Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu (MRAS) áp dụng cho bài toán phân chia công suất hai động cơ một chiều nối cứng trục, chung tải

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:87

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật "Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu (MRAS) áp dụng cho bài toán phân chia công suất hai động cơ một chiều nối cứng trục, chung tải" trình bày các nội dung chính sau: Bài toán cân bằng tải cho hai động cơ nối cứng trục; Hệ thống điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu - Model Reference Adaptive Systems – MRAS; Thiết kế và mô phỏng thuật toán điều khiển.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu (MRAS) áp dụng cho bài toán phân chia công suất hai động cơ một chiều nối cứng trục, chung tải

I LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Nguyễn Văn Đào. Sinh ngày: 25 tháng 06 năm 1975. Học viên lớp cao học khoá 15 - TĐH - Trường đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Hiện đang công tác tại : Trường Cao đẳng nghề cơ điện Phú Thọ Xin cam đoan luận văn “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI THEO MÔ HÌNH MẪU (MRAS) ÁP DỤNG CHO BÀI TOÁN PHÂN CHIA CÔNG SUẤT HAI ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU NỐI CỨNG TRỤC, CHUNG TẢI.” do thầy giáo TS. Nguyễn Duy Cương hướng dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng. Tôi xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn đúng như nội dung trong đề cương và yêu cầu của thầy giáo hướng dẫn. Nếu có vấn đề gì trong nội dung của luận văn, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình. Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014 Học viên Nguyễn Văn Đào Học viên: Nguyễn Văn Đào
II LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trương và được sự hướng dẫn tận tình giúp đỡ của thầy giáo TS. Nguyễn Duy Cương, luận văn với đề tài “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI THEO MÔ HÌNH MẪU (MRAS) ÁP DỤNG CHO BÀI TOÁN PHÂN CHIA CÔNG SUẤT HAI ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU NỐI CỨNG TRỤC, CHUNG TẢI” đã được hoàn thành. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới: Thầy giáo hướng dẫn TS. Nguyễn Duy Cương đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn. Các thầy cô giáo Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên và một số đồng nghiệp, đã quan tâm động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập để hoàn thành luận văn này. Công ty cổ phần tự động hóa Hoàng Liên đã tạo điều kiện cơ sở vật chất và giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu, làm thực nghiệm. Mặc dù đã cố gắng hết sức, song do điều kiện thời gian và kinh nghiệm thực tế của bản thân còn ít, cho nên đề tài không thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, tôi mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo, cô giáo và các bạn bè đồng nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày….tháng….năm 2014 Học viên Nguyễn Văn Đào Học viên: Nguyễn Văn Đào
III MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................I LỜI CẢM ƠN..................................................................................................II MỤC LỤC......................................................................................................III DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT..............................................................V DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ........................................................................VI LỜI NÓI ĐẦU...............................................................................................XI CHƯƠNG 1: BÀI TOÁN CÂN BẰNG TẢI CHO HAI ĐỘNG CƠ NỐI CỨNG TRỤC....................................................................................................1 1.1 Bài toán thực tế:...........................................................................................1 1.1.1 Giải pháp truyền thống.........................................................................3 1.1.2 Giải pháp đề xuất..................................................................................6 1.2 Mô hình hệ thống........................................................................................8 1.2.1 Giới thiệu:.............................................................................................8 1.2.2 Xây dựng mô hình toán của hệ thống...................................................9 1.3 Tham số hệ thống. ....................................................................................13 1.4 Kết luận chương 1.....................................................................................14 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI THEO MÔ HÌNH MẪU MRAS...................................................................................................15 Học viên: Nguyễn Văn Đào
IV 2.1 GIỚI THIỆU ............................................................................................15 2.1.1 Điều khiển thích nghi trực tiếp và gián tiếp.......................................15 2.1.2 Hệ thống điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu............................15 2.2 Thiết kế bộ điều khiển thích nghi dựa vào luật MIT:................................19 2.3 Phương pháp ổn định của Lyapunov.........................................................29 2.4 Kết luận chương 2.....................................................................................37 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN. 38 3.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển.....................................................................38 3.2 Tổng hợp mạch vòng dòng điện động cơ 1...............................................39 3.3 Bộ điều chỉnh dòng điện DC2 dùng điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu MRAS......................................................................................................44 3.4 Tổng hợp mạch vòng tốc độ......................................................................53 3.5 Kết luận chương 3.....................................................................................59 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM......................................................................61 4.1 Giới thiệu:..................................................................................................61 4.2 Các mạch điện thực hiện...........................................................................62 4.3 Thực nghiệm trên mô hình........................................................................66 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ..............................................................................72 TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................74 Học viên: Nguyễn Văn Đào
V DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ Viết Tắt Tên tiếng anh Tên tiếng việt LFFC Learning Feed Forward Control Model Reference Adaptive Hệ thống thích nghi theo MRAS System mô hình mẫu Proportional - Integral - PID Tỷ lệ- tích phân - đạo hàm Derivative STR Self Tuning Regulator Bộ điều khiển tự chỉnh Điều khiển học sai lệch FEL Learning Feedback Error phản hồi Điều khiển học theo quá ILC Interative learning control trình lặp AC Alternating Current Dòng điện xoay chiều DC Direct Current Dòng điện một chiều PWM Pulse – width modulation Điều chế độ rộng xung AD Analog digital Bộ biến đổi tương tự -số MLP Multilayer perceptron LC Learning Control Bộ điều khiển học Học viên: Nguyễn Văn Đào
VI DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ HÌNH 1-1: PHỤ TẢI CHỈ SỬ DỤNG 01 ĐỘNG CƠ...........................................1 HÌNH 1-2: GIẢI PHÁP SỬ DỤNG 02 ĐỘNG CƠ...............................................2 HÌNH 1-3: HAI ĐỘNG CƠ CÓ PHẦN ỨNG VÀ KÍCH TỪ NỐI TIẾP NHAU.3 HÌNH 1-4: HAI ĐỘNG CƠ VỚI HAI BỘ ĐIỀU KHIỂN RIÊNG RẼ.................5 HÌNH 1-5: GIẢI PHÁP TRUYỀN THỐNG.........................................................6 HÌNH 1-6: CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỀ XUẤT.........................7 HÌNH 1-7: MÔ HÌNH HỆ THỐNG.......................................................................9 HÌNH 1-8: SƠ ĐỒ THAY THẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP.............................................................................................................10 HÌNH 1-9: MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP............12 HÌNH 2-10: HỆ THÍCH NGHI THAM SỐ.........................................................16 HÌNH 2-11: HỆ THÍCH NGHI TÍN HIỆU..........................................................17 HÌNH 2-12: ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI TRỰC TIẾP.....................................19 HÌNH 2-13: MÔ HÌNH ĐỐI TƯỢNG VÀ MÔ HÌNH MẪU.............................21 Học viên: Nguyễn Văn Đào
VII HÌNH 2-14: SỰ THAY ĐỔI THAM SỐ BP DẪN TỚI SỰ THAY ĐỔI ĐÁP ỨNG ĐẦU RA.....................................................................................................22 HÌNH 2-15: ĐÁP ỨNG ĐẦU RA CỦA ĐỐI TƯỢNG KHI THAY ĐỔI THAM SỐ BP...................................................................................................................23 HÌNH 2-16: SAI LỆCH GIỮA HAI ĐÁP ỨNG RA (E) KHI THAY ĐỔI THAM SỐ BP......................................................................................................23 HÌNH 2-17: BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI DỰA VÀO LUẬT MIT THEO THAM SỐ KB.....................................................................................................24 HÌNH 2-18: ĐÁP ỨNG ĐẦU RA CỦA ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ HÌNH MẪU THEO LUẬT MIT..........................................................................24 HÌNH 2-19: SAI LỆCH ĐẦU RA CỦA ĐỐI TƯỢNG VÀ MÔ HÌNH MẪU.. 25 HÌNH 2-20: HỆ SỐ THÍCH NGHI KB THEO LUẬT MIT..............................25 HÌNH 2-21: SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG CHỈNH ĐỊNH THÔNG SỐ KA VÀ KB.. . .27 HÌNH 2-22: ĐÁP ỨNG ĐẦU RA VÀ SAI LỆCH GIỮA ĐẦU RA ĐỐI TƯỢNG VÀ MÔ HÌNH MẪU............................................................................27 HÌNH 2-23: CÁC HỆ SỐ KA VÀ KB................................................................28 HÌNH 2-24: KHI THAY ĐỔI HỆ SỐ THÍCH NGHI........................................28 HÌNH 2-25: HỆ THỐNG THÍCH NGHI THIẾT KẾ THEO PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH LYAPUNOV......................................................................................36 Học viên: Nguyễn Văn Đào
VIII HÌNH 2-26: ĐÁP ỨNG RA VÀ SAI LỆCH E CỦA ĐỐI TƯỢNG VÀ MÔ HÌNH MẪU.........................................................................................................36 HÌNH 2-27: CÁC TÍN HIỆU THÍCH NGHI KA, KB.......................................37 HÌNH 3-28: CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN.......................................39 HÌNH 3-29: TỔNG HỢP MẠCH VÒNG DÒNG ĐIỆN....................................40 HÌNH 3-30: SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN DÒNG ĐIỆN 1..............43 HÌNH 3-31: ĐÁP ỨNG DÒNG ĐIỆN 1............................................................43 HÌNH 3-32: SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN DÒNG THÍCH NGHI CHO ĐỘNG CƠ 2...............................................................................................50 HÌNH 3-33: ĐÁP ỨNG DÒNG ĐIỆN ĐẦU RA VÀ SAI LỆCH CỦA ĐỘNG CƠ 2 SO VỚI DÒNG ĐIỆN MẪU......................................................................50 HÌNH 3-34: CÁC THAM SỐ CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN......................................51 HÌNH 3-35: ĐÁP ỨNG DÒNG ĐIỆN ĐẦU RA VÀ SAI LỆCH CỦA ĐỘNG CƠ 2 SO VỚI DÒNG ĐIỆN MẪU KHI THÔNG SỐ PHẦN ỨNG THAY ĐỔI. ..............................................................................................................................52 HÌNH 3-36: CÁC THAM SỐ CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN KHI THÔNG SỐ PHẦN ỨNG THAY ĐỔI.................................................................................................52 HÌNH 3-37: CẤU TRÚC MẠCH VÒNG TỐC ĐỘ............................................54 Học viên: Nguyễn Văn Đào
IX HÌNH 3-38: SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG MẠCH VÒNG TỐC ĐỘ.............................56 HÌNH 3-39: ĐÁP ỨNG ĐẦU RA CỦA MẠCH VÒNG TỐC ĐỘ....................57 HÌNH 3-40: TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DƯỚI ĐIỀU KIỆN ĐỊNH MỨC..................58 HÌNH 3-41: ĐÁP ỨNG VÀ SAI LỆCH DÒNG ĐIỆN CỦA HAI ĐỘNG CƠ.. 58 HÌNH 3-42: THAM SỐ CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN...............................................59 HÌNH 4-43: MÔ HÌNH ĐỐI TƯỢNG.................................................................61 HÌNH 4-44: TỔNG THỂ HỆ THỐNG................................................................62 HÌNH 4-45: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC MẠCH ĐIỆN THỰC HIỆN..........................63 HÌNH 4-46: MẶT TRƯỚC TỦ ĐIỀU KHIỂN...................................................64 HÌNH 4-47: 06 THYRISTOR CỦA MẠCH CHỈNH LƯU CẦU 3 PHA...........64 HÌNH 4-48: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VÀ TRUYỀN XUNG...............................64 HÌNH 4-49: MẠCH ĐIỀU KHIỂN PHA XUNG................................................65 HÌNH 4-50: MẠCH ĐIỀU KHIỂN.....................................................................65 HÌNH 4-51: TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM.......................................................66 HÌNH 4-52: ĐIỆN ÁP ĐỒNG BỘ VÀ ĐIỆN ÁP RĂNG CƯA..............66 HÌNH 4-53: ĐIỆN ÁP ĐIỀU KHIỂN VÀ ĐIỆN ÁP RĂNG CƯA....................67 Học viên: Nguyễn Văn Đào
X HÌNH 4-54: ĐIỆN ÁP RĂNG CƯA VÀ ĐẦU RA KHÂU SO SÁNH..............67 HÌNH 4-55: ĐIỆN ÁP RĂNG CƯA VÀ ĐẦU RA KHÂU SỬA XUNG..........68 HÌNH 4-56: XUNG CHÙM.................................................................................68 HÌNH 4-57: NHÂN XUNG CHÙM....................................................................69 HÌNH 4-58: XUNG CẤP CHO THYRISTOR....................................................70 HÌNH 4-59: ĐÁP ỨNG TỐC ĐỘ CỦA ĐỘNG CƠ...........................................70 HÌNH 4-60: DÒNG ĐIỆN 2 ĐỘNG CƠ.............................................................71 Học viên: Nguyễn Văn Đào
XI LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa gắn liền với tri thức hiện nay, việc ứng dụng các tiến bộ của khoa học kỹ thuật trong các hệ thống điều khiển, từ việc điều khiển động cơ công suất nhỏ, điều khiển đèn giao thông ở một ngã tư cho tới cả một dây truyền, một hệ thống trong nhà máy, xí nghiệp....được đặc biệt quan tâm. Cùng với sự trợ giúp của máy tính, của trí tuệ nhân tạo, các hệ thống điều khiển ngày càng trở nên hoàn thiện hơn, phục vụ nhiều chức năng hơn và khả năng tự động hóa ngày càng cao. Do đó, yêu cầu đối với cán bộ kỹ thuật phải có trình độ ngày càng cao, đồng thời phải có khả năng nắm bắt công nghệ mới tốt. Tuy nhiên, đối với những hệ thống đã và đang được sử dụng lại yêu cầu người cán bộ kỹ thuật phải có khả năng nắm bắt và cải tiến công nghệ cho các hệ thống đó. Việc sử dụng động cơ công suất lớn đáp ứng được yêu cầu của tải gặp nhiều khó khăn. Có thể là rất khó hoặc rất đắt để thiết kế, chế tạo các động cơ công suất lớn. Vận hành động cơ công suất lớn đồng nghĩa với việc đi kèm với nó là thiết bị biến đổi (bộ chỉnh lưu có điều khiển đối với động cơ một chiều, bộ nghịch lưu đối với động cơ xoay chiều) công suất lớn. Tương tự như đã đặt vấn đề đối với việc thiết kế, chế tạo động cơ công suất lớn, có thể khẳng định rằng rất khó và cũng rất đắt để thiết kế và chế tạo các bộ biến đổi công suất lớn tương xứng. Với đề tài: “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI THEO MÔ HÌNH MẪU (MRAS) ÁP DỤNG CHO BÀI TOÁN PHÂN CHIA CÔNG SUẤT HAI ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU NỐI CỨNG TRỤC, CHUNG TẢI”, tác giả đưa ra giải pháp khắc phục các khó khăn, hạn chế trên khi thay vì chỉ sử dụng một động cơ công suất lớn ta sử dụng 02 động cơ có tổng Học viên: Nguyễn Văn Đào
XII công suất bằng công suất của động cơ cần thay thế, các động cơ được chọn yêu cầu có cùng tốc độ định mức và công suất định mức, nối cứng trục. Ưu điểm của giải pháp là: tính khả thi trong việc thiết kế, chế tạo động cơ cũng như bộ biến đổi đi kèm có công suất nhỏ hơn. Phương pháp nghiên cứu của đề tài như sau: - Nghiên cứu lý thuyết và xây dựng mô hình toán hệ hai động cơ một chiều nối cứng trục - Nghiên cứu hệ thống điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu MRAS áp dụng cho bài toán chia tải hai động cơ. - Kiểm chứng kết quả thiết kế thông qua mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink. - Thiết kế chế tạo mô hình và bộ điều khiển bằng mạch điện tử sử dụng khuếch đại thuật toán. Cấu trúc luận văn bao gồm 4 chương, nội dung tóm tắt của các chương như sau: Chương 1: Bài toán cân bằng tải cho hai động cơ nối cứng trục. Vấn đề cân bằng tải cho hai động cơ nối cứng trục được xem xét. Đồng thời xây dựng mô hình toán cho hệ truyền động gồm 2 động cơ nối cứng trục. Chương 2: Hệ thống điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu - Model Reference Adaptive Systems – MRAS. Khái niệm về điều khiển thích nghi, điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu, điều khiển thích nghi trực tiếp, gián tiếp được giới thiệu trong chương này. Lý thuyết ổn định Lyapunov được áp dụng để tìm ra công thức hiệu chỉnh thông số của đổi tượng điều theo thông số của mô hình mẫu. Học viên: Nguyễn Văn Đào
XIII Chương 3: Thiết kế và mô phỏng thuật toán điều khiển. Áp dụng lý thuyết về hệ thống thích nghi theo mô hình mẫu MRAS được trình bày ở Chương 2 cho việc thiết kế hệ thống điều khiển như đã đề xuất tại Chương 1. Hệ thống điều khiển với cấu trúc 02 mạch vòng, mạch vòng tốc độ bên ngoài, mạch vòng dòng điện bên trong. Bộ điều khiển PID mạch vòng dòng điện của động cơ thứ nhất được tính toán trước với các thông số bộ điều khiển là cố định. Dòng phần ứng của động cơ thứ nhất được xem là dòng điện mẫu. Bộ điều khiển PID thích nghi mạch vòng dòng điện động cơ thứ 2 sau đó được thiết kế dựa theo lý thuyết ổn định Lyapunov theo đó dòng điện phần ứng động cơ thứ 2 luôn bám sát dòng điện mẫu – dòng phần ứng động cơ 1. Kết quả thiết kế, tính toán được đánh giá và hiệu chỉnh thông qua mô phỏng sử dụng Matlab Simulink. Chương 4: Thực nghiệm. Dựa trên các kết quả đạt được ở Chương 3, tác giả đi tiến hành xây dựng mạch điện tử thực hiện chức năng của hệ thống điều khiển và triển khai trên thiết bị thực. Kết quả chạy thực nghiệm đã khẳng định tính đúng đắn của thuật toán điều khiển đề xuất. Thái Nguyên, ngày tháng .năm 2014 Học viên Nguyễn Văn Đào Học viên: Nguyễn Văn Đào
1 CHƯƠNGBÀI TOÁN CÂN BẰNG TẢI CHO HAI ĐỘNG CƠ NỐI CỨNG 1: TRỤC. 1.1 Bài toán thực tế: Trong thực tế sản xuất nhiều dây chuyền công nghệ yêu cầu sử dụng động cơ một chiều hay xoay chiều công suất đến hàng nghìn KW (Hình 1-1). Thiết bị cán Block là khâu cuối cùng trong dây chuyền cán thép hiện đại yêu cầu sử dụng công suất vào khoảng 5000 Kw là một thí dụ điển hình. Hệ thống quạt gió lò, trạm nén khí, trạm bơm,…là các hệ thống điển hình mà ở đó thường yêu cầu sử dụng động cơ công suất lớn. AC BBĐ Động cơ Tải Hình 1-1: Phụ tải chỉ sử dụng 01 động cơ. Việc sử dụng động cơ công suất lớn đáp ứng được yêu cầu của tải gặp Học viên: Nguyễn Văn Đào
2 nhiều khó khăn. Có thể là rất khó hoặc rất đắt để thiết kế, chế tạo các động cơ công suất lớn. Hơn nữa việc vận chuyển động cơ này từ nơi sản xuất đến nới sử dụng cũng như việc lắp đặt chúng vào vị trí làm việc gặp không ít trở ngại vì yếu tố trọng lượng và kích thước. Vận hành động cơ công suất lớn đồng nghĩa với việc đi kèm với nó là thiết bị biến đổi (bộ chỉnh lưu có điều khiển đối với động cơ một chiều, bộ nghịch lưu đối với động cơ xoay chiều) công suất lớn. Tương tự như đã đặt vấn đề đối với việc thiết kế, chế tạo động cơ công suất lớn, có thể khẳng định rằng rất khó và cũng rất đắt để thiết kế, chế tạo các bộ biến đổi công suất lớn tương xứng. Động cơ 1 Động cơ 2 Tải Hình 1-2: Giải pháp sử dụng 02 động cơ. Giải pháp khắc phục các khó khăn, hạn chế khi chỉ sử dụng một động cơ công suất lớn đó là thay vì sử dụng 01 động cơ công suất lớn ta sử dụng 02 hay nhiều hơn 02 động cơ có tổng công suất bằng công suất của động cơ cần thay thế, các động cơ được chọn yêu cầu có cùng tốc độ định mức và công suất định mức có thể khác nhau trong giới hạn cho phép, nối cứng trục (Hình 1-2). Ưu điểm: tính khả thi trong việc thiết kế, chế tạo động cơ cũng như bộ Học viên: Nguyễn Văn Đào
3 biến đổi đi kèm có công suất nhỏ hơn; quá trình vận chuyển, lắp ráp, vận hành dễ dàng hơn. Đặc biệt là đối với giải pháp đề xuất, bằng cách lựa chọn tổ nối dây của máy biến áp lực một cách hợp lý cho phép giảm thiểu ảnh hưởng của thành phần sóng hài bậc 3 do bộ biến đổi tạo ra đối với lưới điện. 1.1.1 Giải pháp truyền thống AC BBĐ Động cơ 1 Động cơ 2 Tải Hình 1-3: Hai động cơ có phần ứng và kích từ nối tiếp nhau. Trước hết ta phân tích giải pháp đơn giản nhất là thay thế 01 động cơ một chiều bởi 02 động cơ một chiều giống nhau có tổng công suất bằng công suất động cơ cần thay thế, các động cơ đã nêu có chung tốc độ định mức. Yêu cầu đặt ra là trong quá trình vận hành hai động cơ trên luôn đóng góp phần công suất của Học viên: Nguyễn Văn Đào
4 mình cho phụ tải chung là như nhau. Yêu cầu khắt khe này không thực hiện được nếu không có sự can thiệp của điều khiển bởi lẽ trong thực tế ta không thể tìm được hai động cơ giống nhau tuyệt đối. Một giải pháp giúp hai động cơ trên luôn có các dòng kích từ bằng nhau, các dòng phần ứng như nhau đó là thực hiện mắc nối tiếp các cuộn kích từ, mắc nối tiếp các cuộn dây phần ứng (Hình 1-3). Khi đó sự đóng góp của hai động cơ là hoàn toàn giống nhau. Giải pháp tưởng như đơn giản tuy nhiên không thể thực hiện trong thực tế bởi lẽ điện áp cấp cho kích từ, điện áp cấp cho phần ứng yêu cầu tăng gấp hai lần, điều nay đồng nghĩa với việc công suất của thiết bị biến đổi yêu cầu tăng gấp hai lần – khó khăn này đã đề cập ở trên. Ta có thể kết luận ở đây giải pháp 02 động cơ chỉ dùng chung 01 bộ biến đổi là không khả thi trong thực tế. Qua các phân tích trên, giải pháp điều khiển cho 02 động cơ yêu cầu phải dùng 02 bộ biến đổi (Hình 1-4). Tuy nhiên nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng nếu không có mối liên hệ dàng buộc giữa hai bộ biến đổi sẽ không tạo nên sự đóng góp công suất như nhau của 02 động cơ. Thực tế đã khẳng định rằng, nếu 02 bộ biến đổi cấp nguồn cho 02 động cơ làm việc độc lập sẽ dẫn đến trạng thái nguy hiểm cụ thể là: Một động cơ làm việc quá tải, động cơ còn lại non tải; Trường hợp xấu hơn nữa một động cơ ngoài việc kéo toàn bộ tải còn phải kéo cả động cơ còn lại. Học viên: Nguyễn Văn Đào
5 AC AC Driver 1 Driver 2 Động cơ 1 Động cơ 2 Tải Hình 1-4: Hai động cơ với hai bộ điều khiển riêng rẽ. Một trong các thiết kế đã áp dụng đó là sử dụng cấu trúc với 02 mạch vòng điều khiển, mạch vòng tốc độ chung bên ngoài, mạch vòng dòng điện kép bên trong, tín hiệu ra của mạch vòng tốc độ là tín hiệu đặt cho các mạch vòng dòng điện (Hình 1-5). Sự sai khác về dòng điện của hai động cơ được hiệu chỉnh bằng cách thay đổi thông số của các bộ điều khiển PID mạch vòng dòng điện một cách phù hợp. Với giải pháp này đã đáp ứng được yêu cầu của sản xuất. Tuy nhiên, do thông số của các bộ điều khiển PID là cố định, trong quá trình vận hành khi thông số của hệ thống thay đổi, dẫn đến sự sai khác tương đối lớn về dòng điện của các động cơ (đôi khi có thể lên đến 15%). Chính vì vậy, cùng với quá trình vận hành, cán bộ kỹ thuật cần phải chỉnh định lại thông số của các bộ điều khiển sao cho hệ thống làm việc ổn định theo mong muốn – đây là nhược điểm cơ bản của thiết kế đã nêu. Học viên: Nguyễn Văn Đào
6 Tốc độ đặt (-) BĐK Tốc Độ (-) (+) (+) (-) BĐK Dòng BĐK Dòng Điện 1 Điện 1 I2 I1 UA BBĐ1 BBĐ 2 UA UB UB UC UC Động cơ 2 Động cơ 1 Tải Máy phát tốc Hình 1-5: Giải pháp truyền thống. 1.1.2 Giải pháp đề xuất Học viên: Nguyễn Văn Đào
7 Tốc độ (-) đặt BĐK Tốc Độ I&1 β I&2 (-) I1 (-) e2 βI2 e1 SVF1 Luật TN SVF2 βI (-) (-) β 2 BĐK BĐK Dòng I1 Điện 2 Dòng Điện controlle 1 I2 UA controlle BBĐ1 BBĐ2 UA UB UB UC UC Động cơ Động cơ 2 Tả 1 i Máy phát tốc Hình 1-6: Cấu trúc hệ thống điều khiển đề xuất. Giải pháp đề xuất trong luận văn này được phát triển dựa theo giải pháp vừa nêu tuy nhiên có sự thay đổi. Cụ thể, giữ nguyên cấu trúc điều khiển hai Học viên: Nguyễn Văn Đào