TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010
242
ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON ƯỚC LƯỢNG TỪ THÔNG TRONG
HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
APPLICATION OF FLUX ESTIMATION NEURAL NETWORKS
TO THE CONTROL OF THE INDUCTION MOTOR DRIVER SYSTEM
Võ Như Tiến
Trường Cao đẳng Công nghệ
Đại học Đà Nẵng
Lê Kim Anh
Trường Cao đẳng Công nghiệp Tuy Hòa
TÓM TẮT
Bài báo nhằm giới thiệu phương pháp ứng dụng mạng nơron để ước lượng từ thông
rotor trong hệ truyền động động cơ không đồng bộ. Tính toán từ thông rotor và góc pha trong
động cơ không đồng bộ là hai yếu tố quyết định của phương pháp điều khiển tựa theo từ thông
rotor, trong các mô hình cũng như trong các phương trình động học của động cơ không đồng
bộ luôn tồn tại hằng số thời gian của rotor. Ưu điểm của mạng nơron là có thể xấp xỉ các quan
hệ phi tuyến mà không cần biết cấu trúc của quan hệ đó. Các bộ ước lượng từ thông sẽ được
sử dụng vào sơ đồ điều khiển tựa theo từ thông động cơ không đồng bộ.
ABSTRACT
This article introduces the application of the flux estimation neural network to the
control of the induction motor driver system. The calculations of rotor flux and phase angle in
the induction motor are two main principles for the control method based on rotor flux-
orientation. Not only in the prototypes but also in the kinematics equations of the induction
motor, there always exists the time constant of rotor. The advantage of the neural network is
that it can approximate the non-linear relationships without revealing the structure of those non-
linear relationships. The flux estimators are used in the controlling diagram based on the
magnetic flux of the induction motor.
1. Đặt vấn đề
Việc ứng dụng mạng nơron (Artificial Neural Network - ANN) vào ước lượng
từ thông của động cơ được điều khiển bởi biến tần nguồn áp và điều khiển vector tựa
theo từ thông rotor là vấn đề mới trong các hệ truyền động động cơ không đồng bộ.
Mạng truyền thẳng nhiều lớp được sử dụng trong đó những ngõ vào là giá trị hiện tại và
giá trị trễ TDL (Tapped Delay Line) của dòng điện và điện áp stator trên trục tọa độ dq.
2. Mô hình điều khiển mạng nơron ước lượng từ thông rotor
Mạng nơron ước lượng từ thông trong truyền động động cơ KĐB sử dụng hệ
thống thích nghi mô hình tham chiếu ( Model Reference Adaptive Systems: MRAS).
Việc thực hiện của hệ thống được xác định bởi một mô hình, sai số của bộ điều khiển
được hiệu chỉnh bởi sai số giữa mô hình chuẩn và hệ thống. Mô hình chuẩn sử dụng
trong hệ thích nghi bắt nguồn từ hệ liên tục sau đó được mở rộng sang hệ rời rạc có
nhiễu ngẫu nhiên.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010
243
Mô hình mẫu sẽ cho đáp ứng ngõ ra mong muốn đối với tín hiệu đặt. Hệ thống có
một vòng hồi tiếp thông thường bao gồm đối tượng và bộ điều khiển. Sai số e là sai lệch
giữa ngõ ra của hệ thống và của mô hình mẫu e = y - ym. Bộ điều khiển có thông số thay
đổi dựa vào sai số này. Hệ thống có hai vòng hồi tiếp: Hồi tiếp trong là vòng hồi tiếp
thông thường và vòng hồi tiếp bên ngoài hiệu chỉnh tham số cho vòng hồi tiếp bên trong.
3. Ước lượng từ thông rotor dựa vào dòng điện và điện áp stator trên toạ độ dq
Ước lượng từ thông rotor dựa vào mô hình dòng điện và điện áp stator trên trục
toạ độ dq. Dòng điện và điện áp stator trên trục toạ độ dq được tính như sau:
▪ Phương trình dòng điện và điện áp stator:
⎪
⎪
⎭
⎪
⎪
⎬
⎫
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎨
⎧
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
−
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
dt
di
dt
di
L
i
i
R
u
u
L
L
dt
ddt
d
sq
sd
s
sq
sd
s
sq
sd
m
r
)u(
rq
)u(
rd
σ
ψ
ψ
(1)
▪ Phương trình dòng điện stator và tốc độ rotor:
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
−
−−
=
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
sq
sd
r
m
)i(
rq
)i(
rd
r
r
r
r
)i(
rq
)i(
rd
i
i
T
L
T
1
T
1
dt
ddt
d
ψ
ψ
ω
ω
ψ
ψ
(2)
)u(
rd
ψ
, )u(
rq
ψ
, )i(
rd
ψ
, )i(
rq
ψ
Từ thông rotor theo mô hình điện áp và dòng điện, trục
toạ độ dq
u
uc
Mô hình
Cơ c
ấ
u hi
ệ
u chỉnh
B
ộ
đi
ề
u khi
ể
nĐ
ố
i
t
ư
ợ
n
g
Tham s
đi
u khi
n
ym
y
Hình 1. Cấu trúc của một hệ thống thích nghi mô hình tham chiếu
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010
244
s
r
m
)i(
r
r
r
)i(
ri.
T
L
.JI
T
1+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛+
−
=
ψω
ψ
(3)
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=10
01
I; ⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡−
=01
10
J; ⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=
sq
sd
si
i
i
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=
sq
sd
su
u
u;⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=)i(
rq
)i(
rd
)i(
r
ψ
ψ
ψ
;⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=)u(
rq
)u(
rd
)u(
r
ψ
ψ
ψ
(4)
Dữ liệu mẫu của mạng nơron theo phương trình (3) được tính như sau:
(
)
)1k(iw)1k(.JwIw)k( s
3
)n(
r
21
)n(
r−+−+=
ψ
ψ
(5)
:)k(
)n(
r
ψ
Từ thông rotor khi dùng mạng nơron
Các ngõ vào: ⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
−
=−= )1k(
)1k(
)1k(Ix )n(
rq
)n(
rd
)n(
r
1
ψ
ψ
ψ
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
−−
=−= )1k(
)1k(
)1k(Jx )n(
rd
)n(
rq
)n(
r
2
ψ
ψ
ψ
(6)
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
−
=−= )1k(i
)1k(i
)1k(iIx
sq
sd
s
3
Sai lệch giữa từ thông được tính như sau:
{
}
2
)i(
r
)u(
r
2
1
1k()k(
2
1
)k(
2
1
e
ψψε
−== (7)
Đ
ộ
n
g
c
ơ
Mô hình điện á
p
Mạng huấn luyện
ε
+
ANN
Mô hình dòn
g
điện
Hình 2. Ước lượng từ thông theo mô hình dòng điện và điện áp stator, hệ toạ độ dq
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010
245
Mô hình mô phỏng
Hình 6a. Đáp ứng từ thông
00.5 11.5 22.5
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1
.
4
Tim e (s)
Tu t hong (Wb)
Tu thong dap ung
Tu thong uoc luong
1.5 1.55 1.6
0.96
0.98
1
1.02
1.04
Đóng tải
Hình 6b. Đáp ứng mômen
00.5 11.5 22.5
0
2
4
6
8
10
12
14
Time (s )
Mo men (Nm)
Mo men dap ung
Mo men khi dung ANN
uoc luong tu thong
Hình 5. Khối mô hình từ thông
H
ình 5. Sơ đồ khối tính từ thông
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010
246
Kết quả mô phỏng
4. Kết luận
- Từ thông ước lượng đạt đến giá trị đặt
- Sự khác biệt giữa từ thông của động cơ khi sử dụng bộ ước lượng từ thông
dùng mạng nơron và từ thông của động cơ khi sử dụng bộ ước lượng từ thông thông
thường không đáng kể.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Phùng Quang, Truyền động điện thông minh, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ
thuật, 2006.
[2] Võ Như Tiến, Bùi Quốc Khánh, Điều khiển trực tiếp mô men động cơ đồng bộ nam
châm vĩnh cửu bằng phương pháp logic mờ, Hội nghị toàn quốc lần thứ VI ( VICA
6), Hà Nội 12-14/4/2005.
Hình 6c. Đáp ứng dòng điện
00.5 11.5 22.5
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Time (s)
Dong dien (A)
Dong dien dap ung
Dong dien khi dung ANN
uoc luong tu thong
Hình 6d. Đáp ứng từ thông
Hình 6a),b),c),d). Các đáp ứng của truyền động động cơ KĐB ở trạng thái quay theo
chiều thuận sử dụn
g
bộ ước lượn
g
từ thôn
g
ANN
00.5 11.5 22.5
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Time (s )
Toc do (rad/s)
Toc do dap ung
Toc do khi dung ANN
uoc luong tu thong