Ứng dụng điều khiển mờ trong điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha

- Khi sử dụng điều khiển trượt điều khiển SVC, tín hiệu điều khiển dao động lớn làm giảm tuổi thọ của các khâu công suất. - Việc sử dụng bộ điều khiển mờ trượt cho SVC cho kết quả rất khả quan. Tín hiệu điều khiển đã giảm độ rung đáng .Chất lượng điều khiển đáp ứng tốt với tín hiệu đặt cố định và tín hiệu đặt thay đổi. - Tuy đã giảm được độ rung của tín hiệu điều khiển rất nhiều nhưng cũng chưa triệt tiêu hoàn toàn do vậy các cơ cấu chấp hành vẫn dễ bị hỏng hóc. - Đề tài chưa nghiên cứu sâu về bảo vệ cho các thiết bị công suất và chế độ làm việc của SVC khi hệ thống điện bị sự cố.- Phân tích và mô phỏng được ưu điểm của cấu trúc nghịch lưu áp đa bậc sơ đồ cầu H nối tầng trong việc cải thiện chất lượng dòng điện và điện áp cung cấp cho động cơ, - Mô phỏng thể hiện ưu điểm của phương pháp PWM cải biến so với phương pháp PWM thông thường trong việc mở rộng phạm vi điều chế tuyến tính, - Mô phỏng thể hiện ưu điểm của việc sử dụng nghịch lưu áp đa mức trong cấu trúc điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc so với cấu trúc không điều khiển, đó là: giảm độ nhấp nhô mômen ở chế độ xác lập có tải và giúp tốc độ động cơ bám nhanh giá trị đặt khi có áp đặt tải.- Luận văn đã giải quyết khá thành công việc ứng dụng logic mờ trong việc chỉnh định các tham số của các bộ điều chỉnh PI, qua đó đã mở ra một hướng đi mới trong việc điều khiển hệ truyền động biến tần - động cơkhông đồng bộ. Hệ truyền động điều khiển “tựa theo từ thông rotor” với phương pháp tuyến tính hóa, cấu trúc thu được đã đảm bảo tách kênh trực tiếp hai thành phần điều khiển là thành phần tạo từ thông và thành phần tạo mômen. - Để điều khiển hệbiến tần - động cơkhông đồng bộ, luận văn đã sử dụng hai phương pháp điều khiển là sửdụng các bộ điều khiển PI kinh điển và sửdụng điều khiển logic mờ đểchỉnh định các tham số PI khi điện trởrotor thay đổi trong quá trình động cơvận hành, mô phỏng được tiến hành dựa trên phần mềm Matlab/Simulink. Kết quả đã cho thấy phương pháp sửdụng điều khiển mờcho đáp ứng tốt hơn, là một hướng đi đầy triển vọng, có thể áp dụng phương pháp này trong trong thực tiễn công nghiệp.

pdf13 trang | Chia sẻ: lylyngoc | Ngày: 25/02/2014 | Lượt xem: 2267 | Lượt tải: 6download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Ứng dụng điều khiển mờ trong điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
- 1 - BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN THẾ PHÚ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ BA PHA Chuyên ngành: Tự động hĩa Mã số: 60.52.60 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2011 - 2 - Cơng trình được hồn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS Đồn Quang Vinh Phản biện 1 :……………………………………. Phản biện 2 :……………………………………. Luận văn sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 07 tháng 05 năm 2011. Cĩ thể tìm hiểu luận văn tại : - Trung tâm Thơng 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 đề tài Hiện nay trong các hệ truyền động hiện đại, động cơ điện khơng đồng bộ ( ĐCKĐB ) đang được sử rộng rãi. Nguyên lý của điều khiển tựa theo từ trường là phương pháp được áp dụng nhiều nhất trong các sản phẩm thương mại. Bản chất của ĐCKĐB là một đối tượng mang đặc điểm phi tuyến cả về cấu trúc lẫn tham số nên trong nhiều trường hợp vẫn cĩ những vấn đề nảy sinh (ví dụ như khi điện trở rotor thay đổi theo nhiệt độ) thì việc sử dụng bộ điều chỉnh PID kinh điển sẽ khơng cho kết quả tốt. Điều khiển mờ được sử dụng trong điều khiển động cơ khơng đồng bộ được cho là giải pháp phù hợp hơn. Đề tài “Ứng dụng điều khiển mờ trong điều khiển động cơ điện khơng đồng bộ ” nhằm chỉnh định các tham số của bộ điều chỉnh PID kinh điển mỗi khi tham số điện trở rotor của động cơ thay đổi, gĩp phần giải quyết được vấn đề phức tạp trong cấu trúc truyền động phi tuyến của ĐCKĐB. 2. Ý nghĩa của đề tài Hướng nghiên cứu về ứng dụng điều khiển mờ trong điều khiển ĐCKĐB rotor lồng sĩc là phương pháp điều khiển mới, khắc phục một vài nhược điểm của hệ thống thiết kế theo các phương pháp tuyến tính kinh điển. Phương pháp điều khiển mờ các tham số PID là phương pháp thiết kế bộ điều chỉnh cĩ khả năng thay đổi được các thơng số điều chỉnh PID, từ đĩ giúp hệ thống ổn định trước sự thay đổi của các tham số trong động cơ. 3. Các mục tiêu của đề tài - Nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ vào việc chỉnh định các tham số bộ điều chỉnh PID trong trường hợp điện trở rotor thay đổi. - 4 - - Xây dựng mơ hình và mơ phỏng trên Matlab-Simulink. 4. Các nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu đối tượng ĐCKĐB Rotor lồng sĩc, mơ hình động cơ KĐB Rotor lồng sĩc trên hệ tọa độ dq. - Nghiên cứu biến tần và các phương pháp điều khiển biến tần. - Nghiên cứu cấu trúc của hệ truyền động điện xoay chiều 3 pha điều khiển tựa theo từ thơng rotor . - Nghiên cứu về điều khiển PID, điều khiển mờ và áp dụng điều khiển mờ vào việc chỉnh định các tham số bộ điều chỉnh PID. 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu là động cơ khơng đồng bộ rotor lồng sĩc sử dụng biến tần điều khiển theo nguyên tắc điều chế vector khơng gian. - Phạm vi nghiên cứu là áp dụng điều khiển mờ vào việc chỉnh định tham số PID trong cấu trúc điều khiển ĐCKĐB rotor lồng sĩc trong trường hợp điện trở rotor thay đổi. 6. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết. - Xây dựng mơ phỏng trên phần mềm Matlab-Simulink. - Trên cơ sở các kết quả rút ra các kết luận. 7. Cấu trúc luận văn Mở đầu Chương 1: Mơ hình hĩa động cơ KĐB và biến tần Chương 2: Điều khiển hệ thống dùng các bộ điều chỉnh PID Chương 3: Giới thiệu về điều khiển mờ Chương 4: Điều khiển logic mờ PID động cơ khơng đồng bộ Kết luận - 5 - αββ βαα ββαβ σ αβαα σ ωψψ ωψψ σ ψ σ σ ωψ σ σ σ ωψ σ σψ 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 iiL LpM −= CHƯƠNG 1 MƠ HÌNH HĨA ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ VÀ BIẾN TẦN 1.1. Mơ hình hĩa động cơ khơng đồng bộ 1.1.1. Mơ tả động cơ khơng đồng bộ 1.1.2. Phép chuyển vị tuyến tính khơng gian vector và hệ phương trình cơ bản của ĐCKĐB trong khơng gian vector 1.1.2.1. Phép chuyển vị tuyến tính khơng gian vectơ: 1.1.2.2. Hệ phương trình cơ bản của động cơ trong khơng gian vector 1.1.3 Mơ hình động cơ trên hệ tọa độ αβ Hệ phương trình mơ tả động cơ khơng đồng bộ trên hệ toạ độ αβ: (1-17) (1-18) - 6 - Mơ hình điện cơ của ĐCKĐB trên hệ tọa độ αβ: Hình 1.7 Mơ hình động cơ trên hệ toạ độ cố định αβ 1.1.4. Phương trình trạng thái trên hệ tọa độ tựa theo từ thơng rotor dq Hệ phương trình mơ tả động cơ khơng đồng bộ trên hệ toạ độ 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 σψ σ σ ω σ σ = =+ + − −−=+ + − + − +=+ (1-23) sqrd r m c iL L pM '.. 2 3 2 ψ= (1-24) MC 1-σ σTr Tσ 1+pT 1 σLs 1-σ σTr Tσ 1+pT 1 σLs 1-σ σLm Tr 3pcLm 2Lr us usβ isα isβ - - - ψ'rβ ψ'rα M ω 1 1+pTr pc pJ 1 1+pTr - 7 - Mơ hình điện cơ của ĐCKĐB trên hệ tọa độ dq: Hình 1.10. Hình 1.10 Mơ hình động cơ trên hệ tọa độ quay dq 1.1.5. Tính phi tuyến của mơ hình ĐCKĐB • Cấu trúc phi tuyến: Do sự phụ thuộc vào ωs. • Tham số phi tuyến: Do điện cảm phụ thuộctừ thơng rotor, điện trở rotor thay đổi theo nhiệt độ... • Ngồi ra ĐCKĐB cịn cĩ đặc điểm phi tuyến rác: Cấu trúc mạch từ của động cơ khơng liên tục, hiệu ứng mặt ngồi, dịng điện Fucơ…. 1.1.6. Mơ phỏng động cơ khơng đồng bộ • Nguồn xoay chiều ba pha đối xứng cĩ Up = 220V, f = 50 Hz. • Động cơ KĐB ba pha với các thơng số định mức: - Cơng suất định mức Pđm = 7500 (W) - Tốc độ định mức nđm = 930 (vịng/phút) - Điện áp định mức Uđm =380 (V) - Tần số định mức fđm = 50 (Hz) 1 p 1 Tr Tσ 1+pT 1 σLs 1 1+pT pc pJ Tσ 1+pT 1 σLs 1-σ σ Tr 3pcL 2Lr usd usq isd isq - ψ'r M MC e-j θs : usα usβ - ω ωs ωr ω θs - 8 - - Hệ số cơng suất định mức cosϕđm = 0.83 - Dịng điện định mức Isđm = 17.5 (A) - Điện trở stator Rsđm = 0.9 (Ω) - Điện kháng stator Xs = 0.663 (Ω) - Dịng điện rotor Irđm = 13.6 (A) - Điện trở rotor Rr = 0.86 (Ω) - Điện kháng rotor Xr = 0.75 (Ω) - Mơmen quán tính J = 0.212 (kg.m2) - Số đơi cực từ Pc =3. • Tại thời điểm ban đầu khi mở máy động cơ Mc = 0, sau thời gian t = 0,5 (s) momen tải Mc tăng lên bằng momen định mức của động cơ: Mc = Mđm = 77 (N.m) a. Mơ phỏng động cơ trên hệ tọa độ 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 ( r a d / 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) F i r ( W b ) 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 mơ phỏng: b. Mơ phỏng động cơ trên hệ tọa độ 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 ( r a d / 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) F i r ( W b ) 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 mơ phỏng: * Nhận xét các kết quả mơ phỏng: Từ các kết quả mơ phỏng trên, tác giả nhận xét rằng cả hai mơ hình xây dựng trên các hệ tọa độ αβ và dq cĩ cùng kết quả mơ phỏng với mơ hình động cơ cĩ trong thư viện Simpower Systems.. 1.2. Thiết bị biến tần và các phương pháp điều khiển biến tần 1.2.1. Mơ 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. Mơ tả tốn học bộ biến tần 1.2.3 Các phương pháp điều khiển biến tần 1.2.3.1. Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM 1.2.3.2. Phương pháp điều chế vector khơng gian (SVM) - 11 - CHƯƠNG 2 ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 2.1. Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ biến tần – ĐCKĐB Hình 2.2 Cấu trúc điều khiển tựa theo từ thơng rotor 2.2. Tổng hợp các bộ điều chỉnh tuyến tính 2.2.1. Tuyến tính hĩa mơ hình ĐCKĐB MHTT M isα Đo tốc độ quay Điều chế vector UDC + - = 3 ~ θ isd isq isc usq usd usα isβ usβ i*sq i*sd ta tb tc a b c 3 2 αβ dq dq αβ ω ω Ψrd ω* Ψ*rd isa isb Rω RΨ RI DTT 7 1 2 3 4 5 8 9 1 0 1 1 - - - - ω Km M* Ψrd 6 er pT R s s +1 /1 pT L r m +1 Ls x Lnm x pT R nm nm +1 /1 r cm L pL 2 3 x Jp pc - - - isq Usd Usq isd esq esd Ψrd M Mc ω ωs ωr Hình 2.5 Mơ hình gần đúng của ĐCKĐB trong hệ tọa độ dq. - 12 - 22221 1 pTpT F cc ch ++ = 3322 8841 41 pTpTpT pTF ccc c ch +++ + = s nli s KT LR ω. ..212 = s nli nm KT LR ω. ..221 = 2.2.2. Các tiêu chuẩn tổng hợp bộ điều chỉnh PID - Hàm chuẩn theo tiêu chuẩn tối ưu mơđun: - Hàm chuẩn tối ưu đối xứng: 2.2.3. Tổng hợp các bộ điều chỉnh PID 2.2.3.1. Tổng hợp hai bộ điều chỉnh dịng điện tách kênh trực tiếp pTKT L KT L pT L KKT R snli s nli s s s inli 1 ...2..2 )11.(. ...2 1 11 +=+= pTKT L KT L pT L KKT R nmnli nm nli nm nm nm inli 1 ...2..2 )11.(. ...2 1 22 +=+= 2.2.3.2. Tổng hợp bộ điều chỉnh từ thơng pTLKTLK T pTLK pT R smsm r sm r ΨΨΨ Ψ += + = 2 1 22 1 2.2.3.3. Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ pTKK J KK J pT J KK pT R i i i 2121 21 4 2 14 81 += + =ω - 13 - 2.3. Mơ phỏng hệ thống dùng Matlab – Simulink * Sơ đồ cấu trúc hệ thống trên Simulink: • Động cơ KĐB ba pha với các thơng số định mức: - Cơng suất định mức Pđm = 7500 (W) - Tốc độ định mức nđm = 930 (vịng/phút) - Điện áp định mức Uđm =380 (V) - Tần số định mức fđm = 50 (Hz) - Hệ số cơng suất định mức cosϕđm = 0.83 - Dịng điện stator định mức Isđm = 17.5 (A) - Dịng điện khơng tải Is0m = 11.8 (A) - Điện trở stator Rs = 0.9 (Ω) - Điện kháng stator Xs = 0.663 (Ω) - Dịng điện rotor Irđm = 13.6 (A) - Điện trở rotor Rr = 0.86 (Ω) - Điện kháng rotor Xr = 0.75 (Ω) - Mơmen quán tính J = 0.212 (kg.m2) - Số đơi cực từ Pc =3. - 14 - 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 20 40 60 80 100 120 time (s) w * , w ( r a d / s ) DAP UNG TOC DO DONG CO THEO TAI toc do dat toc do thuc 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 50 100 150 200 250 300 time (s) M ( N . m ) DAP UNG MOMEN DONG CO THEO TAI momen dong co theo tai • Tải của động cơ cĩ momen cản Mc thay đổi như sau: Tại thời điểm ban đầu khi mở máy động cơ Mc = 0, sau thời gian t = 2 (s) momen tải Mc tăng lên bằng momen định mức của động cơ: Mc = Mđm = 77 (N.m) • Giá trị đặt cho bộ điều chỉnh từ thơng: 0.8924 (wb). • Giá trị đặt cho bộ điều chỉnh tốc độ: 97.3894 (rad/s) * Kết quả mơ phỏng khi Rr = 0.86 (Omh) như sau: - Tốc độ quay rotor: - Momen quay: - 15 - 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 time (s) F i r * , F i r ( w b ) DAP UNG TU THONG ROTOR THEO TAI tu thong dat tu thong thuc 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 20 40 60 80 100 120 time (s) w * , w ( r a d / s ) DAP UNG TOC DO DONG CO THEO TAI toc do dat toc do thuc 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 50 100 150 200 250 300 time (s) M ( N . m ) DAP UNG MOMEN DONG CO THEO TAI momen dong co theo tai - Từ thơng: * Kết quả mơ phỏng khi điện trở rotor thay đổi: R’r = 1.5*Rr - Tốc độ quay rotor - Momen quay: - 16 - 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 time (s) F i r * , F i r ( w b ) DAP UNG TU THONG ROTOR THEO TAI tu thong dat tu thong thuc - Từ thơng 2.4. Nhận xét kết quả mơ phỏng Từ các kết quả mơ phỏng trên ta thấy rằng, trong cấu trúc điều khiển tựa theo từ thơng rotor hệ biến tần – động cơ khơng đồng bộ ba pha sử dụng các khâu điều chỉnh tuyến tính theo luật PI, khi điện trở mạch rotor thay đổi sẽ dẫn đến đáp ứng các thơng số hệ thống như tốc độ, từ thơng, momen cũng sẽ cĩ sự thay đổi, mà cụ thể là đặc tính quá độ các thơng số này khơng tốt. Hơn nữa, tốc độ động cơ dễ mất ổn định hơn khi cĩ sự thay đổi của tải, khơng đảm bảo chất lượng điều khiển. Điều này phản ánh rằng các khâu điều chỉnh PI chỉ thích hợp khi các tham số động cơ là hằng. Thực tế, khi động cơ vận hành, các tham số động cơ cũng sẽ thay đổi nên các khâu điều chỉnh PI sẽ khơng cịn phù hợp nữa, mà cần cĩ một giải pháp điều chỉnh khác mang lại chất lượng và hiệu quả hơn. - 17 - CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KHIỂN MỜ 3.1. Tổng quan về điều khiển mờ 3.1.1. Định nghĩa tập mờ 3.1.2. Một vài dạng hàm liên thuộc thường được sử dụng 3.1.3 Mơ hình mờ Mamdani. 3.2. Cấu trúc bộ điều khiển mờ 3.3. Tổng hợp bộ điều khiển mờ Khối luật mờ Khối mờ hĩa (fuzzifiers) Khối hợp thành Đầu vào X Đầu ra Y Khối giải mờ Hình 3.1 Sơ đồ khối chức năng của bộ điều khiển mờ. µ Luật điều khiển Thiết bị hợp thành Giao diện đầu vào Giao diện đầu ra Bộ điều khiển Đối tượng điều khiển Thiết bị đo lường e e y x u u B’ Hình 3.8 Cấu trúc của bộ điều khiển mờ cơ bản - 18 - CHƯƠNG 4 ĐIỀU KHIỂN LOGIC MỜ PID ĐCKĐB 4.1. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống cĩ điều khiển mờ chỉnh định tham số PI Các tham số của bộ điều chỉnh cần chỉnh định mờ gồm: KpΨ, KPω, Kiω, Ki2. BỘ CHỈNH ĐỊNH MỜ THIẾT BỊ CHỈNH ĐỊNH BỘ ĐIỀU KHIỂN PI ĐỐI TƯỢNG dt de e x y u Hình 4.1 Sơ đồ cấu trúc của bộ điều khiển mờ chỉnh định PI Hình 4.2 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống sử dụng các khâu chỉnh MHTT M isα Đo tốc độ quay Điều chế vector UDC + - = 3 ~ θs isd isq isc usq usd usα isβ usβ i*sq i*sd ta tc a b c 3 2 αβ dq dq αβ ω Ψrd ω* Ψ*rd isa isb Rω RΨ RI - - - - ω tb dt d dt d dt d Ki2 KpΨ Kpω - 19 - 4.2. Xác định các tín hiệu vào/ra của khâu chỉnh định mờ 4.2.1. Đối với khâu chỉnh định mờ của bộ điều chỉnh từ thơng RΨ + Tín hiệu đầu vào: Đầu vào thứ nhất là sai lệch từ thơng eΨ, đầu vào thứ hai là tốc độ biến thiên sai lệch từ thơng. + Tín hiệu đầu ra: Là hệ số chỉnh định của KpΨ. 4.2.2. Đối với khâu chỉnh định mờ của bộ điều chỉnh tốc độ Rω + Tín hiệu đầu vào: Đầu vào thứ nhất là sai lệch tốc độ eω, đầu vào thứ hai là tốc độ biến thiên của sai lệch tốc độ. + Tín hiệu đầu ra: Là hệ số chỉnh định của Kpω. 4.2.3. Đối với khâu chỉnh định mờ của bộ điều chỉnh dịng R22 + Tín hiệu đầu vào: Đầu vào thứ nhất là sai lệch dịng eisq, đầu vào thứ hai là tốc độ biến thiên theo của sai lệch dịng. + Tín hiệu đầu ra: Là hệ số chỉnh định của Ki2 TT Tín hiệu vào/ra Miền giá trị 1. eΨ -0.9 0.9 2. deΨ/dt -0.1 0.1 3. KpΨ 0 70 4. eω -100 100 5. deω/dt -10 10 6. Kpω 0 400 7. eisq -20 20 8. deisq/dt -2 2 9. Ki2 0 4.5 - 20 - 4.3. Xây dựng cấu trúc các bộ điều khiển mờ 4.3.1 Xây dựng cấu trúc cho bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số KpΨ của RΨ 4.3.2. Xây dựng cấu trúc cho bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số KPω của Rω 4.3.3. Xây dựng cấu trúc cho bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số Ki2 của R22 4.4. Xây dựng luật chỉnh định mờ các tham số PI • Tổng hợp luật chỉnh định Kp. dt tde )( AL AN K DN DL AL L L L L L AN NH NH NH TB L K L TB K TB L DN L TB TB TB NH e(t) DL L L L L L • Tổng hợp luật chỉnh định Ki. dt tde )( AL AN K DN DL AL L L L L L AN TB NH NH TB L K L TB K L NH DN TB L L TB TB e(t) DL L L L L L - 21 - 1.3. Tổng hợp các khâu trong bộ điều khiển mờ 4.5.1. Bộ điều khiển mờ của RΨ Hình 4.6 Bộ điều khiển RΨ sau khi chỉnh định mờ 4.5.2. Bộ điều khiển mờ của Rω Hình 4.7 Bộ điều khiển Rω sau khi chỉnh định mờ 4.5.3 Bộ điều khiển mờ của R22 Hình 4.8 Bộ điều khiển R22 sau khi chỉnh định mờ - 22 - 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 20 40 60 80 100 120 time (s) w * , w ( r a d / s ) DAP UNG TOC DO DONG CO THEO TAI toc do dat toc do thuc 1.4. Mơ phỏng hệ thống dùng Matlab – Simulink * Sơ đồ cấu trúc trên Simulink: - Các thơng số của động cơ, tải và giá trị đặt của tốc độ, từ thơng rotor giống như hệ thống điều khiển dùng các bộ điều chỉnh PI. * Kết quả mơ phỏng khi Rr = 0.86 (Omh) - Tốc độ quay rotor: Thời điểm đưa tải vào - 23 - 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 50 100 150 200 250 300 time (s) M ( N . m ) DAP UNG MOMEN DONG CO THEO TAI momen dong co theo tai 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 time (s) F i r * , F i r ( w b ) DAP UNG TU THONG ROTOR THEO TAI tu thong dat tu thong thuc 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 20 40 60 80 100 120 time (s) w * , w ( r a d / s ) DAP UNG TOC DO DONG CO THEO TAI toc do dat toc do thuc - Momen quay: - Từ thơng: * Kết quả mơ phỏng khi điện trở rotor thay đổi: R’r = 1.5 Rr - Tốc độ quay rotor Thời điểm đưa tải vào - 24 - 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 50 100 150 200 250 300 time (s) M ( N . m ) DAP UNG MOMEN DONG CO THEO TAI momen dong co theo tai 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 time (s) F i r * , F i r ( w b ) DAP UNG TU THONG ROTOR THEO TAI tu thong dat tu thong thuc - Momen quay: - Từ thơng: 4.4. Nhận xét kết quả mơ phỏng Từ các kết quả mơ phỏng chương 2 và chương 4, tác giả lập bảng so sánh các đặc tính làm việc của các thơng số động cơ để làm cơ sở đánh giá chất lượng của hệ thống điều khiển như sau: - 25 - HT dùng PI HT dùng mờ PI Các chỉ tiêu đánh giá Khi Rr = 0.86 Ω Khi Rr = 1.5*0.86 Ω Khi Rr = 0.86 Ω Khi Rr = 1.5*0.86 Ω Thời gian quá độ (tốc độ, momen, từ thơng) 0.45s 0.5s 0.45s 0.45s Độ quá điều chỉnh (tốc độ, từ thơng) ≈ 0 0 ≈ 0 0 Sai lệch tĩnh (tốc độ, từ thơng) 0 0 0 0 Dao động tốc độ theo tải nhiều nhiều ít ít Dao động từ thơng theo tải Khơng cĩ ít Khơng cĩ Khơng cĩ Từ bảng so sánh trên, thấy rằng: Trong cấu trúc điều khiển tựa theo từ thơng rotor hệ biến tần – động cơ khơng đồng bộ ba pha sử dụng các bộ điều khiển mờ để chỉnh định các tham số PI khi điện trở mạch rotor thay đổi sẽ dẫn đến đáp ứng các thơng số hệ thống như tốc độ, từ thơng, momen hầu như khơng đổi và các đặc tính quá độ các thơng số này tốt tốt hơn hẳn so với khi dùng các bộ điều chỉnh PI kinh điển. Điều này phản ánh rằng giải pháp điều chỉnh định PI thơng qua điều khiển mờ đã mang lại chất lượng và hiệu quả tốt hơn. - 26 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận - Luận văn đã giải quyết khá thành cơng việc ứng dụng logic mờ trong việc chỉnh định các tham số của các bộ điều chỉnh PI, qua đĩ đã mở ra một hướng đi mới trong việc điều khiển hệ truyền động biến tần - động cơ khơng đồng bộ. Hệ truyền động điều khiển “tựa theo từ thơng rotor” với phương pháp tuyến tính hĩa, cấu trúc thu được đã đảm bảo tách kênh trực tiếp hai thành phần điều khiển là thành phần tạo từ thơng và thành phần tạo mơmen. - Để điều khiển hệ biến tần - động cơ khơng đồng bộ, luận văn đã sử dụng hai phương pháp điều khiển là sử dụng các bộ điều khiển PI kinh điển và sử dụng điều khiển logic mờ để chỉnh định các tham số PI khi điện trở rotor thay đổi trong quá trình động cơ vận hành, mơ phỏng được tiến hành dựa trên phần mềm Matlab/Simulink. Kết quả đã cho thấy phương pháp sử dụng điều khiển mờ cho đáp ứng tốt hơn, là một hướng đi đầy triển vọng, cĩ thể áp dụng phương pháp này trong trong thực tiễn cơng nghiệp. 2. Kiến nghị - Đề tài mới chỉ đưa ra cách giải quyết vấn đề trên cơ sở lý thuyết và thử nghiệm bằng mơ hình mơ phỏng, do vậy khi triển khai trong thực tiễn chắc chắn sẽ cịn nhiều vấn đề phải quan tâm. - Đề tài cũng mới chỉ dừng lại ở việc chỉnh định mờ theo tham số phi tuyến là điện trở rotor, cịn các tham số phi tuyến khác của động cơ như điện cảm, ảnh hưởng của dịng điện fucơ, ... thì chưa thể áp dụng điều khiển mờ được, đĩ cũng là một trong những hướng phát triển trong tương lai của đề tài. - Nghiên cứu ứng dụng Neural – Fuzzy, lọc Kalman mở rộng để ước lượng online điện trở Rr và hiệu chỉnh được các tham số PI.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdftomtat_2261.pdf
Luận văn liên quan