Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Điều khiển tốc độ không dùng cảm biến trong động cơ PMSM

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:103

Thêm vào BST

Báo xấu

55
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung nghiên cứu của luận văn là tìm hiểu các phương pháp điều khiển PMSM bằng phương pháp điều khiển FOC. Mô hình hóa mô phỏng điều khiển PMSM bằng phần mềm MATLAB/SIMULINK bằng phương pháp điều khiển không cảm biến. Thực nghiệm điều khiển PMSM bằng phần mềm MATLAB/SIMULINK bằng phương pháp điều khiển không cảm biến với bộ quan sát vận tốc và vị trí dựa theo điều khiển trượt.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Điều khiển tốc độ không dùng cảm biến trong động cơ PMSM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM --------------------------- PHAN TRỌNG NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ KHÔNG DÙNG CẢM BIẾN TRONG ĐỘNG CƠ PMSM LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM --------------------------- PHAN TRỌNG NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ KHÔNG DÙNG CẢM BIẾN TRONG ĐỘNG CƠ PMSM LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN THANH PHƢƠNG TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2016
CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS. NGUYỄN THANH PHƢƠNG Luận văn Thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Công nghệ TP. HCM ngày 12 tháng 03 năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 PGS.TS Trần Thu Hà Chủ tịch 2 TS. Huỳnh Châu Duy Phản biện 1 3 TS. Trƣơng Đình Nhơn Phản biện 2 4 TS. Trần Thanh Phƣơng Ủy viên 5 TS. Dƣơng Thanh Long Ủy viên, Thƣ ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƢỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TP. HCM, ngày..… tháng….. năm 20..… NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Phan Trọng Nghiệp Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 23/02/1985 Nơi sinh: Thừa Thiên Huế Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1441830016 I- Tên đề tài: Điều khiển tốc độ không dùng cảm biến trong động cơ PMSM II- Nhiệm vụ và nội dung:  Tìm hiểu các phƣơng pháp điều khiển PMSM bằng phƣơng pháp điều khiển FOC  Mô hình hóa mô phỏng điều khiển PMSM bằng phần mềm MATLAB/SIMULINK bằng phƣơng pháp điều khiển không cảm biến.  Thực nghiệm điều khiển PMSM bằng phần mềm MATLAB/SIMULINK bằng phƣơng pháp điều khiển không cảm biến với bộ quan sát vận tốc và vị trí dựa theo điều khiển trƣợt. III- Ngày giao nhiệm vụ: ngày ….. tháng ….. năm 20 … IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ngày ….. tháng ….. năm 20 … V- Cán bộ hƣớng dẫn: PGS.TS. NGUYỄN THANH PHƯƠNG CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)
i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201… Phan Trọng Nghiệp
ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS. Nguyễn Thanh Phương, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện quyển luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Điện- Điện Tử trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM, các cán bộ phòng Đào Tạo đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập và trong quá trình hoàn thành quyển luận văn này. Tôi xin cảm ơn các bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn này. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn cha mẹ và người thân đã luôn ở bên tôi và động viên tôi rất nhiều để tôi hoàn thành khóa học này. Phan Trọng Nghiệp
iii TÓM TẮT Máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp bởi các ưu điểm vượt trội so với các động cơ khác đó là hiệu suất cao, mật độ công suất cao, có vùng công suất không đổi lớn. Để đạt được hiệu suất cao trong điều khiển hướng từ thông thì thông tin chính xác về vị trí rotor, thường được đo bằng các các bộ bộ mã hóa và các bộ phân tích, là không thể thiếu. Tuy nhiên, việc sử dụng các cảm biến sẽ làm tăng giá thành, kích thước, khối lượng và làm phức tạp hệ thống dây điện và sẽ giảm đi sức mạnh động cơ và giảm độ tin cậy của toàn hệ thống truyền động PMSM. Mục đích của nghiên cứu trong luận văn là phát triển một hệ thống điều khiển không cảm biến vận tốc rotor nhằm thay thế cho phương pháp điều khiển có cảm biến thông thường. Trong vấn đề này đã có nhiều phương pháp điều khiển không cảm biến khác nhau được đề xuất. Với dãy tốc độ trung bình và nhanh, bộ tính toán vị trí dựa trên bộ quan sát giống chế độ trượt được đề xuất để ghi nhận thông tin vị trí rotor. Trong vùng vận tốc thấp, bộ giám sát theo dõi cực lồi thường được sử dụng để tính toán vị trí rotor cho các động cơ PMSM cực lồi. Trong các phương pháp được đề xuất, mỗi phương pháp được áp dụng cho mỗi dãy vân tốc khác nhau. Đối với các động cơ PMSM có yêu cầu dãy vận tốc vận hành rộng thì đây là một bất lợi. Luận văn đề xuất áp dụng bộ giám sát trượt vào việc ước lượng vận tốc/vị trí của rotor trong luận văn sẽ giảm được nhược điểm sai số trong quá trình tính toán ở các dãy vận tốc khác nhau. Điều khiển không cảm biến được đề xuất cung cấp một giải pháp hiệu quả để giải quyết các vấn đề phát sinh trong việc sử dụng cảm biến vị trí trong hệ thống điều khiển PMSM. Đầu tiên, nó cung cấp một thay thế cho các phương pháp điều khiển dựa trên cảm biến hiện tại cho PMSM với giảm chi phí, kích thước, trọng lượng, và độ phức tạp phần cứng. Thứ hai, nó có thể được sử dụng như là một bổ sung (sao lưu) trong các hệ thống điều khiển dựa trên cảm biến khi hỏng cảm biến xảy ra. Hơn nữa, các ước tính vị trí/tốc độ rotor và trạng thái biến số của các PMSM có thể được sử dụng để theo dõi
iv tình trạng của các cảm biến vị trí và các thành phần khác trong hệ thống truyền động PMSM Ngoài ra luận văn sử dụng các bộ điều khiển PI với các phương pháp thiết kế bộ PI số khác nhau như Euler Forward, Euler Backward, Tustin trong điều khiển vận tốc PMSM nhằm đánh giá sự ảnh hưởng của các phương pháp điều khiển số khác nhau vào quá trình điều khiển vận tốc động cơ PMSM.
v ABSTRACT Permanent-magnet synchronous machines (PMSMs) are widely used in industrial applications owing to their distinctive advantages, such as high efficiency, high power density, and wide constant power region. To achieve high-performance field oriented control, accurate rotor position information, which is usually measured by rotary encoders or resolvers, is indispensable. However, the use of these sensors increases the cost, size, weight, and wiring complexity and reduces the mechanical robustness and the reliability of the overall PMSM drive systems. The goal of the research for this dissertation was to develop a rotor position/speed sensorless control system with performance comparable to the sensor-based control systems for PMSMs over their entire operating range. In this work, different sensorless control methods were developed for different speed regions. In the medium and high speed regions, quasi-sliding-mode observer based position estimators were proposed to obtain rotor position information. In the low-speed region, saliency tracking observers are commonly used for rotor position estimation of salient-pole PMSMs. Among proposed approachs, each approach was applied for a specification speed region. For wide speed region PMSM, which can operate in the wide speed region, there are the limitation for conventional methods. The thesis proposed using sliding-mode observer for rotor position/speed estomation due to reduce limitation of different approach. The proposed sensorless control offers an effective means to solve the problems incurred in using position sensors in PMSM control systems. Firstly, it provides an alternative to existing sensor-based controls for PMSMs with reduced cost, size, weight, and hardware complexity. Second, it can be used as a supplementary (backup) function in the sensor-based control systems, when the sensor failure occurs. Moreover, the estimated rotor position and speed and other state variables of the
vi PMSMs can be used for condition monitoring of the position sensors and other components in the PMSM drive system. In addition, the thesis use PI regulator with different PI regulator design methods such as Euler Forward, Euler Backward, Tustin for PMSM speed control for evaluating the effection of different digital signal processing to PMSM speed control.
vii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................ii TÓM TẮT ...................................................................................................................... iii MỤC LỤC ......................................................................................................................vii MỤC LỤC CÁC HÌNH ................................................................................................... x Chương 0: GIỚI THIỆU .................................................................................................. 1 I. Đặt vấn đề ..................................................................................................................... 1 II. Mục tiêu của luận văn.................................................................................................. 2 III. Nhiệm vụ của luận văn ............................................................................................... 3 IV. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................... 4 V. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................. 4 VI. Điểm mới của luận văn .............................................................................................. 4 VII. Giá trị thực tiễn của đề tài ........................................................................................ 5 Chương 1: TỔNG QUAN ................................................................................................ 6 1.1 Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cữu PMSM ........................................................... 6 1.2 Ứng dụng truyền động của PMSM ............................................................................ 7 1.3 Vật liêu làm nam châm vĩnh cửu ............................................................................... 9 1.4 Phương trình toán của PMSM .................................................................................. 11 1.4.1 Phương trình toán trong miền pha abc.............................................................. 11 1.4.2 Phương trình trong hệ tọa độ trực giao dq0 ...................................................... 16 1.5 Bộ điều khiển vector không gian ............................................................................. 18 1.6 Điều khiển vector không gian không cảm biến vị trí rotor của điều khiển PMSM . 20 1.7 Hướng nghiên cứu của luận văn............................................................................... 21 Chương 2: ĐIỀU KHIỂN VẬN TỐC PMSM KHÔNG CẢM BIẾN ........................... 23 2.1 Kỹ thuật ước lượng vị trí/vận tốc rotor cho PMSM ................................................. 23 2.1.1 Phương pháp cảm biến vị trí gián tiếp .............................................................. 24
viii 2.1.2 Phương pháp dựa trên mô hình ......................................................................... 26 2.1.2.1 Mô hình động của PMSM thường gặp ...................................................... 27 2.1.2.2 Tính toán vòng hở ..................................................................................... 29 2.1.2.3 Bộ quan sát vòng kín ................................................................................. 32 2.2 Bộ điều khiển PI trong điều khiển số ....................................................................... 36 2.2.1 Giới thiệu bộ điều khiển PI ................................................................................... 36 2.2.1.1 Giới thiệu ................................................................................................... 36 2.2.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của bộ điều khiển PI ............................. 37 2.2.2 Biểu thức trong miền thời gian t ....................................................................... 39 2.2.3 Biểu thức trong miền liên tục s ......................................................................... 40 2.2.4 Biểu thức trong miền rời rạc z .......................................................................... 40 2.2.4.1 Biểu thức U(s) trong miền rời rạc z theo Euler ......................................... 41 2.2.4.2 Biểu thức U(s) trong miền rời rạc z theo Tustin ....................................... 43 2.2.4.3 Khối hiệu chỉnh điện áp............................................................................. 46 2.3 Phương pháp điều khiển được đề xuất trong luận văn ............................................. 47 2.3.1 Nguyên lý điều khiển vận tốc PMSM được thực nghiệm ................................ 48 2.3.2 Thiết kế bộ bộ quan sát chế độ trượt được thực nghiệm .................................. 49 2.3.3 Thiết kế bộ điều khiển PI số: ............................................................................ 49 Chương 3: MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN PMSM ............................................................ 51 3.1 Mô hình toán phương pháp điều khiển PMSM dựa trên hướng từ thông ................ 51 3.1.1 Biến đổi Clark ................................................................................................... 52 3.1.2 Biến đổi Park .................................................................................................... 52 3.1.3 Điều khiển PI .................................................................................................... 53 3.1.4 Biến đổi Park ngược ......................................................................................... 53 3.1.5 Biến đổi Clark ngược ........................................................................................ 54 3.1.6 Điều chế vector không gian .............................................................................. 55 3.2 Mô hình hóa mô phỏng điều khiển không cảm biến PMSM ................................... 56
ix 3.2.1 Xây dụng mô hình hóa mô phỏng..................................................................... 56 3.2.2 Mô phỏng điều khiển không cảm biến PMSM ................................................. 57 3.2.2.1 Chế độ chạy không tải ............................................................................... 57 3.2.2.2 Chế độ chạy tải nhẹ ................................................................................... 59 3.2.2.3 Điều khiển vận tốc PMSM trong điều kiện tải nặng ................................. 60 3.2.2.4 Điều khiển vận tốc PMSM trong điều kiện vận tốc thay đổi .................... 62 3.3 Nhận xét........................................................................................................... 63 Chương 4: THỰC NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN PMSM ..................................................... 64 4.1 Mô hình thực nghiệm điều khiển PMSM................................................................. 64 4.1.1 Bộ kit thí nghiệm .............................................................................................. 64 4.1.2 Card điều khiển ................................................................................................. 68 4.1.3 Động cơ PMSM ................................................................................................ 70 4.2 Kết quả thực nghiệm ................................................................................................ 72 4.2.1 Động cơ PMSM chạy không tải ....................................................................... 72 4.2.2 Động cơ PMSM chạy với tải nhẹ ..................................................................... 74 4.2.3 Động cơ PMSM chạy với tải nặng ................................................................... 76 4.2.4 Động cơ PMSM thay đổi vận tốc trong vận hành không tải ............................ 78 4.2.5 Kết quả ước lượng các đại lượng dùng trong điều khiển vận tốc PMSM ........ 80 4.3 Nhận xét ................................................................................................................... 82 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................... 84 5.1 Kết luận .................................................................................................................... 84 5.2 Hướng phát triển ...................................................................................................... 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................. 87
x DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. 1 Minh họa các kiểu PMSM cơ bản: SPMSM và IPMSM ................................. 7 Hình 1. 2 Sơ đồ nguyên lý của WECS biến đổi công suất toàn bộ dùng PMSM ........... 9 Hình 1. 3 Mô hình tương đương cơ khí và điện của PMSM ......................................... 11 Hình 1. 4 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống điều khiển PMSM dùng nguyên lý điều khiển vector không gian có cảm biến vị trí ........................................................... 19 Hình 2. 1 Mô tả ba phương pháp chính để tính toán thông tin vị trí rotor không dùng cảm biến vị trí ........................................................................................................ 24 Hình 2. 2 Mối liên hệ giữa tín hiệu điều khiển và EMF ngược trong [34] .................... 25 Hình 2. 3 Phân bố thực tế của thành phần cơ bản và hài bậc ba mật độ từ thông khe hở không khí trong máy điện cảm ứng hoạt động tại tốc độ định mức ...................... 25 Hình 2. 4 Định nghĩa các hệ quy chiếu cho mô hình PMSM ........................................ 28 Hình 2. 5 Mô tả một bộ quan sát vòng kín cho ước lượng vị trí rotor ........................... 33 Hình 2. 6 Mô tả bộ quan sát tuyến tính và bộ quan sát phi tuyến .................................. 34 Hình 2. 7 Sơ đồ khối bộ điều khiển PI ........................................................................... 37 Hình 2. 8 Sai số xác lập của bộ điều khiển PI ................................................................ 37 Hình 2. 9 Hiện tượng vọt lố và POT của bộ điều khiển................................................. 38 Hình 2. 10 Hiện tượng vọt lố và POT của bộ điều khiển............................................... 38 Hình 2. 11 Thời gian quá độ và thời gian lên của bộ điều khiển ................................... 38 Hình 2. 12 khối hiệu chỉnh điện áp ................................................................................ 46 Hình 2. 13 Sơ đồ khối điều khiển không cảm biến PMSM ........................................... 48 Hình 2. 14 Nguyên lý bộ giám sát chế độ trượt được thực nghiệm ............................... 49 Hình 4. 1 Hình ảnh thực tế TMDSHVMTRPFCKIT..................................................... 65 Hình 4. 2 Các động cơ có thể điều khiển trên TMDSHVMTRPFCKIT ....................... 66 Hình 4. 3 Sơ đồ Khối tổng quát cho hệ thống điều khiển động cơ ................................ 66
xi Hình 4. 4 Phân chia các khu vực chuyên trách trên Piccolo F2805x High Voltage Motor Control Developer’s Kit ............................................................................. 68 Hình 4. 5 Hình ảnh card điều khiển TMS320F28035 .................................................... 69 Hình 4. 6 Động cơ PMSM ............................................................................................. 71 Hình 4. 7 Động cơ chạy không tải theo PI của Euler thuận ........................................... 73 Hình 4. 8 Động cơ chạy không tải theo PI của Euler nghịch ......................................... 73 Hình 4. 9 Động cơ chạy không tải theo PI của Tustin ................................................... 74 Hình 4. 10 Động cơ chạy tải nhẹ theo PI của Euler thuận ............................................. 75 Hình 4. 11 Động cơ chạy tải nhẹ theo PI của Euler nghịch ........................................... 75 Hình 4. 12 Động cơ chạy tải nhẹ theo PI của Tustin ..................................................... 76 Hình 4. 13 Động cơ chạy tải nặng theo PI của Euler thuận ........................................... 77 Hình 4. 14 Động cơ chạy tải nặng theo PI của Euler nghịch ......................................... 77 Hình 4. 15 Động cơ chạy tải nặng theo PI của Tustin ................................................... 78 Hình 4. 16 Động cơ chạy tăng tốc, giảm tốc theo PI của Euler thuận ........................... 79 Hình 4. 17 Động cơ chạy tải nặng theo PI của Euler nghịch ......................................... 79 Hình 4. 18 Động cơ chạy tăng tốc, giảm tốc theo PI của Tustin ................................... 80 Hình 4. 19 Vị trí rotor ước lượng được .......................................................................... 81 Hình 4. 20 Vận tốc rotor ước lượng ............................................................................... 81 Hình 4. 21 Mô men động cơ .......................................................................................... 81 Hình 4. 22 Dòng điện trên ba pha của động cơ .............................................................. 81 Hình 4. 23 Dòng điện stator trong tọa độ dq .................................................................. 82
1 Chương 0: GIỚI THIỆU I. Đặt vấn đề Do có nhiều thuận lợi trong điều khiển vận tốc và mô men, hệ thống truyền động máy điện DC đã được ưu tiên ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau trong hơn 100 năm qua. Trong 30 năm trở lại đây, với sự phát triển của điện tử công suất, bộ điều khiển số (digital signal processor-DSP) và công nghệ thiết kế có sự hỗ trợ từ máy tính, các bộ điều khiển động cơ AC [1-3] đã dần thay thế các bộ điều khiển động cơ DC và có vai trò ngày càng quan trọng trong các ứng dụng điều khiển tần số thay đổi. Hiện tại, các kiểu khác nhau của điều khiển AC dùng trong máy điện cảm ứng (induction machines-IM), động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (permanent magnet synchronous machines-PMSM), động cơ từ trở chuyển mạch (switched reluctance machines-SRM) được dùng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Trong số các bộ truyền động động cơ AC, hệ thống điều khiển PMSM được dùng nhiều nhất, chúng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như là thiết bị trong nhà [4], hệ thống xe điện [5], và hệ thống chuyển đổi năng lượng gió (wind energy conversion systems-WECS) [6], bởi các ưu điểm vượt trội là hiệu suất cao, mật độ công suất lớn và vùng hằng số công suất rộng. Với việc giảm giá liên tục của các vật liệu nam châm vĩnh cửu và sự phát triển của công nghệ điều khiển, truyền động PMSM càng trở nên hấp dẫn và cạnh tranh so với các động cơ khác [7]. Ngoài ra, do các vấn đề toàn cầu về ô nhiễm môi trường và an ninh năng lượng ngày càng được qua tâm chú ý, các hệ thống chuyển đổi năng lượng gió và các xe chạy điện nhận được nhiều sự quan tâm cả trong học thuật và trong ứng dụng tại các công ty sản xuất. Đây là một thị trường rộng lớn cho công nghệ điều khiển PMSM. Ngoài ra, việc điều khiển các động cơ PMSM trong công nghiệp ngày càng được tự động hóa cao với sự tham gia điều khiển của các bộ điều khiển số. Có nhiều phương pháp số hóa bộ điều khiển được thực hiện và mỗi giải thuật sẽ tác động khác nhau đến khả năng điều khiển vận tốc động cơ PMSM. Trong quá trình thực nghiệm điều khiển
2 động cơ PMSM không cảm biến, luận văn đề xuất áp dụng ba giải thuật số hóa khác nhau nhằm có sự đánh giá về khả năng và so sánh ưu nhược điểm của từng giải thuật. Điều này sẽ góp phần quan trong việc đưa ứng dụng điều khiển PMSM từ thực nghiệm vào quá trình sản xuất hàng loạt trong tương lai không xa tại thị trường Việt Nam nói riêng và quốc tế nói chung. Trong vấn đề nghiên cứu điều khiển động cơ PMSM trong tình hình nước ta hiện nay còn rất khiêm tốn. Một số nghiên cứu được thực hiện trong nước đều hướng đến điều khiển có cảm biến PMSM được thể hiện trong [1-2]. Vấn đề nghiên cứu điều khiển động cơ PMSM không cảm biến còn đang bỏ ngõ và chưa có công bố nào trong nước. Luận văn hướng đề tài vào việc điều khiển không cảm biến các PMSM với mục tiêu bỗ trợ và nâng cao hiệu quả hoạt động của các PMSM trong cac hệ thống truyền động hiệu suất cao phục vụ nhu cầu công nghiệp hóa-hiện đại hóa đất nước hiện nay. II. Mục tiêu của luận văn Mục tiêu nghiên cứu trong luận văn là phát triển hệ thống điều khiển không cảm biến vị trí/vận tốc rotor có thể thay thế cho các hệ thống điều khiển có cảm biến cho các động cơ PMSM trong toàn bộ dãy hoạt động. Điều khiển không cảm biến cung cấp một giải pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề phát sinh trong việc dùng các cảm biến vị trí cơ cấu cơ điện tử trong hệ thống điều khiển PMSM. Đầu tiên, nó cung cấp giải pháp thay thế cho điều khiển có cảm biến hiện tại cho PMSM với việc giảm chi phí, kích thước, khối lượng và sự phức tạp phần cứng. Thứ hai, nó có thể được sử dụng như là một bổ sung (sao lưu) trong các hệ thống điều khiển dựa trên cảm biến. Khi các cảm biến gặp sự cố, điều khiển không cảm biến đảm bảo rằng hệ thống điều khiển PMSM có thể tiếp tục hoạt động một cách chính xác. Điều này giúp tránh cho việc hỏng hóc các thiết bị khác bởi sự hư hỏng cảm biến và hệ thống điều khiển. Cuối cùng, vị trí và vận tốc rotor được tính toán và các biến trạng thái khác của PMSM có thể được dùng để giám sát các điều kiện các cảm biến cơ điện và các thành phần khác của PMSM.
3 Giúp giảm tỉ lệ và mức độ hư hỏng, tiết kiệm chi phí bảo trì và cải thiện độ tin cậy của hệ thống điều khiển PMSM. Để thực hiện được mục tiêu trên, mục tiêu chính của luận văn được đư ra như sau: - Đề xuất giải thuật có thể áp dụng để điều khiển vận tốc động cơ PMSM trong một dãy công suất rộng. Công việc này giúp nâng cao hiệu quả làm việc của động cơ. - Sử dụng các phương pháp số hóa khác nhau để thực nghiệm điều khiển động cơ PMSM trong các bộ điều khiển số - Thực nghiệm điều khiển động cơ PMSM để đánh giá hiệu quả hoạt động của phương pháp điều khiển động cơ PMSM được đề xuất - Thực nghiệm điều khiển động cơ PMSM để đánh giá tác động của các phương pháp số hóa tín hiệu khác nhau trong các bộ điều khiển số trong việc điều khiển vận tốc động cơ PMSM. III. Nhiệm vụ của luận văn Luận văn “Điều khiển tốc độ không dùng cảm biến trong động cơ PMSM” có những nội dung chính như sau: - Tìm hiểu về động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu qua ứng dụng cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phương trình toán học tương đương của PMSM. - Tìm hiểu tổng quan về các phương pháp điều khiển vận tốc PMSM hiện nay. - Nghiên cứu về phương pháp điều khiển trượt và áp dụng phương pháp điều khiển trượt trong điều khiển vận tốc PMSM. - Nghiên cứu về Board điều khiển Piccolo F2805x High Voltage Motor Control Developer's Kit và Card điều khiển Piccolo TMX320F28055 trong điều khiển PMSM - Nghiên cứu các phương pháp số hóa bộ điều khiển PI bằng phương pháp Euler và Tustin
4 - Thực nghiệm điều khiển động PMSM bằng phương pháp điều khiển FOC với bộ quan sát theo chế độ trượt bằng nhiều phương pháp điều khiển số khác nhau. - Đánh giá kết quả đạt được qua các phương pháp điều khiển số khác nhau đã thực nghiệm. IV. Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu điều khiển động cơ PMSM - Nghiên cứu về các phương pháp điều khiển PMSM - Sử dụng bộ kit chuyên dụng của TI để điều khiển PMSM theo phương pháp điều khiển FOC với bộ quan sát theo chế độ trượt. - Mô phỏng điều khiển PMSM theo các phương pháp điều khiển số khác nhau là Euler thuận, Euler nghịch, Tustin. V. Phương pháp nghiên cứu - Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu. - Nghiên cứu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và mô hình toán PMSM - Nghiên cứu các giải thuật điều khiển PMSM - Nghiên cứu các phương pháp điều khiển số Euler thuận, Euler nghịch, Tustin trong điều khiển động cơ PMSM bằng bộ điều khiển số. - Nghiên cứu lập trình C cho card điều khiển DSP trong điều khiển động cơ PMSM - Ghi nhận kết quả sau mô phỏng và đánh giá kết quả. VI. Điểm mới của luận văn Luận văn đã thực nghiệm thành công việc điều khiển vận tốc động cơ PMSM theo phương pháp trượt. Đây là tiền đề quan trọng để ứng dụng mô hình điều khiển vào thực tiễn sản xuất. Với việc áp dụng phương pháp điều khiển trượt vào điều khiển vận tốc động cơ, nhược điểm giảm hiệu quả điều khiển khi có sự thay đổi vận tốc động cơ.
5 Luận văn đã đề xuất áp dụng các phương pháp số hóa tín hiệu trong điều khiển số. Đây là tiền đề quan trọng trong thực nghiệm điều khiển động cơ vì hiện nay số hóa điều khiển là một xu hướng tất yếu do các ưu điểm mà nó mang lại so với các bộ điều khiển tương tự. Trong luận văn, các giải thuật số hóa bộ điều khiển là Euler thuận, Euler nghịch, Tustin được áp dụng để từ đó rút ra được các các kết quả quan trọng về lựa chọn, phối hợp và áp dụng các giải thuật số hóa trong các trường hợp điều khiển động cơ cụ thể. Trong quá trình thực nghiệm, kết quả thu được trong luận văn có thể áp dụng vào việc thiết kế các bộ điều khiển hoàn thiện đưa vào vận hành trong thực tế. Đây là điểm quan trọng mà các mô hình mô phỏng không thể làm được ngay. VII. Giá trị thực tiễn của đề tài Luận văn đã mô phỏng trên mô hình vật lý về điều khiển PMSM, đây là kết quả quan trọng vì qua mô phỏng với một PMSM thực tế sẽ có thể thu được rất nhiều kết quả về sự ảnh hưởng của các yếu tố thực tế không được mô hình hóa hay bị bỏ qua trong việc xây dựng mô hình toán của PMSM trong mô phỏng. Qua luận văn, các phương pháp số hóa tín hiệu điều khiển được áp dụng nhằm so sánh và đưa ra khuyến nghị trong việc lựa chọn, phối hợp và áp dụng phương pháp số hóa hợp lý trong điều kiện thực tế cụ thể. Với việc sử dụng nhiều phương pháp số hóa tín hiệu điều khiển, các kết quả được sử dụng để so sánh và đưa ra nhận xét cũng như kết luận về hiệu quả của từng phương pháp. Với kết quả thu được trong điều khiển PMSM bằng mô hình vật lý, kết quả thu được trong luận văn hoàn toàn có thể được ứng dụng vào thực tiễn và bán ra thị trường. Đây là đóng góp lớn với xã hội nói chung khi đưa kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất.