Điều khiển máy điện
Sensorless Control
Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển máy điện – N N Tú
Giới thiệu
• Encoder có giá thành khá cao.
• Tín hiệu encoder dễ bị nhiễu
• Cần thêm một nguồn DC +/- 5V
Sensorless control
- Ước lượng tốc độ rotor từ các tín hiệu điện áp và dòng điện (model based method)
- Điều chỉnh moment và từ thông ( >2-3Hz) rất tốt
- Chất lượng động không bằng điều khiển có cảm biến
- Sai số xác lập chỉ ngang bằng so với encoder phân giải tốt
- Khó điều khiển moment tại tần số/tốc độ thấp
Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển máy điện – N N Tú
Giới thiệu
• Tốc độ ωr chỉ chính xác khi Rr được ước lượng chính xác
• Nói chung, độ chính xác cao nhất đạt tới 4-8 vòng/phút, cho dù Rr chính xác (nếu Rr không được nhận dạng online thì sai số có thể lên 10-20 vòng/phút)
• Tại tốc độ thấp ( 2-3Hz), Rs phải được ước lượng chính xác
Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển máy điện – N N Tú
Giới thiệu
Xét mạch tương đương của động cơ ở xác lập
Tốc độ càng thấp thì Vψ càng nhỏ, và Vr >> Vψ
Tại tốc độ thấp ωeLs rất nhỏ
Nếu Rs không được chính xác Vr sẽ không đúng. Vì thế Vψ cũng không chính xác khó ước lượng góc từ thông và moment
Chất lượng của sensorless control phụ thuộc vào việc giải quyết vấn đề ở tốc độ thấp
Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển máy điện – N N Tú
Ước lượng dùng phương trình định hướng trường rotor
Định hướng trường Chứng minh?
Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển máy điện – N N Tú
Ước lượng dùng phương trình định hướng trường rotor
Giả sử động cơ hoạt động dưới tốc độ đồng bộ imrd = ids
Để định hướng trường, cho các giá trị lệnh bằng vsd và vsq, dψrd/dt = 0 và ψrq = 0
Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển máy điện – N N Tú
Ước lượng dùng phương trình định hướng trường rotor
ωe là giá trị cần đưa vào động cơ, vì vậy nếu chính xác thì cũng chính xác
Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển máy điện – N N Tú
Ước lượng dùng phương trình định hướng trường rotor
ωe được tính từ bộ điều khiển dòng isq
(Nếu cần tăng moment thì ωe phải tăng để tạo thêm moment)
isq được dùng để tính
isd được dùng để điều khiển vsd
Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển máy điện – N N Tú
Ước lượng dùng phương trình định hướng trường rotor
và phụ thuộc vào độ chính xác của các thông số trong các phương trình điện áp
X và Y phụ thuộc vào Rs đưa đến vấn đề tốc độ thấp
có giá trị lớn khi
moment thay đổi nhanh σLs không chính xác định hướng trường kém
Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển máy điện – N N Tú
Ước lượng độc lập với định hướng trường
Nếu hệ qui chiếu quay với tốc độ zero (hệ qui chiếu gắn với stator)
Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển máy điện – N N Tú
Ước lượng độc lập với định hướng trường
vs lấy từ bộ phát PWM
is được đo bởi ADC
Sơ đồ bộ điều khiển định hướng trường trực tiếp
Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển máy điện – N N Tú
Ước lượng độc lập với định hướng trường
Có thể dùng hay không dùng cảm biến
-Cho dù dùng encoder, bộ điều khiển có thể không khởi động được (cần thêm 1 lượng boost voltage vào giá trị lệnh vsd*)
Tại tốc độ trên 1 hay 2Hz, định hướng trường tốt như điều khiển gián tiếp
Việc tính λ phụ thuộc vào Rs: -Tại tốc độ thấp, λ và định hướng trường có thế không tốt
Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển máy điện – N N Tú
Các phương pháp ước lượng tốc độ
• Tính độ trượt • Tổng hợp trực tiếp từ các phương trình trạng
thái
• MRAS Model reference adaptive system • Speed adaptive flux observer • Bộ lọc Kalman mở rộng EKF
Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển máy điện – N N Tú
Ước lượng bằng pp MRAS
Voltage Model
Từ thông được tính từ các phương trình stator và rotor, sau đó so sánh với nhau để tạo thành vector sai số (điều khiển để sai số về 0)
Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển máy điện – N N Tú
Ước lượng bằng pp MRAS
Cho ωe = 0
Ref: IMeq.pdf
Current Model
Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển máy điện – N N Tú
Ước lượng bằng pp MRAS
Hai vector từ thông phải bằng nhau
Nếu chưa bằng thì được điều chỉnh cho tới khi sai số bằng 0
Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển máy điện – N N Tú
Ước lượng bằng pp MRAS
Chuyển hệ qui chiếu (HQC) stator αβ sang HQC rotor αβ:
θr là vị trí của rotor (góc giữa HQC tĩnh và HQC rotor)
isαβ(stator) = isαβ(rotor).e-jθr
Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển máy điện – N N Tú
Ước lượng bằng pp MRAS
High-pass filter: dùng để loại bỏ thành phần DC tạo bởi khâu tích phân, tần số cắt khoảng 1Hz
Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển máy điện – N N Tú
Ước lượng bằng pp MRAS
phụ thuộc vào tr (và Rs qua )
, nhưng không phụ thuộc
tốt ở tốc độ trên 1Hz
Nếu Rs chính xác, có thể điều khiển tốt xuống tới 0Hz đặc biệt nếu không tải
