Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha theo phương pháp DTC dùng bộ điều khiển PI mờ lai

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:101

Thêm vào BST

Báo xấu

62
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài này tập trung nghiên cứu bộ điều khiển PI mờ lai điều khiển động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp DTC nhằm cho thấy sự thích nghi tốt của bộ điều khiển mờ lai trong điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ. Việc thiết kế sẽ được mô phỏng trên Matlab/simulink.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha theo phương pháp DTC dùng bộ điều khiển PI mờ lai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- BÙI MẠNH HÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA THEO PHƯƠNG PHÁP DTC DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PI MỜ LAI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- BÙI MẠNH HÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA THEO PHƯƠNG PHÁP DTC DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PI MỜ LAI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN THANH PHƯƠNG TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2012
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã đƣợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn Bùi Mạnh Hà
ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài này, tôi xin chân thành cảm ơn Qúy thầy cô Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP HCM đã tận tình truyền đạt, trang bị những kiến thức khoa học kỹ thuật quý giá cho tôi trong suốt quá trình học cao học tại trƣờng. Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn đến thầy TS. Nguyễn Thanh Phƣơng ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn và truyền đạt kinh nghiệm để tôi hoàn thành đề tài này. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến gia đình, đồng nghiệp, bạn bè đã động viên giúp đỡ tôi rất nhiều, đã tạo cho tôi niềm tin và nỗ lực cố gắng để hoàn thành luận văn này. TP HCM, Ngày 21 tháng 12 năm 2012 Học viên thực hiện Bùi Mạnh Hà
iii TÓM TẮT Động cơ không đồng bộ ba pha là thiết bị chủ lƣ̣c trong truyền động điện xoay chiều vì các ƣu điểm nhƣ: cấu tạo đơn giản, chắc chắn, vận hành tin cậy, ít bảo trì, sửa chữa, giá thành hạ , hiệu suất cao so với động cơ khác. Tuy nhiên, việc điều khiển động cơ không đồng bộ là một vấn đề khó khăn , phức tạp vì động cơ không đồng bộ là một hệ phi tuyến mạnh và cần một thuật toán điều khiển hết sƣ́c chặt chẽ. Phƣơng pháp đ iều khiển trực tiếp momen (Direct Torque Control - DTC), từ thông stator và momen có thể đƣợc điều khiển trực tiếp bằng cách lựa chọn véc tơ điện áp thích hợp, đang đƣợc sƣ̉ dụng phổ biến để điều khiển động cơ. Tác giả kết hợp tính ƣu việt của các phƣơng pháp điều khiển khác nhau và cũng nhƣ với mong muốn tì m hiểu sâu về l ĩnh vực truyền động điện xoay chiều . Trong luận văn này, đề tài “ Điều khiển động cơ KĐB 3 pha theo phƣơng pháp DTC dùng bộ điều khiển PI mờ lai” đƣợc thực hiện. Với mục đí ch cải tiến phƣơng pháp điều khiển PI thông thƣờng (với thông số Kp và Ki cố định ) bằng cách đề xuất phƣơng pháp điều khiển PI mờ lai (với sự thay đổi động các thông số Kp và Ki theo yêu cầu điều khiển tốc độ động cơ). Các kết quả mô phỏng sẽ cho thấy hiệu quả của phƣơng pháp đề xuất.
iv ABSTRACT Induction motor is the most widely used in the traditional of the alternating current. The advantages of induction motor such as simple construction, reliable operation, performance high the price is cheaper than other types of motors, as well as easy maintenance. However, the induction motor control is a difficult problem, complicated because induction motor is a strong nonlinear systems and requires control algorithm very closely. Direct Torque Control method (Direct Torque Control - DTC), flux stator and moment can be controlled directly by selecting an appropriate inverter state, is in using widely to control motor. Author combined advantages of the method different together with high expectation of wide & deep study of induction motor drivers. In this thesis, the theme: “Control three-phase induction motor with DTC method using the hybrid fuzzy PI controller” are presented. With an aim of improving the PI normal control method (with parameter point of Kp and Ki) by proposed the Hybrid Fuzzy PI control method (with variable parameter of Kp and Ki). Simulative results show the effectiveness of the proposed method.
v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii TÓM TẮT .................................................................................................................. iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................ ix DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... x DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH ................................... xi Chƣơng 1: TỔNG QUAN ............................................................................................ 1 1.1 GIỚI THIỆU ................................................................................................................ 1 1.1.1 Đặt vấn đề........................................................................................................... 1 1.1.2 Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................... 1 1.2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 2 1.2.1 Mục tiêu của đề tài............................................................................................. 2 1.2.2 Nội dung nghiên cứu ......................................................................................... 3 1.2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................... 3 1.3 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU ........................................................ 3 1.3.1 Giới thiệu tổng quan về phƣơng pháp điều khiển DTC .................................. 3 1.3.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu ....................................................................... 4 1.4 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN .................................................................................. 7 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................. 8 2.1 ĐIỀU KHIỂN MỜ ........................................................................................................ 8 2.1.1 Giới thiệu chung ................................................................................................ 8 2.1.2 Cấu trúc của bộ điều khiển mờ ......................................................................... 8 2.1.3 Thiết kế bộ điều khiển mờ ................................................................................11 2.1.4 Điều khiển PID mờ [1] .....................................................................................11 2.1.4.1 Sơ đồ điều khiển sử dụng PID mờ ...................................................... 12 2.1.4.2 Luật chỉnh định PID ........................................................................... 12
vi 2.1.4.3 Điều khiển PD mờ .............................................................................. 13 2.1.4.4 Điều khiển PI mờ ............................................................................... 13 2.1.4.5 Điều khiển PID mờ ............................................................................ 14 2.1.5 Hệ mờ lai ...........................................................................................................15 2.1.5.1 Hệ mờ lai không thích nghi ................................................................ 15 2.1.5.2 Hệ mờ lai cascade .............................................................................. 16 2.1.5.3 Công tắc mờ ....................................................................................... 16 2.2 ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƢỚNG TRƢỜNG (FOC) ................................................... 16 2.2.1 Phƣơng pháp điều khiển định hƣớng từ thông rotor trực tiếp ........................18 2.2.2 Phƣơng pháp điều khiển định hƣớng từ thông rotor gián tiếp .......................20 2.2.3 Ƣu, nhƣợc điểm của phƣơng pháp điều khiển định hƣớng trƣờng ................21 2.3 ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMEN (DTC) .......................................................... 21 2.3.1 Giới thiệu phƣơng pháp điều khiển trực tiếp momen .....................................21 2.3.2 Sự biến thiên các đại lƣợng của phƣơng pháp DTC .......................................23 2.3.2.1 Sự biến thiên của từ thông stator ........................................................ 23 2.3.2.2 Sự biến thiên của từ thông rotor ......................................................... 24 2.3.2.3 Sự biến thiên của điện áp stator .......................................................... 27 2.3.2.4 Sự biến thiên của momen ................................................................... 27 2.3.3 Phƣơng pháp điều khiển trực tiếp momen (DTC) ..........................................29 2.3.3.1 Kỹ thuật đóng ngắt các khóa để điều khiển từ thông và momen ......... 30 2.3.3.2 Phƣơng pháp điều khiển trực tiếp momen-DTC ................................ 36 2.3.3.3 Phân tích các khối trong sơ đồ nguyên lý ........................................... 37 2.3.3.3.1 Bộ so sánh từ thông....................................................................... 37 2.3.3.3.2 Bộ so sánh momen ........................................................................ 39 2.3.3.3.3 Bảng đóng cắt ............................................................................... 41 2.3.3.3.4 Bộ nghịch lƣu ............................................................................... 44 2.3.3.3.5 Khâu ƣớc lƣợng momen và từ thông ............................................. 45 2.3.3.4 Mô hình mô phỏng phƣơng pháp DTC trong Matlab/simulink ........... 46 Chƣơng 3: MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ................. 47
vii 3.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ................................ 47 3.2 VECTOR KHÔNG GIAN VÀ CÁC ĐẠI LƢỢNG BA PHA ................................ 48 3.2.1 Xây dựng vector không gian ............................................................................48 3.2.2 Hệ tọa độ cố định stator (α-β) ..........................................................................49 3.2.3 Hệ tọa độ từ thông rotor (d-q) ..........................................................................51 3.3 MÔ HÌNH CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ................................. 53 3.3.1 Lý do xây dựng mô hình ..................................................................................53 3.3.2 Hệ phƣơng trình cơ bản của động cơ ...............................................................54 3.3.3 Các tham số của động cơ ..................................................................................56 3.3.4 Mô hình trạng thái của động cơ trên hệ tọa độ stator (α-β)............................56 3.3.5 Mô hình trạng thái của động cơ trên hệ tọa độ rotor (d-q) .............................59 3.3.6 Mô hình động cơ KĐB 3 pha trên hệ tọa độ stator trong Simulink của Matlab ..........................................................................................................................60 3.3.6.1 Các giá trị cần thu thập của động cơ không đồng bộ 3 pha ................. 60 3.3.6.2 Mô hình động cơ trong simulink ........................................................ 61 3.3.6.3 Mô phỏng mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ ......................... 61 Chƣơng 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PI MỜ LAI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA THEO PHƢƠNG PHÁP DTC .............................................................. 64 4.1 BỘ ĐIỀU KHIỂN PI MỜ .......................................................................................... 64 4.2 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA THEO PHƢƠNG PHÁP DTC DÙNG BỘ PI MỜ LAI .............................................................. 67 4.2.1 Bộ điều khiển PI mờ lai ....................................................................................67 4.2.2 Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ KĐB 3 pha theo phƣơng pháp DTC dùng bộ điều khiển PI mờ lai. ...........................................................................72 4.2.3 Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ KĐB 3 pha theo phƣơng pháp DTC dùng bộ điều khiển PI thƣờng ...........................................................................72 Chƣơng 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .......................................................................... 74
viii 5.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG PHƢƠNG PHÁP DTC DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PI MỜ LAI VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PI THƢỜNG ................................................................ 74 5.1.1 Động cơ chạy không tải với tốc độ đặt định mức: ..........................................74 5.1.2 Động cơ chạy không tải với tốc độ đặt thay đổi: ............................................75 5.1.3 Động chạy không tải sau đó đóng tải: .............................................................77 5.1.4 Động cơ chạy với tải định mức, tốc độ đặt thay đổi :.....................................77 5.1.5 Động cơ chạy không tải sau đó đảo chiều quay : ...........................................79 5.1.6 Động cơ chạy với tải thay đổi, tốc độ đặt định mức :.....................................80 5.2 NHẬN XÉT KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ...................................................................... 81 Chƣơng 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ................................... 82 6.1 KẾT LUẬN ................................................................................................................. 82 6.2 HẠN CHẾ ................................................................................................................... 82 6.3 KIẾN NGHỊ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ................................................. 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 84
ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DTC Direct Torque Control FOC Field Oriented Control PI Proportional Integrator PID Proportional Integral Derivative PWM Pulse Width Modulation ĐC KĐB Động cơ không đồng bộ
x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Bảng phân tích khi vector từ thông ở sector I .......................................... 34 Bảng 2.2: Bảng phân tích khi vector từ thông ở sector II ......................................... 34 Bảng 2.3: Bảng phân tích khi vector từ thông ở sector III ....................................... 34 Bảng 2.4: Bảng phân tích khi vector từ thông ở sector IV ........................................ 34 Bảng 2.5: Bảng phân tích khi vector từ thông ở sector V ........................................ 35 Bảng 2.6: Bảng phân tích khi vector từ thông ở sector VI........................................ 35 Bảng 2.7: Bảng phân tích khi vector từ thông ở sector K bất kỳ ............................. 35 Bảng 2.8: Bảng đóng cắt tối ƣu khi từ thông ở sector K.................................. 42 Bảng 2.9: Bảng đóng cắt vector điện áp theo yêu cầu điều khiển .................. 42 Bảng 2.10: Giá trị thông số điều khiển quy đổi .................................................. 43 Bảng 3.1: Các thông số của ĐCKĐB dùng để mô phỏng ......................................... 62 Bảng 4.1: Luật mờ của Kp ........................................................................................... 65 Bảng 4.2: Luật mờ của Ki ........................................................................................... 65 Bảng 4.3: Các thông số của ĐCKĐB dùng để mô phỏng ......................................... 73
xi DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống bộ điều khiển mờ cơ bản ................................................... 8 Hình 2.2: Cấu trúc bộ điều khiển mờ ........................................................................... 9 Hình 2.3: Sơ đồ bộ điều khiển mờ cơ bản .................................................................... 9 Hình 2.4: Sơ đồ điều khiển sử dụng PID mờ ............................................................. 12 Hình 2.5: Luật chỉnh định PID .................................................................................... 12 Hình 2.6: Bộ điều khiển PD mờ dùng hệ quy tắc Mamdani ..................................... 13 Hình 2.7: Bộ điều khiển PI mờ dùng hệ quy tắc Mamdani ....................................... 13 Hình 2.8: Bộ điều khiển PID mờ dùng hệ quy tắc Mamdani .................................... 14 Hình 2.9: Cấu trúc hệ mờ lai không thích nghi .......................................................... 15 Hình 2.10: Cấu trúc hệ mờ lai cascade ....................................................................... 16 Hình 2.11: Công tắc mờ .............................................................................................. 16 Hình 2.12: Sơ đồ tổng quát của hệ thống điều khiển định hƣớng trƣờng ................ 18 Hình 2.13: Sơ đồ điều khiển định hƣớng từ thông rotor trực tiếp ............................ 19 Hình 2.14: Sơ đồ điều khiển định hƣớng từ thông rotor gián tiếp ............................ 20 Hình 2.15: Sơ đồ cấu trúc phƣơng pháp điều khiển DTC động cơ KĐB ............... 22 Hình 2.16: Các vector điện áp trong không gian ................................................ 27 Hình 2.17: Minh họa góc lệch pha giữa từ thông stator và rotor .............................. 29 Hình 2.18: Sáu sector trên mặt phẳng phức ............................................................... 30 Hình 2.19: Minh họa cho từ thông ở sector I ............................................................. 31 Hình 2.20: Lựa chọn vector điện áp thích hợp cho từ thông stator và momen ........ 31 Hình 2.21: Minh họa cho cho từ thông ở sector K bất kỳ ......................................... 35 Hình 2.22: Sơ đồ nguyên lý điều khiển từ thông và momen ................................... 37 Hình 2.23: Hình minh họa cho bộ so sánh từ thông hai bậc ..................................... 38 Hình 2.24: Mô phỏng bộ so sánh từ thông hai bậc trong Matlab-Simulink............. 39 Hình 2.25: Điều khiển vector không gian từ thông stator ......................................... 39 Hình 2.26: Hình minh hoạ cho bộ so sánh từ thông ba bậc ...................................... 40 Hình 2.27: Bộ so sánh momen ba bậc trong Matlab-Simulink ................................. 41
xii Hình 2.28: Mô hình xác định vị trí từ thông stator trong mặt phẳng phức ............. 43 Hình 2.29: Mô hình bộ so sánh từ thông và momen trong Matlab/simulink ........... 44 Hình 2.30: Mô hình bảng đóng cắt trong Matlab/simulink ....................................... 44 Hình 2.31: Mô hình bộ nghịch lƣu trong Matlab/simulink ....................................... 45 Hình 2.32: Mô hình khâu ƣớc lƣợng momen và từ thông trong Matlab/simulink .. 46 Hình 2.33: Mô hình mô phỏng phƣơng pháp DTC trong Matlab/simulink ............. 46 Hình 3.1: Vị trí không gian các pha ............................................................................ 48 Hình 3.2: Xây dựng vector không gian từ các đại lƣợng pha ................................... 49 Hình 3.3: Hệ tọa độ stator (  -  ) ............................................................................. 50 Hình 3.4: Mỗi liên hệ giữa tọa độ (  -  ) và tọa độ(d-q)..................................... 51 Hình 3.5: Biểu diễn các vector không gian trên hệ tọa độ (d-q). .............................. 52 Hình 3.6: Mô hình đơn giản của động cơ KĐB ba pha có rotor lồng sóc ................ 53 Hình 3.7: Mô hình mô phỏng của động cơ không đồng bộ ba pha .......................... 61 Hình 3.8: Mô hình mô phỏng mở máy trực tiếp động cơ KĐB 3 pha ...................... 61 Hình 3.9: Kết quả mô phỏng mở máy trực tiếp động cơ KĐB 3 pha ....................... 63 Hình 4.1: sơ đồ bộ điều khiển PI mờ điều khiển ĐC KĐB theo pp DTC ................ 67 Hình 4.2: Mô hình mô phỏng khối PI mờ lai ............................................................. 67 Hình 4.3: Mô hình khối Fuzzy logic ........................................................................... 68 Hình 4.4: Giao diện soạn thảo Fuzzy logic trên Matlab/simulink ............................ 68 Hình 4.5: Hàm thành viên sai số tốc độ E .................................................................. 68 Hình 4.6: Hàm thành viên của độ dốc sai số tốc độ DE ............................................ 69 Hình 4.7: Hàm thành viên Kp ...................................................................................... 69 Hình 4.8: Hàm thành viên Ki ...................................................................................... 69 Hình 4.9: Giao diện soạn thảo luật mờ trên Matlab/simulink ................................... 70 Hình 4.10: Luật mờ trong Matlab/simulink ............................................................... 70 Hình 4.11: Chỉnh định Kp trong không gian .............................................................. 71 Hình 4.12: Chỉnh định Ki trong không gian ............................................................... 71 Hình 4.13: Mô hình điều khiển ĐC KĐB 3 pha theo phƣơng pháp DTC dùng bộ điều khiển PI mờ lai ...................................................................................................... 72
xiii Hình 4.14: Mô hình điều khiển ĐC KĐB 3 pha theo phƣơng pháp DTC dùng bộ điều khiển PI thƣờng..................................................................................................... 72 Hình 5.1: Kết quả mô phỏng động cơ chạy không tải với tốc độ định mức ............ 75 Hình 5.2: Kết quả mô phỏng động cơ chạy không tải với tốc độ thay đổi............... 76 Hình 5.3: Kết quả mô phỏng động cơ chạy không tải sau đó đóng tải..................... 77 Hình 5.4: Kết quả mô phỏng động cơ chạy với tải định mức, tốc độ thay đổi ........ 78 Hình 5.5: Kết quả mô phỏng động cơ chạy không tải sau đó đảo chiều quay ......... 79 Hình 5.6: Kết quả mô phỏng động cơ chạy với tải thay đổi, tốc độ định mức ........ 80
1 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU 1.1.1 Đặt vấn đề Động cơ không đồng bộ so với các loại động cơ khác có cấu tạo và vận hành đơn giản, cạnh tranh về giá thành so với loại động cơ khác , làm việc tin cậy nên đƣợc sử dụng nhiều trong sản xuất và đời sống . Tuy nhiên việc điều khi ển hoạt động của động cơ không đồng bộ là tƣơng đối khó do đặc tí nh phi tuyến của động cơ. Ngày nay cùng với sƣ̣ phát triển của thiết bị điện tƣ̉ công suất và các bộ vi xử lý thì việc điều khiển ĐC KĐB trở nên dễ dàng hơn . Đặc biệt là các hệ thống xử lý tín hiệu số đã cho phép thực hiện các giải thuật phức tạp để điều khiển động cơ không đồng bộ . Nhiều giải thuật điều khiển động cơ không đồng bộ đã đƣợc nghiên cƣ́u và ƣ́ng dụng rộng rãi trong lĩ n h vƣ̣c truyền động điện nhƣ phƣơng pháp momen trƣ̣c tiếp , phƣơng pháp điều khiển phi tuyến , phƣơng pháp đị nh hƣớng trƣờng , phƣơng pháp điều khiển vector không gian ,…Trong đó, phƣơng pháp sƣ̉ dụng mạng neural, fuzzy logic kết hợp với các phƣơng pháp điều khiển thông thƣờng đang là một hƣớng nghiên cƣ́u đầy tiềm năng trong điều khiển máy điện không đồng bộ . Với mong muốn tì m hiểu sâu về lĩ nh vƣ̣c truyền động điện xoay chiều . Chính vì vậy đề tài “ Điều khiển động cơ KĐB 3 pha theo phƣơng pháp DTC dùng bộ điều khiển PI mờ lai” đƣợc thực hiện. 1.1.2 Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, phƣơng pháp DTC cũng là một lựa chọn mới trong các kỹ thuật điều khiển ĐC KĐB với những ƣu điểm sau: - Đơn giản, không cần đến các khối chuyển đổi tƣơng quan. - Tính linh hoạt cao - Khả năng điều khiển bền bỉ và chính xác
2 - Không cần phải sử dụng các cảm biến đo từ thông trực tiếp - Không phụ thuộc nhiều vào thông số động cơ - Khả năng bám tốc độ đặt cao, ngay cả khi tải thay đổi  Ƣu điểm của phƣơng pháp DTC so với phƣơng pháp V/F - Tốc độ động cơ bám tốt do momen điện từ của động cơ đƣợc điều khiển trực tiếp - Đáp ứng tốc độ vẫn đảm bảo trong các điều kiện tải thay đổi hoặc thông số động cơ thay đổi trong quá trình làm việc. - Cho đáp ứng nhanh, chất lƣợng truyền động tốt, hiệu suất cao. - Từ thông của động cơ luôn đƣợc giữ tối ƣu  Ƣu điểm của phƣơng pháp DTC so với phƣơng pháp FOC - Ít phụ thuộc vào thông số động cơ - Không cần phải sử dụng các khối chuyển đổi tƣơng quan - Cho đáp ứng momen nhanh hơn  Tuy nhiên, trong hƣớng nghiên cứu đề tài này kết hợp phƣơng pháp DTC với bộ điều khiển PI mờ lai nhằm cải thiện chất lƣợng hệ thống khi hoạt động tốc độ thấp cũng nhƣ thay đổi momen yêu cầu. 1.2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.2.1 Mục tiêu của đề tài Đề tài này tập trung nghiên cứu bộ điều khiển PI mờ lai điều khiển động cơ KĐB 3 pha theo phƣơng pháp DTC nhằm cho thấy sự thích nghi tốt của bộ điều khiển mờ lai trong điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ. Việc thiết kế sẽ đƣợc mô phỏng trên Matlab/simulink.
3 1.2.2 Nội dung nghiên cứu - Các phƣơng pháp điều khiển động cơ KĐB 3 pha. - Đặc tính của máy điện không đồng bộ. - Xây dựng mô hình máy điện động cơ KĐB. - Xây dựng phƣơng pháp điều khiển trực tiếp momen động cơ KĐB. - Xây dựng bộ điều khiển PI điều khiển tốc độ động cơ KĐB theo phƣơng pháp DTC. - Xây dựng bộ điều khiển PI mờ lai điều khiển tốc độ động cơ KĐB theo phƣơng pháp DTC. 1.2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp tham khảo tài liệu: Bằng cách thu thập thông tin từ các tài liệu, bài báo liên quan, và truy cập mạng internet. - Phƣơng pháp quan sát: Khảo sát một số mô hình mô phỏng thực tế đang có từ các luận văn trƣớc và các bài báo trên mạng internet, từ đó mô phỏng lại bằng phần mềm Matlab/simulink để so sánh với kết quả đã có nhằm rút ra những kinh nghiệm trong việc mô phỏng. - Phƣơng pháp mô phỏng: Phần nghiên cứu đƣợc kiểm chứng bằng việc thực hiện mô phỏng và đánh giá trên phần mềm Matlab/simulink. 1.3 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.3.1 Giới thiệu tổng quan về phƣơng pháp điều khiển DTC - Kỹ thuật DTC điều khiển ĐC KĐB 3 pha đƣợc đƣa ra đầu tiên bởi Takahashi vào 1986 và đƣợc xem nhƣ là giải thuật điều khiển động cơ cho đáp ứng momen nhanh và hiệu suất điều khiển cao. Kỹ thuật này cho phép điều khiển độc lập và cùng lúc từ thông động cơ và momen điện từ.
4 - Nếu từ thông stator đƣợc chọn là giá trị tham chiếu, giá trị ƣớc lƣợng của từ thông và momen đƣợc tính toán chỉ dựa vào dòng điện và điện áp stator. Nhƣ vậy điện trở stator là thông số động cơ duy nhất cần đến. Đây chính là yếu tố tạo nên tính ƣu việt cho kỹ thuật DTC. Những năm gần đây, các giải pháp đƣợc đề nghị cho các hệ thống điều khiển trực tiếp momen đƣợc cải tiến nhƣ sau: - Sử dụng các bảng đóng cắt cải tiến. - Sử dụng các bộ so sánh trễ hoặc không có trễ, hai ba bậc. - Ứng dụng các sơ đồ DTC với tần số đóng ngắt không đổi, vận hành với kỹ thuật PWM hoặc điều chế véctơ không gian. - Ứng dụng kỹ thuật điều khiển mờ hoặc mạng nơron mờ. - Sử dụng các bộ ƣớc tính từ thông phức tạp để cải tiến đặc tính ở vận tốc thấp. 1.3.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu  Tình hình nghiên cứu trên thế giới Trong thập kỷ qua, có rất nhiều cải tiến trong sơ đồ điều khiển trực tiếp momen cổ điển (Takahashi & Noguchi, 1986) đã đƣợc thực hiện bởi: Romeral L., et al. (2003). Novel Direct Torque Control (DTC) Scheme With Fuzzy Adaptive Torque-Ripple Reduction, IEEE Trans. Ind. Electron., vol.50, pp.487–492,Jun. Chen L., et al., (2005). A scheme of fuzzy direct torque control for induction machine, IEEE Proceedings of the Fourth International Conference on Machine Learning and Cybernetics, Guangzhou, 18-21 Aug. Reddy T. B., at. al. (2006). Sensorless Direct Torque Control of Induction Motor based on Hybrid Space Vector Pulsewidth Modulation to Reduce Ripples and Switching Losses – A Variable Structure Controller Approach, IEEE Power India Conference.