- 1 -
BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
NGUYỄN THẾ PHÚ
ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ TRONG ĐIỀU
KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
Chuyên ngành: Tự ñộng hóa
Mã số: 60.52.60
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Đà Nẵng – Năm 2011
- 2 -
Công trình ñược hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS Đoàn Quang Vinh
Phản biện 1 :…………………………………….
Phản biện 2 :…………………………………….
Luận văn sẽ ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày
07 tháng 05 năm 2011.
Có thể tìm hiểu luận văn tại :
- Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng
- 3 -
MỞ ĐẦU
1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của ñề tài
Hiện nay trong các hệ truyền ñộng hiện ñại, ñộng cơ ñiện
không ñồng bộ ( ĐCKĐB ) ñang ñược sử rộng rãi.
Nguyên lý của ñiều khiển tựa theo từ trường là phương pháp
ñược áp dụng nhiều nhất trong các sản phẩm thương mại.
Bản chất của ĐCKĐB là một ñối tượng mang ñặc ñiểm phi
tuyến cả về cấu trúc lẫn tham số nên trong nhiều trường hợp vẫn có
những vấn ñề nảy sinh (ví dụ như khi ñiện trở rotor thay ñổi theo
nhiệt ñộ) thì việc sử dụng bộ ñiều chỉnh PID kinh ñiển sẽ không cho
kết quả tốt. Điều khiển mờ ñược sử dụng trong ñiều khiển ñộng cơ
không ñồng bộ ñược cho là giải pháp phù hợp hơn.
Đề tài “Ứng dụng ñiều khiển mờ trong ñiều khiển ñộng cơ ñiện
không ñồng bộ ” nhằm chỉnh ñịnh các tham số của bộ ñiều chỉnh PID
kinh ñiển mỗi khi tham số ñiện trở rotor của ñộng cơ thay ñổi, góp
phần giải quyết ñược vấn ñề phức tạp trong cấu trúc truyền ñộng phi
tuyến của ĐCKĐB.
2. Ý nghĩa của ñề tài
Hướng nghiên cứu về ứng dụng ñiều khiển mờ trong ñiều khiển
ĐCKĐB rotor lồng sóc là phương pháp ñiều khiển mới, khắc phục
một vài nhược ñiểm của hệ thống thiết kế theo các phương pháp
tuyến tính kinh ñiển. Phương pháp ñiều khiển mờ các tham số PID là
phương pháp thiết kế bộ ñiều chỉnh có khả năng thay ñổi ñược các
thông số ñiều chỉnh PID, từ ñó giúp hệ thống ổn ñịnh trước sự thay
ñổi của các tham số trong ñộng cơ.
3. Các mục tiêu của ñề tài
- Nghiên cứu ứng dụng ñiều khiển mờ vào việc chỉnh ñịnh các
tham số bộ ñiều chỉnh PID trong trường hợp ñiện trở rotor thay ñổi.
- 4 -
- Xây dựng mô hình và mô phỏng trên Matlab-Simulink.
4. Các nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu ñối tượng ĐCKĐB Rotor lồng sóc, mô hình ñộng
cơ KĐB Rotor lồng sóc trên hệ tọa ñộ dq.
- Nghiên cứu biến tần và các phương pháp ñiều khiển biến tần.
- Nghiên cứu cấu trúc của hệ truyền ñộng ñiện xoay chiều 3 pha
ñiều khiển tựa theo từ thông rotor .
- Nghiên cứu về ñiều khiển PID, ñiều khiển mờ và áp dụng ñiều
khiển mờ vào việc chỉnh ñịnh các tham số bộ ñiều chỉnh PID.
5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu là ñộng cơ không ñồng bộ rotor lồng
sóc sử dụng biến tần ñiều khiển theo nguyên tắc ñiều chế vector
không gian.
- Phạm vi nghiên cứu là áp dụng ñiều khiển mờ vào việc chỉnh
ñịnh tham số PID trong cấu trúc ñiều khiển ĐCKĐB rotor lồng sóc
trong trường hợp ñiện trở rotor thay ñổi.
6. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết.
- Xây dựng mô phỏng trên phần mềm Matlab-Simulink.
- Trên cơ sở các kết quả rút ra các kết luận.
7. Cấu trúc luận văn
Mở ñầu
Chương 1: Mô hình hóa ñộng cơ KĐB và biến tần
Chương 2: Điều khiển hệ thống dùng các bộ ñiều chỉnh PID
Chương 3: Giới thiệu về ñiều khiển mờ
Chương 4: Điều khiển logic mờ PID ñộng cơ không ñồng bộ
Kết luận
- 5 -
αββ
βαα
ββαβ
σ
αβαα
σ
ωψψ
ωψψ
σ
ψ
σ
σ
ωψ
σ
σ
σ
ωψ
σ
σ
ψ
σ
σ
rrsrr
rrsrr
s
s
r
r
rs
s
s
rr
r
s
TipT
TipT
u
LT
i
T
p
u
LT
i
T
p
'')1(
'')1(
1
'
1
'
1
)
1
(
1
'
1
'
1
)
1
(
+=+
−=+
+
−
+
−
−=+
+
−
+
−
=+
)(..
2
3
''
2
αββα
ψψ
srsr
r
m
c
ii
L
L
pM −=
CHƯƠNG 1
MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
VÀ BIẾN TẦN
1.1. Mô hình hóa ñộng cơ không ñồng bộ
1.1.1. Mô tả ñộng cơ không ñồng bộ
1.1.2. Phép chuyển vị tuyến tính không gian vector và hệ
phương trình cơ bản của ĐCKĐB trong không gian vector
1.1.2.1. Phép chuyển vị tuyến tính không gian vectơ:
1.1.2.2. Hệ phương trình cơ bản của ñộng cơ trong không
gian vector
1.1.3 Mô hình ñộng cơ trên hệ tọa ñộ
α
αα
αβ
ββ
β
Hệ phương trình mô tả ñộng cơ không ñồng bộ trên hệ toạ ñộ αβ:
(1-17)
(1-18)
- 6 -
Mô hình ñiện cơ của ĐCKĐB trên hệ tọa ñộ αβ:
Hình 1.7 Mô hình ñộng cơ trên hệ toạ ñộ cố ñịnh
αβ
1.1.4. Phương trình trạng thái trên hệ tọa ñộ tựa theo từ
thông rotor dq
Hệ phương trình mô tả ñộng cơ không ñồng bộ trên hệ toạ ñộ dq:
rd
sq
r
r
sdrdr
sq
s
rdsdssq
sd
s
rqrd
r
sqssd
i
T
ipT
u
L
iip
T
u
LT
iip
T
'
1
')1(
1
'
1
)
1
(
1
'
1
'
1
)
1
(
ψ
ω
ψ
σ
ωψ
σ
σ
ω
σ
ψ
σ
σ
ψ
σ
σ
ω
σ
σ
=
=+
+
−
−−=+
+
−
+
−
+=+
(1-23)
sqrd
r
m
c
i
L
L
pM '..
2
3
2
ψ
=
(1-24)
M
C
1-
σ
σ
T
r
T
σ
1+pT
1
σ
L
s
1-
σ
σ
T
r
T
σ
1+pT
1
σ
L
s
1-
σ
σ
L
m
T
r
3p
c
L
m
2L
r
u
s
u
s
β
i
s
α
i
sβ
-
-
-
ψ
'
rβ
ψ
'
rα
M
ω
1
1+pT
r
p
c
pJ
1
1+pT
r
- 7 -
Mô hình ñiện cơ của ĐCKĐB trên hệ tọa ñộ dq: Hình 1.10.
Hình 1.10 Mô hình ñộng cơ trên hệ tọa ñộ quay dq
1.1.5. Tính phi tuyến của mô hình ĐCKĐB
• Cấu trúc phi tuyến: Do sự phụ thuộc vào ω
s
.
• Tham số phi tuyến: Do ñiện cảm phụ thuộctừ thông rotor,
ñiện trở rotor thay ñổi theo nhiệt ñộ...
• Ngoài ra ĐCKĐB còn có ñặc ñiểm phi tuyến rác: Cấu trúc
mạch từ của ñộng cơ không liên tục, hiệu ứng mặt ngoài, dòng ñiện
Fucô….
1.1.6. Mô phỏng ñộng cơ không ñồng bộ
• Nguồn xoay chiều ba pha ñối xứng có U
p
= 220V, f = 50 Hz.
• Động cơ KĐB ba pha với các thông số ñịnh mức:
- Công suất ñịnh mức P
ñm
= 7500 (W)
- Tốc ñộ ñịnh mức n
ñm
= 930 (vòng/phút)
- Điện áp ñịnh mức U
ñm
=380 (V)
- Tần số ñịnh mức f
ñm
= 50 (Hz)
1
p
1
T
r
T
σ
1+pT
1
σ
L
s
1
1+pT
p
c
pJ
T
σ
1+pT
1
σ
L
s
1-
σ
σ
T
r
3p
c
L
2L
r
u
sd
u
sq
i
sd
i
sq
-
ψ
'
r
M
M
C
e
-j θs
:
u
sα
u
sβ
-
ω
ω
s
ω
r
ω
θ
s
- 8 -
- Hệ số công suất ñịnh mức cosϕ
ñm
= 0.83
- Dòng ñiện ñịnh mức I
sñm
= 17.5 (A)
- Điện trở stator R
sñm
= 0.9 (Ω)
- Điện kháng stator X
s
= 0.663 (Ω)
- Dòng ñiện rotor I
rñm
= 13.6 (A)
- Điện trở rotor R
r
= 0.86 (Ω)
- Điện kháng rotor X
r
= 0.75 (Ω)
- Mômen quán tính J = 0.212 (kg.m2)
- Số ñôi cực từ P
c
=3.
• Tại thời ñiểm ban ñầu khi mở máy ñộng cơ M
c
= 0, sau thời
gian t = 0,5 (s) momen tải M
c
tăng lên bằng momen ñịnh
mức của ñộng cơ: M
c
= M
ñm
= 77 (N.m)
a. Mô phỏng ñộng cơ trên hệ tọa ñộ alpha – beta:
- 9 -
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0
50
100
time (s)
w (rad/s)
dap ung toc do theo tai
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0
0.5
1
1.5
time (s)
Fir (Wb)
dap ung tu thong theo tai
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0
500
time (s)
M (N.m)
dap ung momen theo tai
* Kết quả mô phỏng:
b. Mô phỏng ñộng cơ trên hệ tọa ñộ dq:
- 10 -
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0
50
100
time (s)
w (rad/s)
dap ung toc do theo tai
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0
0.5
1
1.5
time (s)
Fir (Wb)
dap ung tu thong theo tai
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0
500
time (s)
M (N.m)
dap ung momen theo tai
* Kết quả mô phỏng:
* Nhận xét các kết quả mô phỏng:
Từ các kết quả mô phỏng trên, tác giả nhận xét rằng cả hai mô
hình xây dựng trên các hệ tọa ñộ αβ và dq có cùng kết quả mô
phỏng với mô hình ñộng cơ có trong thư viện Simpower Systems..
1.2. Thiết bị biến tần và các phương pháp ñiều khiển biến tần
1.2.1. Mô tả về cấu trúc bộ biến tần
1.2.1.1. Biến tần trực tiếp
1.2.1.2. Biến tần gián tiếp
1.2.2. Mô tả toán học bộ biến tần
1.2.3 Các phương pháp ñiều khiển biến tần
1.2.3.1. Phương pháp ñiều chế ñộ rộng xung PWM
1.2.3.2. Phương pháp ñiều chế vector không gian (SVM)
