chi tiết các khối:
Hình 3.2 – Mô phỏng khối mô hình thuận
3. Xây dựng Mô hình ngược
Từ hệ phương trình xây dựng trên hệ tọa độ từ thông rotor, ta được hệ phương trình sau:
	=	-a1misd + ws isq + a2m + a4musd	(pt2.12)
	=	- a1misq - ws isd - a3mw + a4musq	(pt2.13)
	=	 a5misd - a5m	(pt2.14)
Me 	=	 a6m isq
Và phương trình tốc độ trượt:
wsl = a5m = ws-w	 ws = w + a5m
Ta sử dụng hàm truyền đạt: để xấp xỉ phép đạo hàm theo thời gian với s là toán tử Laplace.
Ta có:
So sánh với phương trình của Q ta thu được: k = l = ; n = 1.
Lúc này các phương trình bên trên được viết lại như sau:
	 (pt2.15)
	 (pt2.16)
	 (pt2.17)
Dạng subsystem (tổng quát)
Chi tiết các khối:
Hình 3.3 – Mô phỏng khối mô hình ngược
4. Xây dựng Bộ biến đổi
	Biến đổi tín hiệu đầu vào ở hệ quy chiếu dq (usd, usq, ws) sang tín hiệu ở hệ quy chiếu αβ (usα, usβ).
Dạng subsystem (tổng quát)
Chi tiết các khối:
Hình 3.4 – Bộ biến đổi 3/2
5. Xây dựng Bộ lọc IMC
	Trong phương pháp điều khiển dùng mô hình nội (IMC) thì bộ lọc là một khâu không thể thiếu vì lý do sau: 
Neáu khoâng coù boä loïc thì tín hieäu ñöa vaøo ñoái töôïng ñieàu khieån (ñoäng cô) töông ñoái lôùn luùc khôûi ñoäng laøm cho doøng ñieän khôûi ñoäng vaø moment môû maùy raát lôùn coù theå laøm chaùy hoaëc hoûng truïc ñoäng cô.
Khi coù nhieãu hay coù sai soá (p ¹ ) thì tín hieäu hoài tieáp veà e töông ñoái lôùn laøm cho tín hieäu ñöa vaøo khoái nghòch ñaûo (Q) dao ñoäng maïnh; keát quaû laø heä coù theå laøm vieäc maát oån ñònh.
Theo coâng thöùc (1.0) vaø (1.5) thì y = r neân haøm truyeàn töø ngoõ vaøo ñeán ngoõ ra chính laø haøm truyeàn cuûa boä loïc.
Ñoái vôùi ñoäng cô khoâng ñoàng boä thì thôøi gian ñaùp öùng cuûa toác ñoä phaûi ñuû lôùn vì thôøi haèng cô cuûa ñoäng cô töông ñoái lôùn so vôùi thôøi haèng ñieän.
Dạng subsystem (tổng quát)
Chi tiết các khối:
Hình 3.5 - Bộ lọc IMC Filter
Các kết quả mô phỏng:
Mô hình mô phỏng:
Hình 3.6 – Sơ đồ mô phỏng điều khiển ĐCKĐB 3P bằng IMC
Thông số của động cơ dùng để mô phỏng:
	Công suất: 	P = 800W
	Điện trở stator	Rs = 1.177Ω
	Điện trở stator	Rr = 1.382Ω
	Điện cảm stator	Ls = 0.119H
	Điện cảm stator	Lr = 0.118H
	Hệ số hỗ cảm	Lm = 0.113H
	Số đôi cực	p = 2.
	Moment quán tính	J = 0.00126 kgm2
	Moment tải	MT = 5 Nm (bắt đầu ở thời điểm 2s)
	Thông số của bộ lọc:
	Thời hằng bộ lọc từ thông:	TFi = 50 ms
	Thời hằng bộ lọc tốc độ:	Tw = 200 ms.
	Thời hằng phép xấp xỉ đạo hàm:	Td = 1 ms
Kết quả mô phỏng
Minh họa đáp ứng bộ lọc và đáp ứng của hệ thống điều khiển:
Từ thông:
Hình 3.7 – Đáp ứng tốc độ của bộ lọc và hệ thống
Tốc độ:
Hình 3.8 – Đáp ứng từ thông của bộ lọc và hệ thống
Nhận xét: Đáp ứng từ thông và tốc độ của hệ thống điều khiển giống với đáp ứng của bộ lọc.
Đáp ứng danh định (đáp ứng khi mô hình và đối tượng điều khiển trùng nhau)
Từ thông:
Hình 3.9 – Đáp ứng danh định từ thông của hệ thống
Tốc độ:
Hình 3.10 – Đáp ứng danh định tốc độ của hệ thống
Moment:
Hình 3.11 – Đáp ứng danh định moment của hệ thống
Dòng điện 2 pha (isα, isβ):
Hình 3.12 – Đáp ứng danh định dòng điện của hệ thống
Điện áp 2 pha(usα, usβ):
Hình 3.13 – Đáp ứng danh định điện áp của hệ thống
Minh họa tính bền vững thông số mô hình:
Thay đổi Rs, Rr
Hình 3.14 – Đáp ứng tốc độ khi thay đổi Rs, Rr (khi Rs = Rm, Rs = 0.5*Rm, Rs = 5*Rm)
Hình 3.15 – Đáp ứng từ thông khi thay đổi Rs, Rr (Rs = Rm, Rs = 0.5*Rm, Rs = 5*Rm)
Thay đổi Ls, Lr, Lm
Hình 3.16 – Đáp ứng tốc độ khi thay đổi Ls,Lr ,Lm
(khi Ls = Lsm, Ls = 0.5*Lsm, Ls = 2.5*Lsm)
Hình 3.17 – Đáp ứng tốc độ khi thay đổi Ls,Lr ,Lm (Ls=Lsm,Ls=0.5*Lsm,Ls=2.5*Lsm)
Thay đổi moment quán tính J
Hình 3.18 – Đáp ứng tốc độ khi thay đổi J (khi J = Jm, J = 0.5*Jm, J = 5*Jm)
Hình 3.19 – Đáp ứng từ thông khi thay đổi J (khi J = Jm, J = 0.5*Jm, J = 5*Jm)
Tất cả các thông số thay đổi
	Ta sử dụng hệ thống điều khiển đã thực hiện ở trên để điều khiển cho 2 động cơ có công suất lớn và nhỏ khác.
Động cơ có công suất nhỏ hơn
Thông số động cơ nhỏ:
	Công suất: 	P = 550W
Ñieän trôû stator	RS = 9,53	(W).
Ñieän trôû rotor	Rr = 5,619	(W).
Ñieän caûm stator	LS = 0,525	(H).
Ñieän caûm rotor	Lr = 0,505	(H).
Heä soá hoã caûm	Lm = 0,447	(H).
Coá ñoâi cöïc	p = 2
Moment quaùn tính	J = 0,00026	(kgm2).
Moment taûi	Mt = 3,5(Nm). Xuaát hieän ôû thôøi gian t=2(s)
Đáp ứng tốc độ:
Hình 3.20 – Đáp ứng tốc độ với động cơ công suất nhỏ hơn thiết kế
Đáp ứng từ thông:
Hình 3.21 – Đáp ứng từ thông với động cơ công suất nhỏ hơn thiết kế
Đáp ứng moment, dòng điện, điện áp:
Hình 3.22 – Đáp ứng moment với động cơ công suất nhỏ hơn thiết kế
Hình 3.23 – Đáp ứng dòng điện với động cơ công suất nhỏ hơn thiết kế
Hình 3.24 – Đáp ứng điện áp với động cơ công suất nhỏ hơn thiết kế
Động cơ có công suất lớn hơn
Thông số động cơ nhỏ:
Công suất: 	P = 8000W
Ñieän trôû stator	RS = 0.294	(W).
Ñieän trôû rotor	Rr = 0.156	(W).
Ñieän caûm stator	LS = 0.04239	(H).
Ñieän caûm rotor	Lr = 0.04174	(H).
Heä soá hoã caûm	Lm = 0,041	(H).
Coá ñoâi cöïc	p = 2
Moment quaùn tính	J = 0,01	(kgm2).
Moment taûi	Mt = 50 (Nm). Xuaát hieän ôû thôøi gian t=2(s)
Kết quả mô phỏng:
Hình 3.25 – Đáp ứng tốc độ với động cơ công suất lớn hơn thiết kế
Hình 3.25 – Đáp ứng từ thông với động cơ công suất lớn hơn thiết kế
Hình 3.25 – Đáp ứng dòng điện với động cơ công suất lớn hơn thiết kế
Hình 3.25 – Đáp ứng điện áp với động cơ công suất lớn hơn thiết kế
Hình 3.25 – Đáp ứng moment với động cơ công suất lớn hơn thiết kế
Nhận xét:
Phương pháp điều khiển mô hình nội (IMC) áp dụng cho đối tượng phi tuyến là động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc đã khắc phục được một số vấn đề khó khăn trong điều khiển:
Vấn đề thông số động cơ thay đổi theo nhiệt độ và theo tải được giải quyết, nâng cao chất lượng điều khiển.
Trong động cơ không đồng bộ có rất nhiều thông số, ở các phương pháp khác, việc xác định các thông số rất khó khăn, với IMC thì thông số điều khiển rất ít.
Từ kết quả mô phỏng:
Chất lượng đáp ứng danh định tốt.
Hệ đáp ứng ổn định với sự thay đổi thông số: thay đổi R, thay đổi L, thay đổi J hay tất cả các thông số thay đổi  cho đáp ứng tốt
Moment tải được xem là nhiễu nên không cần đo moment tải hay hồi tiếp thông số moment, do đó giảm phương trình và khối lượng tính toán cho các hệ thống xử lí.
Thay đổi đáp ứng hệ thống dễ dàng bằng cách thay đổi đáp ứng bộ lọc.