ỨNG DỤNG MẠNG NEURAL điều KHIỂN tốc độ động cơ không đồng bộ

Trư
Trư
ờ
ờ
ng
ng
Đ
Đ
ạ
ạ
i
i
H
H
ọ
ọ
c
c
Sư
Sư
Ph
Ph
ạ
ạ
m
m
K
K
ỹ
ỹ
Thu

Thu
ậ
ậ
t
t
Tp.HCM
Tp.HCM
Đề tài
ỨNG DỤNG MẠNG NEURAL ĐIỀU KHIỂN
TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
B
B
á
á
o c
o c
á
á
o viên:
o viên:
NGUY
NGUY
Ễ
Ễ
N TH
N TH
Ị
Ị
B
B

Í
Í
CH MAI
CH MAI
TpHCM, 19/12/2008
MỤC ĐÍCH
•Tìm hiểu phương pháp điều khiển định hướng
trường.
• Ước lượng từ thông rotor dùng mạng neural để
sử dụng trong điều khiển định hướng trường.
•Xây dựng hệ thống điều khiển PI mờ để điều
khiển từ thông, momen, và tốc độ động cơ.
NỘI DUNG
1. Tổng quan
2. Mô hình động cơ không đồng bộ
3. Điềukhiển định hướng trường
4. Giớithiệumạng truyềnthẳng nhiềulớp
5. Ướclượng từ thông rotor sử dụng mạng neural
6. Điềukhiển định hướng trường kếthợpmạng
neural và bộđiềukhiểnPI mờ
7. Kếtluận
1. Tổng quan
• Động cơ không đồng bộ được sử dụng nhiều
trong sản xuất và đời sống.
• Có nhiềuphương pháp điềukhiển:
Điềukhiểnvôhướng
Điềuchế vector không gian
Điềukhiển định hướng trường
Điềukhiển thông minh
Điều khiển định hướng trường

2. Mô hình động cơ không đồng bộ
2.2.Phương trình trạng thái của động cơ không đồng bộ
r
s
rm
s
s
s
r
m
s
rs
s
s
s
s
LiLi
LiLi
+=
+=
ψ
ψ
s
r
s
r
s
r
r
s

s
s
s
s
s
s
j
dt
d
iR0
dt
d
iRu
ψω−
ψ
+=
ψ
+=
(1)
(2)
(3)
(4)
r
f
r
m
f
s
f
r

m
f
r
s
f
s
f
s
f
r
r
f
r
f
r
r
f
s
s
f
s
f
s
s
f
s
LiLi
LiLi
j
dt

d
iR
j
dt
d
iRu
+=
+=
++=
++=
ψ
ψ
ψω
ψ
ψω
ψ
0
(5)
(6)
(7)
(8)
Trên hệ tọa độ stator Trên hệ tọa độ từ thông rotor
2. Mô hình động cơ không đồng bộ
2.3. Mô hình động cơ không đồng bộ trên hệ tọa độ stator
αβαα
α
σ
ωψ
σ
σ

ψ
σ
σ
σ
σ
σ
s
s
r
r
r
r
s
rs
s
u
LTT
i
TTdt
di 11111
''
+
−
+
−
+
⎟
⎟
⎠
⎞

⎜
⎜
⎝
⎛
−
+−=
ββαβ
β
σ
ψ
σ
σ
ωψ
σ
σ
σ
σ
σ
s
s
r
r
rs
rs
s
u
LT
i
TTdt
di

11111
''
+
−
+
−
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
+−=
//
/
11
βαα
α
ωψψ
ψ
rr
r
s
r
r
T

i
Tdt
d
−−=
/
r
r
/
rs
r
/
r
T
i
Tdt
d
βαβ
β
ψ−ωψ+=
ψ
11
(9)
(10)
(11)
(12)
2. Mô hình động cơ không đồng bộ
2.4. Mô hình động cơ không đồng bộ trên hệ tọa độ từ
thông rotor
()
()

''
'
''
'
''
''
11
11
11111
11111
rq
r
rdssq
r
rq
rqsrd
r
sd
r
rd
sq
s
rq
r
rdsq
rS
sds
sq
sd
s

rqrd
r
sqssd
rS
sd
T
i
Tdt
d
T
i
Tdt
d
u
LT
i
TT
i
dt
di
u
LT
ii
TTdt
di
ψψωω
ψ
ψωωψ
ψ
σ

ψ
σ
σ
ωψ
σ
σ
σ
σ
σ
ω
σ
ωψ
σ
σ
ψ
σ
σ
ω
σ
σ
σ
−−−=
−+−=
+
−
+
−
−
⎟
⎟

⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
+−−=
+
−
+
−
++
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
+−=
(13)
(14)
(15)
(16)
3. Điềukhiển định hướng trường
Biến đổi Laplace phương trình (15) và dựavào
phương trình momen điện từ,tađược:

sd
r
m
rd
i
pT
L
+
=
1
ψ
sqrd
r
m
CM
i
L
L
pm
'
2
2
3
ψ
=
(17)
(18)
Phương trình (17): sử dụng dòng i
sd
là đạilượng điều

khiểntừ thông rotor.
Phương trình (18): sử dụng dòng i
sq
là đạilượng điều
khiển momen quay.
•Từ thông rotor
• Momen điệntừ
3. Điềukhiển định hướng trường
Xuất phát từ ý tưởng đó, cần ghép hai khốirờirạc
trên qua mạng tính áp MTU
s
j
e
υ
s
υ
sd
u
sq
u
α
s
u
β
s
u
u
t
v
t

w
t
d
y
q
y
*
sd
i
*
sq
i
sd
iΔ
sq
iΔ
sd
i
sq
i
MTU
Để điềuchỉnh dòng I
sd
, I
sq
,
sử dụng 2 khâu ĐCid
riêng biệtkiểuPI
Động cơđược điều
khiểnbởibiếntần

nguồnáp
3. Điềukhiển định hướng trường
Từđó, xây dựng sơđồnguyên lý điềukhiển định
hướng trường hoàn chỉnh
ĐCVTKG
CTĐu
Umc
s
j
e
υ
s
υ
sd
u
sq
u
α
s
u
β
s
u
u
t
v
t
w
t
3

pha
uvw
3M
ĐCid
ĐCiq
d
y
q
y
*
sd
i
*
sq
i
sd
i
Δ
sq
i
Δ
sd
i
sq
i
MTu
MTi
3
2
s

j
e
υ
−
α
s
i
β
s
i
su
i
sv
i
k
*
ω
ω
ω
*
r
ω
s
ω
Khâu tích
phân
'*
rd
ψ
*

M
m
Máy đo tốc
độ quay
Nguyên lý điềukhiển định hướng trường
3. Điềukhiển định hướng trường
Kết luận
Nguyên lý điều khiển định hướng trường là
điều khiển tách rời từ thông và mômen quay
tương tự như động cơ DC kích từ độc lập
4. Giớithiệumạng truyềnthẳng nhiềulớp
Lớpngõra
Lớp ẩn
Lớp ngõ vào
4.1. Giớithiệu
4. Giớithiệumạng truyềnthẳng nhiềulớp
4.2.Giải thuật lan truyềnngược
Hàm mục tiêu
2
))()((
2
1
kykdJ −=
Trong đó: d(k): tín hiệuramongmuốn
y(k): tín hiệuracủamạng
Sử dụng phương pháp Steepest Descent để tính
trọng số:
J.ww
w)k()1k(
∇

η
−
=
+
T
w
w
J
J
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=∇
δ
δ
: Gradient củaJ
4. Giớithiệumạng truyềnthẳng nhiềulớp
Gradient củaJ được tính như sau:
[]
)(.)()( kxkykd
w
y
y
J
w
J
J

TT
w
−−=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=∇
δ
δ
δ
δ
δ
δ
Trọng sốđượccậpnhật:
[
]
)(.)()(.
)()1(
kxkykdww
kk

−
+
=
+
η
W(k)W(K+1)
weigh
W tối ưu
Jmin
w
J
δ
δ
w
J
w
δ
δ
η
−=Δ
J
5. Ướclượng từ thông sử dụng mạng neural
5.1.Dữ liệuhuấnluyện
Dữ liệuhuấnluyện là dòng và áp stator trên
hệ tọa độ từ thông rotor.
Số mẫu là 4000 mẫu, chu kỳ lấymẫu là 1ms.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-500
0
500

Usd (V)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-500
0
500
Usq (V)
MẫuhuấnluyệnU
sd
, U
s
q
5. Ướclượng từ thông sử dụng mạng neural
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-5
0
5
Isd (A)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-20
-10
0
10
20
Isq (A)
MẫuhuấnluyệnI
sd
, I
sq
5. Ước lượng từ thông sử dụng mạng neural
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Dữ liệu ngõ ra cần học
ψr(k)
Từ thông thật của động cơ
5. Ướclượng từ thông sử dụng mạng neural
5.2.Chọn cấutrúcmạng
1 lớp ngõ vào: u
sd
(k), u
sd
(k-1), u
sq
(k), u
sq
(k-1),
i
sd
(k), i
sd
(k-1), i
sq
(k), i
sq
(k-1), ψ

r
(k-1).
1 lớp ẩn: 20 nơron đượcchọnbằng phương pháp
thử và sai. Hàm tác động là tansigmoid.
1 lớp ngõ ra ψ
r
(k) gồm1 nơron. Hàm tác động là
linear.
⇒Mạng nơron đượcchọncócấu trúc 9-20-1.
⇒Sai số huấnluyệncủamạng này đạt 2.44158 .10 -7
5. Ước lượng từ thông sử dụng mạng neural
•Sốđôi cực p = 2, Công suấtP = 2Hp
• Điệntrở stator R
s
=1.177
• Điệntrở rotor R
r
=1.382
• Điệncảm stator L
s
=0.118
• Điệncảmrotor L
s
=0.113
• Momen quán tính J
m
= 0.00126(kg.m
2
)
•Hỗ cảmL

m
= 0.113 (H)
• Momen tảiM
T
= 3.5 (N)
Thông số củabộ PWM
•Biênđộ sóng mang A = 300 (V)
•Tầnsố sóng mang F = 1800Hz
• ĐiệnápDC cungcấpchobộ nghịch lưu Udc = 220*sqrt(2)
Tham số động cơ
5. Ướclượng từ thông sử dụng mạng neural
5.3. Kếtquảướclượng từ thông
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Từ thông
ướclượng

Từ thông của
động cơ
Trong hệ thống vòng hở, khi
tham số mô hình trùng với
tham sốđộng cơ
Trường hợp1
5. Ướclượng từ thông sử dụng mạng neural
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Có ANN
Không có
ANN
Trong hệ thống
vòng kín, từ thông
của động cơ khi
tham số mô hình

trùng vớithamsố
động cơ.
5. Ướclượng từ thông sử dụng mạng neural
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Tốc độ động cơ
ở chếđộdanh
định
Có ANN
Không có ANN
5. Ướclượng từ thông sử dụng mạng neural
Trong hệ thống vòng

hở, khi momen quán
tính tăng gấp5 lần
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Từ thông
ướclượng
Từ thông
của động cơ
Trường hợp2
5. Ướclượng từ thông sử dụng mạng neural
Trong hệ thống vòng
kín, từ thông của động
cơ khi momen quán
tính tăng 5 lần
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0

0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Có ANN
Không có
ANN
5. Ướclượng từ thông sử dụng mạng neural
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0

20
40
60
80
100
120
140
160
Tốc độ động cơ trong
hệ thống vòng kín, khi
momen quán tính tăng 5
lần.
Có ANN
Không có
ANN