T©B
Bài giảng Hệ Thống Điều Khiển Số (ĐCKĐB)
Chương 5: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG TỪ THÔNG ROTOR ĐCKĐB
I. Ước lượng từ thông rotor từ dòng hồi tiếp và từ thông khe hở không khí
Ψ
] ,
=Ψ r
[ ( i,i a
b
)m
ri
si
sR
sLσ
rLσ
sv
mi
mL
Rr s
ri
rRσ
sRσ
sR
si
sv
mi
mL
rR
jωψ r
i
i
i
=
+
s m
s s
s r
+
=Ψ r
iL r
r
iL sm
i
+
=
−
)
s =Ψ r
iL r
s r
s iL sm
s mr
s iL sm
r
iL
−
−
=
( L
+ ( iL
)
s =Ψ r
s mr
r
( iL ) s iL sm
s mm
s iL σ− sr
s s L L
m
r
j
s =Ψ r
s −Ψ m
s iL sr σ
Ψ+Ψ= r r α β
L L
m
2 r
r
r
2 α Ψ+Ψ=Ψ=Ψ r β
Ψ
sin
sin
cos
cos
=
=
=
=
θ r
φ r
θ r
φ r
r β Ψ
Ψ r α Ψ
r
r
p
i
i
=
T e
( Ψ rd
sq
Ψ− rq
)sd
3 2
L m L
r
II. Ước lượng từ thông rotor từ điện áp và dòng hồi tiếp
[ ] ( ,u,u=Ψ
b
a
r
[ i,i a
] )b
r
r
σ
=
−
s d Ψ r dt
L L
s d ψ s dt
s di s dt
LL s L
m
m
V.1
Chöông 5: Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor ĐCKĐB
T©B
Bài giảng Hệ Thống Điều Khiển Số (ĐCKĐB)
r
r
=
−
σ−
( u
)
s s
s iR ss
s d Ψ r dt
L L
s di s dt
LL s L
m
m
r
u
=
−
−
L σ
s s
s iR ss
s
s d Ψ r dt
L L
s di s dt
m
⎛ ⎜ ⎜ ⎝
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
Từ thông stator được ước lượng từ dòng và áp như sau:
u
=
+
s s
s iR ss
s d ψ s dt
u
=
−
s s
s iR ss
s d ψ s dt
Từ thông rotor được ước lượng từ từ thông stator và dòng stator:
+
r iL rm r iL r r
−
r =ψ s r =ψ r r s i r
r iL ss
+
)s
r iL ss r iL sm 1 ( r s = ψ s L m
r
r
r
r s i s
r =Ψ r
r s iL sm
r s iL ss
r s ψ s
1 + = − − −
( r s ψ s
)
m
m
2 L m LL s
r
m
r
r
L L L L LL s L ⎛ ⎜⎜ ⎝ ⎞ ⎟⎟ ⎠
s =Ψ r
s σψ − s
s s
m
m
i L L LL s L
cos
cos
=
=
θ r
φ r
θ r
φ r
r β Ψ
Ψ r α Ψ
r
r
Ψ sin sin = =
( Ψ rd
sq
)sd
r
p i i = T e Ψ− rq 3 2 L m L
III. Ước lượng từ thông rotor từ tốc độ và dòng hồi tiếp
( ,ω=Ψ
r
[ i,i a
] )b
s r
r s i s
s r
r d ψ dt
= − j ω− L m T r 1 T r ⎞ r ψ⎟⎟ ⎠ ⎛ ⎜⎜ ⎝
s α
r α
r β
V.2
Chöông 5: Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor ĐCKĐB
d i = − ωψ−ψ ψ r α dt L m T r 1 T r
T©B
Bài giảng Hệ Thống Điều Khiển Số (ĐCKĐB)
d ψ
i
=
ωψ+ψ
−
s β
r β
r α
r β dt
1 T r
2
với
)
)2
' r
L m T r r ( ( ' ' Ψ+Ψ=Ψ r r α β
cos
cos
=
=
θ r
φ r
θ r
φ r
r β Ψ
Ψ r α Ψ
r
r
Ψ sin sin = =
( Ψ rd
sq
)sd
r
p i i = T e Ψ− rq 3 2 L m L
IV. Ước lượng vị trí từ thông rotor gián tiếp từ từ thông đặt và Te đặt Các phương trình ước lượng vị trí vector từ thông rotor từ các giá trị lệnh của từ
thông rotor và moment điện từ như sau:
V.3
Chöông 5: Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor ĐCKĐB
T©B
Bài giảng Hệ Thống Điều Khiển Số (ĐCKĐB)
V. Ước lượng từ thông rotor từ tốc độ và dòng hồi tiếp trong HTĐ (dq)
sd
với tốc độ trượt: ωr = ω + ωsl = ω +
i = d Ψ r dt L m T r 1 Ψ− r T r
sqi Ψ rd
có
p
Te =
rdiΨ
sq
L m L
3 2
r
Các phương trình sau được dùng để ước lượng từ thông rotor:
Hay các phương trình này có thể được viết lại như sau:
Vị trí tức thời của vector từ thông rotor được xác định như sau:
V.4
Chöông 5: Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor ĐCKĐB
L m T r
T©B
Bài giảng Hệ Thống Điều Khiển Số (ĐCKĐB)
VI. Ước lượng từ thông rotor dùng khâu quan sát (observer)
r s si
r s si
pt (5.1a)
ˆψr
s s
pt (5.1b)
ωr
ωr
pt (5.1c)
ucomp
i
K
p +
K s
r s si
s
s
s
sψr
sur
sur
pt (5.1d)
ucomp
s
s
s
s
rψr
rψr
rψr
pt (5.1f)
pt (5.1g)
sψr r s si
Hình 5.1: Sơ đồ bộ ước lượng từ thông rotor dùng khâu quan sát.
Thuật toán ước lượng từ thông rotor cho ĐCKĐB ba pha dùng khâu quan sát
(5.1a)
isd = isαcosθr + isβsinθr d
(5.1b)
sd
(5.1c) (5.1d)
−
+
(5.1e)
ψrα = ψrdcosθs ψrβ = ψrdsinθs 2 LL L r ˆ s m s =ψ s
r s i s
r s Ψ r
r L
L m L
r
r
s
=
(5.1f)
r s si
sur – Rs.
sψr d s dt
i
r ˆ
u
K
=
+
(5.1g)
comp
p
s
⎛ ⎜ ⎝
−
2 L m
(5.1h)
r s i s
r s −ψ s
r s =Ψ r
+ ucomp )s ( K ⎞ r s ψ−ψ⎟ s s ⎠ LL r s L
m
r
2
(5.1i)
)
)2
r
L m L r ( ( Ψ+Ψ=Ψ r r α β
i = Ψ rd dt L m T r 1 Ψ− rd T r
VII. Đáp ứng điều khiển dộng cơ bằng FOC Đáp ứng của bộ ước lượng từ thông rotor khi các thông số ĐCKĐB ba pha có sai số:
V.5
Chöông 5: Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor ĐCKĐB
T©B
Bài giảng Hệ Thống Điều Khiển Số (ĐCKĐB)
1.4
1.2
1
0.8
) b W
(
tu thong dat tu thong dap ung tu thong uoc luong
t s e
0.6
r
i
F
0.4
0.2
0
0
0.5
1
2
2.5
3
1.5 tim e (s )
Hình 5.2: Đáp ứng của bộ ước lượng từ thông rotor từ tốc độ và dòng hồi tiếp trên tọa độ αβ.
1.4
1.2
1
0.8
) b W
tu thong dat tu thong dap ung tu thong uoc luong
(
t s e
0.6
r
i
F
0.4
0.2
0
0
0.5
1
2
2.5
3
1.5 tim e (s )
Hình 5.3: Đáp ứng của bộ ước lượng từ thông rotor từ tốc độ và dòng hồi tiếp trên tọa độ dq.
1.2
1
0.8
tu thong dat tu thong dap ung tu thong uoc luong
0.6
) b W
(
t s e
r
i
F
0.4
0.2
0
0
0.5
1
2
2.5
3
1.5 time (s)
Hình 5.4: Đáp ứng của bộ ước lượng từ thông rotor dùng khâu quan sát.
V.6
Chöông 5: Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor ĐCKĐB
T©B
Bài giảng Hệ Thống Điều Khiển Số (ĐCKĐB)
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ ĐƯỢC TIẾP DÒNG
• Từ thông được đưa đến giá trị định mức khi moment vẫn được giữ ở giá trị
zero.
• Sau khi từ thông đạt giá trị ổn định, động cơ được lệnh tăng tốc đến một giá
trị vận tốc dương.
• Moment được đưa đến giá trị dương ở mức tối đa. • Moment được đưa trở về giá trị âm và sau đó zero khi vận tốc thực bằng vận tốc lệnh, và moment được giữ ở zero để vận tốc thực bằng vận tốc lệnh.
• Hệ truyền động ban đầu đang hoạt động với từ thông rotor không đổi và ở
giá trị lệnh, moment tải bằng zero.
• Moment tải sau đó được tăng đến giá trị định mức dương theo kiểu step-
wise.
• Sau một khoảng thời gian thì moment tải được đưa về zero cũng theo kiểu
step-wise.
V.7
Chöông 5: Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor ĐCKĐB
T©B
Bài giảng Hệ Thống Điều Khiển Số (ĐCKĐB)
• Từ thông được giữ không đổi ở giá trị định mức. • Vận tốc được đảo ngược từ -40% của vận tốc sang 40% vận tốc định mức. • Moment tải bằng zero trong suốt quá trình mô phỏng trên. • Bộ nghịch lưu được giả sử là nguồn dòng lý tưởng.
V.8
Chöông 5: Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor ĐCKĐB
T©B
Bài giảng Hệ Thống Điều Khiển Số (ĐCKĐB)
KẾT QUẢ ĐO ĐẠC CỦA ĐỘNG CƠ ĐƯỢC TIẾP DÒNG
• Dòng stator trong trạng thái ổn định được phân tích. Trừ sóng harmonic bậc
nhất, các sóng hài bậc cao thường tập trung quanh các dải tần số 10 kHz, 20
kHz, 30 kHz, 40 kHz……
Từ thông bằng 70% từ thông định mức, ban đầu động cơ đang chạy không tải ở 600 rpm, moment tải bằng moment định mức dương được được tăng theo kiểu step- wise.
V.9
Chöông 5: Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor ĐCKĐB
T©B
Bài giảng Hệ Thống Điều Khiển Số (ĐCKĐB)
• Biến đổi của dòng stator khi máy tăng tốc từ 200 rpm đến 1500 rpm. • Động cơ đã hoàn toàn được từ hoá trước, moment tải bằng zero.
• Biến đổi của dòng stator khi máy tăng tốc từ 200 rpm đến 1500 rpm. • Động cơ đã hoàn toàn được từ hoá trước, moment tải bằng zero.
V.10
Chöông 5: Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor ĐCKĐB
