Điều khiển vector phi tuyến cho máy điện xoay chiều ba pha trong điều kiện thời gian thực (tóm tắt)

B GIÁO DC VÀ ÀO TO
TRNG I HC BÁCH KHOA HÀ NI




Phm Tâm Thành





IU KHIN VECTOR PHI TUYN CHO MÁY IN XOAY CHIU
BA PHA TRONG IU KIN THI GIAN THC





Chuyên ngành: K thut điu khin và t đng hóa
Mã s: 62520216

TÓM TT LUN ÁN TIN S IU KHIN VÀ T NG HÓA

Hà Ni-2014




















Công trình đc hoàn thành ti:
Trng i hc Bách Khoa Hà Ni

Ngi hng dn khoa hc:
GS.TSKH. Nguyn Phùng Quang





Phn bin 1: GS.TSKH. Thân Ngc Hoàn
Phn bin 2: PGS.TS. Nguyn Anh Ngha
Phn bin 3: PGS.TS. Phm Ngc Tip








Lun án s đc bo v trc Hi đng chm lun án cp Trng, hp ti Trng
i H
c Bách Khoa Hà Ni
Vào hi gi, ngày tháng nm

Có th tìm hiu lun án ti:
1. Th vin T Quang Bu-Trng i hc Bách khoa Hà Ni
2. Th vin Quc gia

1
M U
Tính cp thit ca đ tài:
Các công trình nghiên cu áp dng các phng pháp thit k điu khin phi tuyn cho
máy đin xoay chiu ba pha đc thc hin c  trong và ngoài nc. Tuy nhiên các công
trình đó ch yu thit k trên min thi gian liên tc, hoc dng li  vic mô phng vi
phn cng HIL (Hardware In Loop), vn đ thit k điu khi
n trên min thi gian gián
đon và cài đt thi gian thc các cu trúc điu khin phi tuyn cho máy đin xoay chiu ba
pha cha đc đ cp đn. Vì vy, tác gi la chn đ tài: “iu khin vector phi tuyn cho
máy đin xoay chiu ba pha trong điu kin thi gian thc”
i tng nghiên cu:
Máy đin xoay chiu ba pha loi không đng b rotor lng sóc, không
đng b ngun
kép và đng b kích thích vnh cu
Mc đích nghiên cu:
Bài toán gii quyt vn đ cài đt thi gian thc các cu trúc điu khin phi tuyn cho lp
đi tng máy đin xoay chiu ba pha

Phm vi nghiên cu:
Máy đin xoay chiu pha pha vn hành  ch đ phi tuyn, khi các cu trúc điu khin
phi tuyn đc đ xut s d
ng
Phng pháp nghiên cu:
 Phân tích và ch ra đc đim phi tuyn bilinear ca máy đin xoay chiu ba pha, tng
quát hóa dng phng trình mô t lp máy đin xoay chiu ba pha, tng quát hóa dng
phng trình mô t mô hình dòng ca máy đin xoay chiu ba pha
 Trên c s mô hình thu đc, tin hành tng hp các cu trúc điu khin phi tuyn cho
máy đin xoay chiu ba pha
 Sau đó tin hành ki
m chng các cu trúc thu K đc nh mô phng off-line trên
nn Matlab/Simulink và PLECS
 Cui cùng là bc kim chng bng thc nghim trên mô hình tht ca máy đin xoay
chiu ba pha trên min thi gian gián đon
Nghiên cu làm ch các công c và phng pháp khác nhau ca lý thuyt điu khin
hin đi. Phng pháp nghiên cu kt hp gia lý thuyt, mô phng và thc nghim.
Ý ngha ca đ tài:
Vic thit k các cu trúc điu khin (K) phi tuyn nhm nâng cao cht lng K máy
đin xoay chiu 3 pha (XC3P) đã đc tin hành trong sut 10 nm qua ti trng HBK
Hà Ni nói riêng và trên th gii nói chung. Tuy nhiên, các kt qu thu đc trên min thi
gian, min tn s cha phù hp vi thc tin k thut, cha thun li cho vic cài đt trên
nn t
ng k thut s (điu kin thi gian thc, s dng vi điu khin). Khi cài đt ta s phi
chuyn xp x gn đúng lut K thu đc sang thut toán K.
Lun án đt mc tiêu ch ra con đng thc hin các cu trúc K phi tuyn thích hp hn
vi thc tin, phi xut phát t mô hình gián đon mô t đi t
ng phi tuyn đ chính xác

2

ti các thi đim gián đon cách đu, t đó thit k trc tip K phi tuyn hn ch nh
hng ca quá trình xp x gn đúng lut K sang thut toán K.
T các mc tiêu đt ra ta s d dàng khng đnh đc:
 Ý ngha KH ca đ tài: Khng đnh s tn ti/không tn ti nghim ca mô hình
bilinear ca đi tng máy đin XC3P. T đó chn phng pháp thu thp mô hình
gián đon thích hp vi lp đi tng này. Cui cùng, s dng các phng pháp thit
k K phi tuyn, thit k cu trúc K và kim chng chúng thông qua mô phng và
thc nghim.
 Ý ngha thc tin ca đ tài: Vi kt qu mi ca lun án, ta s có đ
c chic chìa
khóa m cánh ca đi vào các ng dng ca thc tin công nghip, góp phn xác minh
tính kh thi ca các cu trúc K phi tuyn cho lp đi tng máy đin XC3P.
Nhng kt qu mi ca lun án:
Góp phn hoàn thin các cu trúc điu khin phi tuyn cho máy đin xoay chiu ba pha.
Xây dng mô hình trng thái gián đon ca máy đin xoay chiu ba pha theo phng pháp
Taylor, mô hình này có đc
đim bilinear và phù hp vi thit k điu khin thi gian thc
s dng các phng pháp điu khin phi tuyn.
T các mô hình va xây dng đc tin hành áp dng các phng pháp điu khin phi
tuyn cho máy đin xoay chiu ba pha trc tip trên min thi gian gián đon
Chng minh tính kh thi ca các b điu khin thit theo phng pháp tuy
n tính hóa
chính xác, nguyên lý h phng, phng pháp cun chiu backstepping trong điu kin thi
gian thc thông qua mô phng và thc nghim
Ni dung ca lun án:
Lun án gm 5 chng
Chng 1 trình bày tng quan các vn đ trong điu khin máy đin xoay chiu ba pha
nh các loi máy đin xoay chiu ba pha,
Chng 2 trình bày chi tit v mô hình bilinear ca máy đin xoay chiu ba pha, đa ra
các gii pháp xây d

ng mô hình trng thái gián đon thích hp vi điu khin phi tuyn
trong điu kin thi gian thc
Chng 3, trình bày khái quát ý tng ca các phng pháp thit k điu khin phi
tuyn: phng pháp tuyn tính hóa chính xác, phng pháp da trên nguyên lý h phng,
phng pháp thit k cun chiu (backstepping), t đó đa ra các cu trúc điu khin cho
máy đin xoay chiu ba pha.
Chng 4 s
 dng các kt qu thu đc  chng 2 là mô hình hóa ca máy đin xoay
chiu ba pha. Thc hin thit k điu khin phi tuyn trc tip trên min thi gian gián đon
cho máy đin xoay chiu ba pha.
Chng 5 tác gi tp trung vào mô phng trên Matlab/Simulink và thc nghim s dng
DSP h C2000 ca hãng Texas Instruments nhm khng đnh kt qu nghiên cu. ây là
bc tin đ
đ ch to bin tn thng mi có tích hp các thut toán điu khin phi tuyn
phù hp vi ch đ vn hành phi tuyn ca máy đin xoay chiu ba pha.

3
Máy đin xoay chiu ba pha gm 3 loi: máy đin không đng b rotor lng sóc, máy
đin đng b kích thích vnh cu, máy đin không đng b ngun kép.  cho tp trung và
tránh rm rà trong các chng ch trình bày các kt qu nghiên cu cho mt loi máy đin
đin hình: máy đin không đng b rotor lng sóc, các kt qu nghiên cu cho hai loi máy
đin còn li đc trích dn trong Ph
 lc. Phn cui là kt lun và kin ngh ca lun án.
1 TNG QUAN
1.1 t vn đ
Máy đin xoay chiu ba pha (MXCBP) bao gm: máy đin không đng b rotor lng
sóc (KB-RLS), máy đin đng b kích thích vnh cu (B-KTVC) và máy đin không
đng b ngun kép (KB-NK). Ta không nghiên cu M B-KTL trong lun án này. Ta
xét lp đi tng máy đin xoay chiu ba pha là lp đi tng phi tuyn có đc đim: Phi
tuyn c

u trúc, phi tuyn tham s, phi tuyn rác. Lun án ch gii hn xét đc đim phi
tuyn cu trúc ca lp đi tng máy đin xoay chiu ba pha.
1.2 Tng quan các phng pháp điu khin máy đin xoay chiu ba pha
V các phng pháp điu khin phi tuyn là hng nghiên cu, vn đ quan tâm ca lun
án. Ta ch xét đn các phng pháp điu khin phi tuyn da trên nguyên lý đi
u khin
vector RFO: phng pháp tuyn tính hóa chính xác, nguyên lý h phng, phng pháp cun
chiu backstepping
1.3 iu khin thi gian thc (realtime control, digital control) cho máy đin xoay
chiu ba pha
V thc hin điu khin s cho lp đi tng máy đin xoay chiu ba pha, khi s dng
các phng pháp thit k điu khin tuyn tính và khi s dng phng pháp thit k điu
khi
n phi tuyn đc đa ra rt nhiu các công trình. Các thut toán điu khin thit k theo
phng pháp tuyn tính đã đc trin khai thành công trong các thit b thng mi.
1.4 Tình hình và đnh hng nghiên cu ca lun án
Hu ht các công trình kho sát còn cha xét ti vic áp dng trong thc t, đó là vic
chuyn các lut điu khin sang thành thut toán điu khin cài đt trong điu ki
n thi gian
thc, các công trình đó đu thit k thut toán điu khin trên min thi gian xp x liên tc
Qua tng kt các công trình nghiên cu áp dng phng pháp thit k điu khin phi
tuyn cho đi tng máy đin xoay chiu ba pha, các công trình đó ch yu thit k lut
điu khin trong min liên tc (continous-time), cha xét đn vic trin khai các h thng
đó
trên min gián đon (discrete-time). Lun án s xem xét và tp trung vào vn đ còn b ng
đó, lun án tin hành thit k và cài đt các thut toán điu khin phi tuyn cho máy đin
xoay chiu ba pha trên min thi gian gián đon. ó cng chính là lý do tác gi chn đ
tài:”iu khin vector phi tuyn cho máy đin xoay chiu ba pha trong điu kin thi gian
thc”. Tác gi xác đnh các nhi
m v đ đt đc mc tiêu đó là:

- Ch ra đc phng pháp gián đon hóa mô hình ca đi tng phi tuyn, c th là các
loi máy đin xoay chiu ba pha.
- Áp dng các phng pháp thit k điu khin phi tuyn trc tip t mô hình gián đon ca
máy đin xoay chiu ba pha đ thit k các cu trúc điu khin.

4
- Cài đt thut toán điu khin cho máy đin xoay chiu ba pha.
2 MÔ HÌNH MÁY IN XOAY CHIU BA PHA THÍCH HP CHO THIT K
IU KHIN
2.1 Mô hình toán hc ca máy đin không đng b rotor lng sóc
Theo [62] mô hình trng thái cho máy đin không đng b rotor lng sóc trên h ta đ
ta t thông rotor đã đc đa ra:
() () () () ()
IM IM s IM s
tt tttw=+ +xAxBu Nx

(2.1)
Trong (2.1) đc đim phi tuyn bilinear th hin  thành phn th 3 v phi, đó là tích gia
vector trng thái x và bin vào
s
w
n đây, ta có th vit li (2.1) di dng tng quát:
[
]
() () ()
IM IM s IM s
tttw
·
=+ +xAN xBu
(2.5)

*
() () () ()
IM IM s
ttt t
·
=+xAxBu
(2.6)
vi
[
]
*
() ()
IM IM IM s
ttw=+AAN

hoc dng khác:
*
() () () )
IM
tttt
·
=+xAxg(
(2.7)
vi
() ()
IM s
tt=gBu

Mô hình dòng đc vit li di dng:
'

11 1
() () () ()
s
s
sssrd
d
tttt
dt
wy=++ +
i
Ai Bu Ni X
(2.9)
Và ta cng có th quy v dng tng quát bng cách bin đi
[]
''
11 1 11 1
()
() () () () () ()
s
s
sssrd sssrd
dt
tttt t t
dt
wy w y=++ +=+ ++
i
Ai Bu Ni X A N i Bu X
(2.14)
*'
11

()
() ()
s
s
srd
dt
tt
dt
y=++
i
AiBu X
(2.15)
vi
[
]
*
111
() ()
s
ttw=+AAN

*
11
()
() ()
s
s
dt
tt
dt

=+
i
Aig
(2.16)
vi
'
11
() ()
s
rd
tty=+gBuX

T mô hình c th (2.1) ca máy đin không đng b rotor lng sóc đã đc trình bày và t
mô hình ca máy đin đng b kích thích vnh cu, máy đin không đng b ngun kép
(trích dn trong phn Ph lc) ta có mô hình tng quát ca máy đin xoay chiu ba pha

Mô hình dng bilinear:
1
() () () () ()
m
ii
i
ttt uttxAxBu Nx
·
=
=++
å
(2.17)
Mô hình dng phng trình vi phân ma trn h s hàm nh sau:
**

1
() () () () () () () () () () ()
m
ii
i
t t t utt tt t tt t
·
=
=++ = += +
å
x AxBu NxAxBuAxg
(2.18)

5
vi
*
1
()= + (); () ()
m
ii
i
tuttt
=
=
å
AAN g Bu

T các phng trình (2.9), và t mô hình dòng ca máy đin đng b kích thích vnh cu,
mô hình dòng ca máy đin không đng b ngun kép (phn Ph lc) ta cng tng quát
hóa dng phng trình mô hình dòng ca máy đin xoay chiu ba pha:

 Mô hình bilinear:
1
() () () () ()
m
II ii
i
tttutt
·
=
=++ +
å
xAxBu NxD
(2.19)
 Mô hình dng phng trình vi phân ma trn h s hàm
**
() () () () () () ()
II II
ttt t ttt
·
=++=+xAxBuDAxg
(2.20)
Vi
*
1
()= + (); () ()
m
II iiI I
i
tuttt
=

=+
å
AA N
g
Bu D

2.2 Mô hình dòng phi tuyn dng affine ca máy đin không đng b rotor lng sóc
Mô hình dòng tng quát ca máy đin không đng b rotor lng sóc hay cng chính là mô
hình dòng ca máy đin xoay chiu ba pha có dng affine:
•
112 23 3
=()+ ()=()+ () + () + ()
=()
uuuxfx Hxufx hx hx hx
ygx
ì
ï
ï
ï
í
ï
ï
ï
î
(2.28)
2.3 Mô hình gián đon bilinear ca máy đin không đng b rotor lng sóc thích hp
vi điu khin thi gian thc
Có 3 phng án đa ra:
2.3.1 Nghim ca phng trình vi phân dng ma trn
Mô hình trng thái gián đon có ci ngun t nghim ca phng

Không có li gii tng quát đ tìm
(, )ts
, mà tu vào bài toán c th mà ta có nghim hin
ca phng trình hay không.
2.3.2 Nghim ca phng trình bilinear
Xét phng trình
bilinear dng:
0
() () () () () () () (); 0, (0)t tt ttt tttxAxNxuBu x x

  
(2.44)
Kt qu là phép tính tích phân lp nhiu bin rt phc tp.
2.3.3 Mô hình trng thái gián đon ca máy đin không đng b rotor lng sóc s
dng phng pháp Taylor
Xét phng trình mô t đi tng phi tuyn dng :
=()+ ()xfx Hxu
·
(2.48)
S dng khai trin chui Taylor ta có
(1)()() ()
tkT
kktTTxxx


   (2.49)
T : là chu k trích mu
Vi
()T
là thành phn bc cao ca chui  trên:


6
(2) 2 ( ) ( 1) 1
111
() ( ) ( ) () , ( , )
2! ! ( 1)!
nn n n
T kT T kT T T kT kT T
nn
xx x


    

(2.50)
Các thành phn bc cao ca ()T ngày càng nh khi chu k trích mu càng nh. i vi h
thng truyn đng đin cht lng cao, chu k trích mu ca mch vòng dòng đin rt nh
do vy các thành phn bc cao
()T có th đc b qua. Thay (2.48) vào (2.49) ta đc:
( 1) () (()) (())() ()kkTkTkkTxxfxHxu    (2.51)
T đó ta có th áp dng (2.51) cho mô hình ca máy đin không đng b rotor lng sóc ta
có mô hình trng thái gián đon:
3
(1) () () ()()kkkkuk   xxHuNxD
(2.54)
đc đim bilinear th hin  tích x(k) và u
3
(k) thông qua ma trn ghép phi tuyn N
2.4 Kt lun chng 2
Chng 2 đã ch ra các phng pháp tìm mô hình trng thái gián đon ca máy đin xoay

chiu ba pha thích hp vi điu khin thi gian thc. Mô hình trng thái gián đon thu đc
khi gián đon bng phng pháp Taylor là c s đ thit k điu khin trc tip trong min
thi gian gián đon.
3 CÁC PH
NG PHÁP THIT K IU KHIN PHI TUYN CHO MÁY IN
XOAY CHIU BA PHA
3.1 Cu trúc điu khin phi tuyn cho máy đin không đng b rotor lng sóc s dng
phng pháp tuyn tính hóa chính xác
Phn này đã trình bày khái quát v phng pháp tuyn tính hóa chính xác và cu trúc điu
khin phi tuyn cho máy đin KB-RLS khi thit k theo phng pháp này, cng nh đa
ra mt s nhn xét ca cu trúc
điu khin đó
3.2 Cu trúc điu khin phi tuyn cho máy đin không đng b rotor lng sóc theo
nguyên lý h phng
3.2.1 Khái quát v nguyên lý h phng
Nu h phi tuyn
(, ); , ,
nmm
d
f
RRR
dt
x
xu x u y tha mãn 3 điu kin thì ta nói h là h
phng và bin đu ra y đc gi là đu ra phng ca h
3.2.2 Cu trúc điu khin
Mt s công trình đa ra cu trúc điu khin máy đin KB-RLS thit k theo nguyên lý h
phng, đin hình là công trình [19] đa ra cu trúc Hình 3.5, trong cu trúc này cha đ cp
đn khâu thit lp qu đo phng cho mch vòng dòng đin.
s

j
e

s
j
e


s

*
s
d
i
*
s
q
i
*
_
s
dfb
i
*
_
s
qfb
i
*
_

s
dff
i
*
_
s
qff
i
s

W
m
'
rd
y
'
_rd ref
y
'*
rd
y
*
w
ref
w
w
w
w

Hình 3.5. Cu trúc điu khin phi tuyn máy

đin KB-RLS thit k theo nguyên lý h
phng[19]
s
j
e

s
j
e


s

*
s
d
i
*
s
q
i
*
_
s
dfb
i
*
_
s
qfb

i
*

*
_
s
dff
i
*
_
s
qff
i
s

W
m
*
_
s
dref
i
*
_
s
qref
i
'
_rd ref
y

'*
rd
y
'
rd
y
w
w
w
ref
w

Hình 3.6 Cu trúc điu khin phi tuyn máy đin KB-
RLS thit k theo nguyên lý h phng( có b sung thêm
khâu thit lp qu đo phng cho mch vòng dòng)

7

Lun án đa ra cu trúc điu khin có b sung khâu thit lp qu đo phng cho mch vòng
dòng nh Hình 3.6. Do đó
__
,
s
dff sqff
uu đc tính theo công thc (3.17):
*
*** '*
_
*
** * '*

_
11 1
11 1
sd
sd ff s sd s sq rd
sr r
sq
s
qff s ssd sq rd
sr r
di
uL ii
dt T T T
di
uL i i
dt T T T
ss
swy
ss s
ss
sw wy
ss s
æö
æö

÷
ç
÷
ç
÷

÷
ç
=++
ç
÷
÷
ç
ç
÷
÷
ç
ç
÷
èø
èø
æö
æö

÷
ç
÷
ç
÷
ç
÷
=++++
ç
÷
÷
ç

ç
÷
÷
ç
ç
÷
ç
èø
èø
(3.17)
Và
__
,
s
dfb sqfb
uuđc tính:
() ()
()
()
**
_
**
_
i
sdfb isdsd sdsd
i
i
sqfb isqsq sqsq
i
K

u Kii iidt
T
K
u Kii iidt
T
=-+ -
=-+ -
ò
ò
(3.18)
Chn tham s T
i
,K
i
là tham s ca b điu chnh dòng PI. Cui cùng ta tính đc:
__
__
s
d sdff sdfb
s
qsqffsqfb
uu u
uu u
=+
=+
(3.19)
T đó ta tính đc u
sd
, u
sq

:
() ()
()
*
*** '* * *
*
** * '* * *
11 1
11 1
sd i
sd s sd s sq rd i sd sd sd sd
sr r i
sq
i
sq s s sd sq rd i sq sq sq
sr r i
di K
uL ii Kii iidt
dt T T T T
di
K
uL i i Kii i
dt T T T T
ss
swy
ss s
ss
sw wy
ss s
æö

æö

÷
ç
÷
ç
÷
÷
ç
=++ +-+-
ç
÷
÷
ç
ç
÷
÷
ç
ç
÷
èø
èø
æö
æö

÷
ç
÷
ç
÷

ç
÷
= +++ + + -+ -
ç
÷
÷
ç
ç
÷
÷
ç
ç
÷
ç
èø
èø
ò
()
sq
idt
ò
(3.20)
 đa ra hàm ca khâu thit lp qu đo này, ta s đi tìm hàm th hin quan h gia tín
hiu điu khin đu vào và đu ra phng ca mch vòng đó.
*
*
**
11
*
*

**
22
,,, ,
,,, ,
sq
sd
sd sd sq
sq
sd
sq sd sq
di
di
d
y
uQi i Qy
dt dt dt
di
di
d
y
uQi i Qy
dt dt dt
æö
æö
÷
ç
÷
÷
ç
ç

==
÷
÷
ç
ç
÷
÷
÷
ç
ç
èø
÷
ç
èø
æö
æö
÷
ç
÷
÷
ç
ç
==
÷
÷
ç
ç
÷
÷
÷

ç
ç
èø
÷
ç
èø
(3.21)
T (3.21) ta có nhn xét là qu đo phng cho mch vòng dòng ch cn kh vi cp 1. Khâu
thit lp qu đo có nhim v to dòng stator i
sd
*
và i
sq
*
mong mun. Ta chn quan h gia
*
s
d
i
và
*
_
s
dref
i
là hàm truyn quán tính bc nht. Tng t nh vy ta chn quan h gia
*
s
q
i

và
*
_
s
qref
i
cng là hàm truyn quán tính bc nht.
3.3 Cu trúc điu khin cho máy đin không đng b rotor lng sóc s dng phng
pháp backstepping
3.3.1. Khái quát v phng pháp backstepping
Phng pháp backstepping là la chn đ quy mt vài hàm thích hp ca bin trng thái
nh là bin điu khin o cho các h thng con tng ng. Th tc hoàn thành mt thit k
phn hi cho điu khin đu vào đc thc hin t dng hàm Lyapunov cui cùng bng
cách tng các hàm Lyapunov thành phn  mi tng thit k riêng
3.3.2. Cu trúc điu khin

8
Các công trình đa ra các cu trúc điu khin khác nhau. Công trình [20] vn dng phng
pháp backstepping thit k b điu chnh phi tuyn cho bài toán điu chnh t thông và điu
chnh mô-men ca máy đin (Hình 3.8). Trong lun án này, b điu chnh phi tuyn s
dng backstepping đc thit k vi mc tiêu điu chnh t thông và điu chnh tc đ theo
cu trúc nh Hình 3.9. Và ta s s dng cu trúc này đ thit k điu khin phi tuyn cho
máy đin KB-RLS s dng phng pháp backstepping trc tip t mô hình trng thái gián
đon  chng 4
s
j
e

s
j

e


,
M
ref
m
w
w

s
J

'
rd
y
'
,rd ref
y
s
J
w

Hình 3.8 Cu trúc điu khin máy đin KB-RLS
thit k theo phng pháp backstepping (điu
chnh t thông và điu chnh mô-men)

R
s
j

e

3~
IE
MKB_RLS
3
2
t
u
t
v
t
w
u
s
u
sd
u
sq
i
s

i
su
Backstepping-based
controller
CVTKG
NL
MHTT
i

sq
i
sd
u
DC
s
j
e


u
s
i
sv
i
sw
o tc đ
i
s
w
w

s
J

'
rd
y
s
J

ref
w
'
_rd ref
y
w

Hình 3.9 Cu trúc điu khin máy đin KB-RLS thit
k theo phng pháp backstepping(điu chnh t thông
và điu chnh tc đ)

3.4 Kt lun chng 3
Chng 3 đã thc hin các vn đ bao gm:
 Khái quát và làm ni bt ý tng ca các phng pháp thit k điu khin phi tuyn:
phng pháp tuyn tính hóa chính xác, phng pháp thit k theo nguyên lý h phng,
phng pháp thit k cun chiu backstepping.
 Góp phn hoàn thin cu trúc điu khin máy đin xoay chiu ba pha da trên nguyên lý
h phng cng nh thit k theo các phng pháp khác
4 IU KHIN PHI TUYN THI GIAN THC CHO MÁY IN XOAY CHIU
BA PHA
Trong chng này, lun án tp trung vào thit k điu khin phi tuyn trên min thi gian
gián đon cho máy đin không đng b rotor lng sóc. Thit k cho máy đin đng b kích
thích vnh cu và máy đin không đng b ngun kép đc trích dn trong phn Ph lc
4.1 Cu trúc điu khin máy đin không đng b rotor lng sóc thit k theo phng
pháp tuyn tính hóa chính xác
Xut phát t mô hình trng thái gián đon (2.57) ca máy đin KB-RLS đã xây dng
trong chng 2, ta vit li nh (4.1):
()
()
'

'
( 1) 1 () () () () ()
( 1) 1 () () () () ()
(1) () ()
sd sd s sq rd sd
sq sq s sd r rd sq
sss
ik dTik kTik cT k aTuk
ik dTik kTik cTT k aTuk
kkkT
wy
wwy
JJw
ì
ï
+=- + + +
ï
ï
ï
+=- - - +
í
ï
ï
ï
+= +
ï
î
(4.1)

9

Chuyn sang không gian trng thái mi vi các bin đu vào:
 Vector đu vào :
123
() (), () (), () ()
sd sq s
uk u kuk u kuk kw===
 Vector trng thái :
123
() (), () (), ()
s
dsq s
xk i k xk i k xk J===

 Vector đu ra :
123
() (), () (), () ()
sd sq s
yk i k yk i k yk kJ===

H đc vit li nh (4.4):
11 2 2 33
( 1) () (). () () () () () () ()
(1) ()
kukukuk
k
xfxHxufxhxhxhx
ygx
     





(4.4)
Thc hin tuyn tính hóa theo 4 bc ta thu đc kt qu:
Ma trn L:

2
1
0
0
00
aT Tx
aT Tx
T
Lx






(4.15)
Bin vào mi w:
()
()
'
1
1
2
'

22 1
3
3
1
0
10
00
rd
rrd
dT x cT
w
aT Tx
wdTxcTT aTTx
T
w
x
y
wy
éù
-+
éù
éù
êú
êú
êú
êú
êú
êú
==- - + -
êú

êú
êú
êú
êú
êú
êú
ëû
ëû
ëû
wu
(4.23)
() ()wpx Lxu (4.24)
Khâu chuyn h ta đ trng thái:
11
().() ().

 uLxpxLxw (4.25)
Tính toán ma trn nghch đo ca ma trn L(x) ta thu đc kt qu:
2
1
1
11
0
11
() 0
1
00
x
aT aT
x

aT aT
T












Lx
(4.27)
Ta có khâu chuyn ta đ trng thái:
()
()
2
'
123
'
212 1
3
11
0
1
111
10

1
00
rd
rrd
x
aT aT
dT x cT x x
dT x cT T x x x
aT aT aT
ax
T
y
wy
é
ù
ê
ú
-
ê
ú
éù
-+-
ê
ú
êú
ê
ú
êú
= ++
ê

ú
êú
ê
ú
êú
ê
ú
êú
ëû
ê
ú
ê
ú
ê
ú
ë
û
uw (4.28)
Vit di dng c th:


10
()
()
()
()
'
13
'
23

3
1
() 1 () () () () () () ()
1
() 1 () () () () () () ()
11
() () ()
sd sd rd sq s sq
sq sq r rd sd s sd
ss
uk dTik cT k ik k wk ikwk
aT
uk dTik cTT k ik k wk ikwk
aT
kkwk
TT
yJ
wy J
wJ
ì
ï
éù
ï
=- + - +-
ï
êú
ëû
ï
ï
ï

ï
ï
éù
=- - + ++
í
êú
ëû
ï
ï
ï
ï
ï
=+
ï
ï
ï
î
(4.29)
ây chính là b điu khin tuyn tính hóa chính xác cho đi tng. Cu trúc điu khin đa
ra nh Hình 4.1:
*
s
d
i
s
j
e

1
w

2
w
*
s
q
i
s
j
e



s
w

s
J

'
rd
y

s
J
w
w
R
w
R
y

*
w
*
rd
y
w

Hình 4.1 Cu trúc điu khin phi tuyn máy
đin KB-RLS thit k theo phng pháp tuyn
tính hóa chính xác [62]
s
j
e

s
j
e


s

*
s
d
i
*
s
q
i
*

_
s
dfb
i
*
_
s
qfb
i
*

*
_
s
dff
i
*
_
s
qff
i
s

W
m
*
_
s
dref
i

*
_
s
qref
i
'
_rd ref
y
'*
rd
y
'
rd
y
w
w
w
ref
w
Hình 4.2 Cu trúc điu khin phi tuyn máy đin KB-
RLS thit k theo nguyên lý h phng

4.2 Cu trúc điu khin máy đin không đng b rotor lng sóc thit k theo nguyên lý
h phng
a) Vòng tc đ
Xut phát t t tng thit k da trên nguyên lý h phng cho mch vòng tc đ ta tính
đc:
** *
__
() () ()

sq sq ff sq fb
ikikik=+
(4.34)
()
** *
* **
_0
'*
*
01
1
3()4( 1) ( 2)
2
() ( 1) () ()
3
1()
2
(1) (1)
W
sq sq fb
prd
Jkk km
T
ik i k r k k
zk
rk k
w
ww w
ww
sy

ww
éù
+-+
ëû
é
ù
=+-+-+
ë
û
-
éù
+
ëû
(4.35)

b) Vòng điu chnh t thông
Tng t nh vy, ta tính toán mch vòng điu chnh t thông. T mô hình máy đin ta có:
* '* '* '* '* * '* '*
_0
'* '*
01
1
() 3 () 4 ( 1) ( 2) () ( 1) () ()
(1) (1)
sd r rd rd rd rd sd fb rd rd
r
rd rd
ik T k k k k i k r k k
T
rk k

y
yy y y yy
yy
éù
êúéù
= +-++-+-+
ë
û
êú
ëû
éù
+
ëû
(4.38)
c) Vòng dòng
Tip theo ta xét mch vòng dòng stator. T mô hình dòng bilinear ca máy đin KB-RLS
(2.58) ta tính đc thành phn truyn thng:
***'
_
****'*
_
1
() ( 1) (1 ) () () () ()
1
() ( 1) (1 ) () () () () ()
sd ff sd sd s sq rd
sq ff sq sq s sd r rd
uk ik dTik kTikcTk
aT
u k ik dTik kTik cT kT k

aT
wy
wwy
éù
=+ -
ëû
éù
=+ + +
ëû
(4.39)

11
Kt hp vi b điu khin feedback:
**
__ 0 1
**
__ 0 1
() ( 1) () () ( 1) ( 1)
() ( 1) () () ( 1) ( 1)
sd fb sd fb i sd sd i sd sd
sq ff sq fb i sq sq i sq sq
ukuk rikikrik ik
ukuk rikikrik ik
éùé ù
=-+ -+
ëûë û
éùé ù
=-+ -+
ëûë û
(4.40)

u vào điu khin cho máy đin:
__
__
() () ()
() () ()
sd sd ff sd fb
sq sq ff sq fb
ukukuk
uk u k u k
=+
=+
(4.41)
Cu trúc điu khin c th nh Hình 4.2
4.3 Cu trúc điu khin máy đin không đng b rotor lng sóc thit k theo phng
pháp backstepping
Cu trúc điu khin tác gi s dng đ thit k nh Hình 4.3
s
j
e

s
j
e


w
w

s
J


'
rd
y
s
J
ref
w
'
_rd ref
y
w

Hình 4.3 Cu trúc điu khin máy đin KB-RLS thit k theo phng pháp backstepping
Trong trng hp này ta vn dng phng pháp backstepping đ thit k b điu khin phi
tuyn cho bài toán điu chnh tc đ và điu chnh t thông ca máy đin KB-RLS, khi
mô men ti
W
m
là hng s bit trc. Trc khi thit k ta b sung phng trình chuyn
đng ca máy đin KB-RLS trên min thi gian gián đon:
()
'
() 3
() 1 () ()
2
fp
W
srd sq
kk z

m
kLkik
JJJ
w
dw s y=- - + - (4.42)
Mô hình dòng gián đon ca máy đin KB-RLS đã đc đa ra trong (2.57). Và đ phù
hp vi t tng thit k backstepping trên min thi gian gián đon ta vit di dng toán
td , trong đó đnh ngha toán t d nh sau:
()
(1) ()
x
kxk
xk
T
dd
d
+-
=
(4.45)
Qua bin đi (2.57) ta đc (4.46):
2
'
'
'
'
()
1
() () () () () ()
()
() ()

1
() () () () () () ()
()
sq
sd sd rd p sq sd
rrd
sd sq
sq sq p sd rd sq
rrd
ik
ik dik c k z kik auk
Tk
ikik
i k di k z k i k e k k au k
Tk
dyw
y
dw wy
y
ì
ï
ï
=- + + + +
ï
ï
ï
ï
í
ï
ï

ï
=- - - - +
ï
ï
ï
î
(4.46)
Cui cùng ta có h phng trình ca máy đin KB-RLS phc v thit k backstepping:

12
'
2
'
'
''
'
'
()
() () ()
()
() () () () () ()
()
() () ()
() ()
() () () () () () ()
()
f
W
rd sq
sq

sd sd rd p sq sd
rd
rd rd sd
sd sq
sq sq p sd rd sq
rd
kk
m
kkik
JJ
ik
ik dik c k z kik auk
k
kkik
ikik
i k di k z k i k e k k au k
k
w
dw xy
dywh
y
dy hy h
dwhwy
y
ỡ
ù
ù
=- - +
ù
ù

ù
ù
=- + + + +
ớ
=- +
=- - - - +
ù
ù
ù
ù
ù
ù
ù
ù
ù
ù
ù
ù
ù
ù
ù
ù
ợ
(4.48)
Quỏ trỡnh thit k backstepping gm cỏc bc sau:
Bc 1
: Xut phỏt t mc tiờu iu chnh tc , v iu chnh t thụng ta nh ngha i
lng sai lch tc
()ek
w

v sai lch t thụng
()ek
y
.
() () ()
ref
ek k k
w
ww=- (4.49)
''
() () ()
rdref rdref
ek k k
y
yy=- (4.50)
Tớnh ()ek
w
d ca sai lch tc : T (4.48) v (4.49) ta tớnh c
'
()
()
() () () () () ()
f
W
ref ref rd sq
kk
mk
ek k k k ki k
JJ
w

w
ddwdwdw xy=-=++- (4.51)
T (4.48) v (4.50) ta tớnh c:
''' '
() () ()
rdref rd rdref rd sd
ek k i k
y
ddydydyhyh=-=+ - (4.52)
T (4.51) v (4.52) ta cú nhn xột l i lng
'
() ()
rd sq
ki kxy úng vai trũ l bin iu khin
o cho h (4.51), cũn ()
sd
ikh úng vai trũ l bin iu khin o cho h (4.52). Ta cú th xỏc
nh cỏc hm n nh ca cỏc thnh phn
()
'
() ()
rd sq
ki kxy v
()
()
sd
ikh . Gi
11
,lg l cỏc hm n
nh, ta chn cỏc hm n nh:

11
()
()
() ()
f
W
ref
kk
mk
ke k k
JJ
w
w
ldw=+ ++ (4.53)
''
12
() () ()
rdref rd
ke k k k
y
gdyhy=+ + (4.54)
Chn hm Lyapunov xỏc nh dng:
22
1
11
22
Vee
wy
=+ (4.55)
T cỏc phng trỡnh (4.51), (4.52), (4.53), (4.54) ta tớnh c

1
()Vkd :
()()
22
22 22
1 11 2 2
()
222
TTT
Vk e e e e e e k k e k k e
ww yy w w w y
ddddd
ổửổử
ộự
ữữ
ỗỗ
=++ + =
ữữ
ỗỗ
ờỳ
ữữ
ỗỗ
ởỷ
ốứốứ
(4.56)
T (4.55) v (4.56) :
111
() ()Vk VkdkÊ- (4.57)
Vi
22

11122
2min ,
22
TT
kkkkk
ỡỹ
ổửổử
ùù
ùù
ữữ
ỗỗ
=- - -
ữữ
ớý
ỗỗ
ữữ
ỗỗ
ùù
ốứốứ
ùù
ợỵ
(4.58)

13
Theo [85] h s n đnh m khi điu kin (4.57) thõa mãn
Có th thy rng, đim cân bng
()
()
,0,0ee
wy

= là đim mà ti đó h thng con n đnh m
khi chn:
12
22
0;0kk
TT
<< << (4.59)
Nhng
()
'
() (), ()
rd sq sd
ki k i kxy h
không phi là tín hiu điu khin thc, do đó ta đnh ngha các
bin sai lch.
'
21
() ()
rd sq
ekiklxy=- (4.60)
21
()
sd
zikgh=- (4.61)
Khi đó ta có th vit li
(), ()ek ek
wy
dd
theo các bin sai lch mi nh sau:
12

()ek ke e
ww
d =- + (4.62)
22
()ek ke z
yy
d =- +
(4.63)
Bc 2
: Tính
22
(), ()ek zkdd
. T (4.73) ta chn các bin điu khin
(), ()
sd sq
ukuk
nh sau:
()
32
1
() ()
()
sq
uk ke Mk e
Nk
w
=
(4.74)
()
42

1
() ()
()
sd
uk ke Pk e
Qk
y
=
(4.75)
Vi
34
,kk
là hng s thc dng. Vì
T
là chu k trích mu nên điu kin
01T<<
luôn tha
mãn, chúng ta có th chn:
13 24
1
kk
T
== khi đó
2
1
T
T
k
æö
÷

ç
=-
÷
ç
÷
ç
èø

4.4 Kt lun chng 4
Trong chng 4 đã tp trung vào thit k điu khin phi tuyn trc tip trên min thi gian
gián đon. ó là xut phát t mô hình gián đon ca đi tng, thc hin thit k điu khin
phi tuyn trc tip t các mô hình đó. ây cng chính là đim mi đ xut ca lun án:
5 K
T QU MÔ PHNG VÀ THÍ NGHIM
5.1 Kt qu mô phng cho máy đin không đng b rotor lng sóc
5.1.1 Mô phng cu trúc điu khin thit k theo phng pháp tuyn tính hóa chính
xác
Cu trúc trúc điu khin phi tuyn máy đin KB-RLS thit k theo phng pháp tuyn
tính hóa chính xác (Hình 4.1) đc mô phng da trên phn mm Matlab&Simulink-Plecs
(Hình 5.1)

14
Flux Model
Omega, Psi'rd,
Isd, Isq
e_q
usq
w2
isq PI Controller
e_d

usd
w1
isd PI Controller
U_dc1
Te-isq
w1
w2
w3
isd
isq
Ps ir d '
w
U_dc
usdr
usqr
usd
usq
State Feeback Controller
eisq*r
Speed Controller
usd
usq
thetaS
U_dc
pulses
pulses 1
Space Vector Modulation
Scope5 Scope4
Scope3
Scope2

Scope1
Scope
PWM_Pulses
Omega_ref
Omega
Load Torque
1
1/16
Flux, Isd
isd
isq
omega
omegaS
Ps i r d '
thetaSu
thetaSi
eisd*r
Flux Controller
Omega Psird*
Field Weakening
Dong i_s
isu
isv
isw
thetaS
isd
isq
540
Tm
pulses

Udc
Iabc
Theta
Omega
Te
PLECS
Circuit
Circui t1

Hình 5.1 S đ mô phng cu trúc điu khin máy đin KB-RLS thit k theo phng pháp tuyn tính hóa
chính xác
a. Khi s dng đng c có công sut 3,0 kW (Thông s xem Ph lc)
Trng hp 1: Tin hành mô phng đng c trong quá trình tng tc
Ta tin hành mô phng theo các điu kin:Ti thi đim: t=0,03(s): khi đng, đt tc đ
đt cho đng c. Ti thi đim t=0.3 (s): tng tc đng c t 157.1 rad/s lên 314.2 rad/s. Ti
thi đim t=0,5 (s): đóng ti 100%. Ti thi đim t=0,7(s): gim tc đng c t 314.2 rad/s
xung 157.1 rad/s. Mt s kt qu mô phng nh sau:
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0. 8 0.9 1
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
time[s]
Omega*. Omega[ rad/s ]

Omega
Omega*
Omega
Omega*
Hình 5.2 Tc đ đt và tc đ thc ca đng c
0 0.1 0. 2 0. 3 0.4 0.5 0. 6 0. 7 0.8 0.9 1
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
time[s]
i
su
,i
sv
,i
sw
[rad/s ]


i
su
i
sv

i
sw
Hình 5.3 c tính dòng ba pha
0 0.1 0.2 0. 3 0. 4 0.5 0.6 0.7 0.8 0. 9 1
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
time[s]
i
sd
,i
sq
[A]


i
sd
i
sq
i
sd
i
sq
Hình 5.6 áp ng dòng i

sd
&i
sq

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0. 8 0.9 1
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
time[s]
i
sd
,i
sq
,Psird',Omega


i
sd
i
sq
Psird'
Omega
i

sq
Psird'
Omega
i
sd
Hình 5.7 áp ng các thành phn:
'
,, ,
sd sq rd
iiyw

Ti thi đim t=0,03(s) t thông rotor đã đ ln đ cho phép to mô-men. Lúc này giá tr
đt ca tc đ đc đt, dòng i
sq
nhanh chóng tng đn giá tr ln nht, điu này làm thúc
đy vn tc nhanh đt giá tr đt. Khi vn tc đt giá tr đt, dòng i
sq
cng đng thi gim v
0, kéo theo mô-men đin t m
M
gim v không. Khi đóng ti ti thi đim t=0,5 (s) yêu cu
mô-men ln hn, dòng i
sq
tng nhanh đn mt giá tr mi và do đó mô-men đin t cng
tng theo.

15
Trng hp 2: Tin hành mô phng đng c trong quá trình đo chiu. Ta tin hành mô
phng theo các điu kin: Ti thi đim: t=0,03(s): khi đng, đt tc đ đt cho đng c.
Ti thi đim t=0.3 (s): đo chiu 157.1 rad/s lên xung -157.1 rad/s. Ti thi đim t=0,5

(s): đóng ti 100%. Ti thi đim t=0,7(s): đo chiu đng c t -157.1 rad/s lên 157.1 rad/s
0 0.5 1 1.5
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
time[s]
Omega* ,Om ega[rad /s]


Omega*
Omega
Omega*
Omega
Hình 5.8 áp ng tc đ khi đo chiu

0 0.5 1 1.5
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15

20
time[s]
i
su
,i
sv
,i
sw
[A]


i
su
i
sv
i
sw

Hình 5.9 áp ng dòng ba pha

0 0.5 1 1.5
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20

time[s]
i
sd
,i
sq
[A]


i
sd
i
sq
i
sd
i
sq
Hình 5.11 Thành phn dòng i
sd
và i
sq

0 0.5 1 1.5
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15

20
time[s]
i
sd
,i
sq
,Psird',Omega


i
sd
i
sq
Psird'
Omega
Omega
i
sd
i
sq
Psird'
Hình 5.13 4 thành phn:
'
,, ,
sd sq rd
iiyw

Quá trình t hóa tng t nh trng hp 1. Ti các thi đim đo chiu dòng i
sq
tng đt

bin, thành phn dòng i
sd
không thay đi.
b. Khi s dng đng c Marathon (Thông s xem Ph lc)
Trng hp 1: Khi tng tc t 53.6 rad/s lên 107.22 rad/s và không đóng ti trong thi
gian 1s
Mt s đc tính thu đc trong quá trình mô phng
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0. 8 0.9 1
-20
0
20
40
60
80
100
120
time[s]
Omega*,Omega[ rad/s]


Omega*
Omega
Hình 5.14 áp ng tc đ
0 0. 1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0. 8 0.9 1
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0

0.5
1
1.5
2
time[s]
i
sd
,i
sq
[A]


i
sd
i
sq
Hình 5.16 Thành phn dòng i
sd
và i
sq

Khi bt đu khi đng, tc đ thc bám tc đ đt ti thi đim 0.1(s) tc là sau khong
thi gian 0.07(s). Và sau khong thi gian 0.08(s) thì đng c tng tc t tc đ 53.61 rad/s
lên 107.22 rad/s.
Ti thi đim t hóa, dòng i
sd
ln nht 0.67A, khi đng c khi đng xong,
thành phn dòng i
sd
là không đi và bng giá tr đnh mc 0.45A. Ti thi đim khi đng,

thành phn dòng i
sq
là ln nht c 2.01A. Khi khi đng thành công, thành phn dòng i
sq

gim v 0

16
Trng hp 2: Khi tng tc t 53.61 rad/s lên 107.22 rad/s trong thi gian 2s và không
đóng ti
0 0.2 0.4 0.6 0. 8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
-20
0
20
40
60
80
100
120
time[s]
Omega*,Omega[rad/s]


Omega*
Omega
Hình 5.17 áp ng tc đ
0 0.2 0.4 0. 6 0. 8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
-2.5
-2
-1.5

-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
time[s]
i
sd
,i
sq
[A]


i
sd
i
sq
Hình 5.19 áp ng dòng i
sd
và i
sq

Ti các thi đim tng tc dòng i
sq
tng đn giá tr cc đi 2.0A. Khi không ti mà tc đ
đng c n đnh bng tc đ đt thì dòng i
sq
bng 0.

Trng hp 3: Khi đo chiu t tc đ 53.61 rad/s xung -53.61 rad/s trong thi gian 2s và
không đóng ti
0 0. 2 0.4 0.6 0.8 1 1. 2 1. 4 1.6 1.8 2
-60
-40
-20
0
20
40
60
time[s]
Omega*,Omega[rad/s]


Omega*
Omega
Hình 5.20 áp ng tc đ khi đo chiu
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1. 2 1.4 1.6 1.8 2
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
tim e[s]
i

sd
,i
sq
[A]


i
sd
i
sq
Hình 5.22 Thành phn dòng i
sd
và i
sq

Trng hp 4: Khi tng tc t tc đ 94.25 rad/s lên 188.5 rad/s trong thi gian 1s và
không đóng ti
0 0. 1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
time[s]

Omega*,Omega[rad/s]


Omega*
Omega
Hình 5.23 áp ng tc đ
0 0. 1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
time[s]
i
sd
,i
sq
[A]


i
sd
i
sq

Hình 5.25 Thành phn dòng i
sd
và i
sq

Trng hp 5: Khi đo chiu t tc đ 94.25 rad/s xung -94.25 rad/s trong thi gian 1s và
không đóng ti

17
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
time[s]
Omega*,Omega[rad/s]


Omega*
Omega
Hình 5.26 áp ng tc đ
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0. 8 0.9 1
-2.5

-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
tim e[s]
i
su
,i
sv
,i
sw
[A]


i
su
i
sv
i
sw
Hình 5.27 áp ng dòng ba pha
5.1.2 Mô phng cu trúc điu khin thit k theo nguyên lý h phng
ng c s dng có công sut 3,0kW (Thông s cho trong Ph lc)
Cu trúc điu khin máy đin KB-RLS thit k theo nguyên lý h phng Hình 4.2 đc

xây dng mô hình mô phng trên Matlab-Simulink và PLECS nh Hình 5.35 trong đó đ
có cu trúc cho gn thì các b điu chnh t thông, điu chnh tc đ và mch vòng
điu
chnh dòng đc đa vào khi “Flatness Based Controller”, khi này đc xây dng trên
c s thit k  mc 4.2
Flux Model
anpha/beta
Tx
Udc
Puls
Space Vector Modulation
Scope7
Scope6
Scope3
RRF->3p h
Omega
Psird'
Isq
Omega
mW
Load Observer
Load
Iabc
isd
isq
omega
Ps ir d '
thetaSu
thetaSi
omegaS

Isd
Psird'
Omega
Isq
mW
OmegaS
Omega*
Usd
Usq
Flatness Based Controller
f(u)
Fcn1
f(u)
Fcn
isu
isv
isw
thetaS
isd
isq
600
-C-
pulses
Udc
Load
omega
Iabc
PLECS
Circui t
Circui t

3ph->SRF

Hình 5.35 S đ mô phng cu trúc điu khin phi tuyn máy đin KB-RLS thit k theo nguyên lý h
phng

Ta tin hành mô phng cu trúc điu khin phi tuyn da trên nguyên lý h phng cho đng
c không đng b rotor lng sóc và thu đc mt s kt qu:
Trng hp 1: Khi tng tc t 157.1 rad/s lên 314.2 rad/s
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
time[s]
Omega*,Omega[rad/s]
Hình 5.36 áp ng tc đ ca đng c khi tng tc

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
-30
-20
-10
0
10
20
30

40
time[s]
i
sd
,i
sq
[A]


i
sd
i
sq
Hình 5.40 áp ng dòng i
sd
và i
sq


18
Ti thi đim t=0,03 (s) đng c bt đu đc đt tc đ đt, tc đ thc bám tc đ đt, tuy
nhiên phi đn thi đim t=0,12(s) tc đ thc mi bám tc đ đt. Tc đ đng c trn,
láng và nhanh chóng bám tc đ đt ch sau khong thi gian 0.07(s) k t khi bt đu khi
đng. Dòng stator có dng sin, khi bt đu khi đng dòng tng đn giá tr ln nht, sau khi
khi đng xong, dòng gim v giá tr n đnh, khi đóng ti, dòng pha tng, ti thi đim
tng tc dòng pha tng.
Thi đim khi đng thành phn i
sd
tng đn giá tr ln nht c 3,5 ln giá tr đnh mc, sau
khi đng c đt tc đ đt, dòng i

sd
gim và dao đng xung quanh giá tr n đnh 3.3A
Ti các thi đim khi đng, tng tc, đóng ti dòng i
sq
đu bin thiên. Ti thi đim khi
đng, dòng i
sq
tng gp khong 4 ln giá tr đnh mc. Khi đt bin tc đ (tng tc hoc
gim tc) thì dòng i
sq
tng gp khong 3,5 ln giá tr đnh mc. Khi cha đóng ti thì dòng
i
sq
có giá tr bng 0. Khi tng tc thì dòng tng nhanh sau đó li gim v 0. Khi đóng ti
dòng i
sq
tng nhanh và sau đó gim đ đt giá tr n đnh 9.9A
Trng hp 2 : Khi đo chiu đng c
Thc hin đo chiu đng c t 157.1 rad/s xung -157.1 rad/s sau đó li đo chiu v
157.1 rad/s
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200

time[s]
Omega*, Omega[rad/s]


Omega*
Omega
Hình 5.41 áp ng tc đ khi đo chiu

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
time[s]
i
sd
,i
sq
[A]


i
sd
i

sq
Hình 5.45 áp ng hai thành phn dòng dòng i
sd
và
i
sq

Cng ging nh trng hp tng tc, khi đo chiu, tc đ thc cng đáp ng rt nhanh và
bám tc đ đt vi thi gian khá nhanh.
5.1.3 Mô phng cu trúc điu khin thit k theo phng pháp backstepping
Cu trúc điu khin máy đin không đng b rotor lng sóc thit k theo phng pháp cun
chiu (backstepping) Hình 4.3 đc mô phng nh Hình 5.46
u
v
w
usd,usq
m_ref1
mT2
mM
isq
isdq
isd
dq
ab
dq-ab
mT1
To Workspace8
Fird_module
To Workspace7
usdq1

To Workspace3
isdq1
To Workspace2
mN
To Workspace1
n
To Workspace
Uu
Uv
Uw
mT
n (v / ph)
mM (Nm)
Fi'rd (A)
isd (A)
isq (A)
iu (A)
iv (A)
iw (A)
vs
omega (rad/s)1
Squirel cage
ASM
Squirel Cage ASM
Speed1
Psird'
Phi_ref
Omega_re f
isd
isq

n
Fi'rd
w
ws
theta
Flu xObserver
Omega Psird*
Field Weakening
P'rd_ref
w_r ef
P'rd_est
isd
isq
w
ws
mW
usd
usq
Backstepping controller
2
3
2 ->3

Hình 5.46 S đ mô phng cu trúc điu khin máy đin KB-RLS thit k theo phng pháp backstepping

19
Trng hp 1 : Khi tng tc
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0. 7 0.8 0.9 1
-50
0

50
100
150
200
250
300
350
time[s]
Omega*,Omega[rad/s]


Omega*
Omega
Hình 5.47 áp ng tc đ khi tng tc
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0. 7 0.8 0.9 1
-100
-50
0
50
100
150
tim e[s]
i
sd
,i
sq
[A]


i

sd
i
sq
Hình 5.49 áp ng thành phn dòng i
sd
và i
sq

Ti thi đim ban đu và thi đim đo chiu, dòng ca đng c rt ln tng gp hn 10 ln
dòng đnh mc. Ti thi đim ban đu dòng i
sd
và i
sq
khá ln, gp khong 10 ln giá tr đnh
mc
Trng hp 2 : Khi đo chiu
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
time[s]
Omega*,Omega[rad/s]

Omega*
Omega
Hình 5.50 áp ng tc đ khi đo chiu
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0. 6 0.7 0.8 0.9 1
-100
-50
0
50
100
150
time[s]
i
sd
,i
sq
[A]


i
sd
i
sq
Hình 5.52 áp ng thành phn dòng i
sd
và i
sq

Khi đo chiu dòng i
sd
tng gp khong hn 10 ln dòng danh đnh, dòng i

sq
cng tng gp
hn 10 ln dòng danh đnh.
5.1.4. ánh giá kt qu mô phng khi các cu trúc điu khin đc thit k theo các
phng pháp khác nhau
Khi mô phng 3 cu trúc điu khin thit k theo 3 phng pháp: tuyn tính hóa chính xác,
phng, backstepping vi cùng mt điu kin đ có th đi chiu, so sánh, đánh giá các
phng pháp.
a. Trng hp 1: Khi tng tc

20
time
[
s
]
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Omega[rad/s]
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220

240
260
280
300
320
Omega*
Omega_Exact
Omega_Flat
Omega_Back
Hình 5.53 áp ng tc đ ng vi các cu trúc
điu khin
time
[
s
]
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Psird'[A]
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2

2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
Psird'_Exact
Psird'_Flat
Psird'_Back

Hình 5.54 áp ng t thông ng vi các cu trúc điu
khin
D dàng nhn thy, tc đ ca đng c khi điu khin theo cu trúc thit k theo nguyên lý
phng có đc tính trn, láng và nhanh chóng bám theo tc đ đt ch sau 0.12(s). c tính t
thông ca đng c khi s dng phng pháp phng ni tri hn khi so vi hai phng pháp
còn li, dòng t hóa không dao đng và nhanh chóng đt giá tr xác lp
time
[
s
]
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
isd[A]
-20
-10
0
10
20
30
40
50

60
70
80
90
100
110
120
isd_Exact
isd_Flat
isd_Back

Hình 5.55 áp ng thành phn dòng i
sd
ng vi
các cu trúc điu khin
time
[
s
]
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
isq[A]
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60

80
100
isq_Exact
isq_Flat
isq_Back

Hình 5.56 áp ng thành phn dòng i
sq
ng vi các cu
trúc điu khin
b. Trng hp 2: Khi đo chiu

21

time
[
s
]
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Omega[rad/s]
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20

40
60
80
100
120
140
160
Omega*
Omega_Exact
Omega_Flat
Omega_Back

Hình 5.57 áp ng tc đ khi đo chiu ng vi
các cu trúc điu khin
time
[
s
]
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Psird'[A]
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6

1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
Psird'_Exact
Psird'_Flat
Psird'_Back

Hình 5.58 áp ng t thông ng vi các cu trúc điu
khin
time
[
s
]
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
isd[A]
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60

70
80
90
100
110
120
isd_Exact
isd_Flat
isd_Back

Hình 5.59 áp ng thành phn dòng i
sd
ng vi
các cu trúc điu khin
time
[
s
]
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
isq[A]
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80

100
isq_Exact
isq_Flat
isq_Back

Hình 5.60 áp ng thành phn dòng i
sq
ng vi các
cu trúc điu khin
Nhn xét: Cu trúc điu khin thit k theo phng pháp tuyn tính hóa chính xác th hin
u th trong c hai trng hp so vi 2 cu trúc điu khin còn li
5.2 Kt qu thí nghim
5.2.1 Cu trúc thc nghim và u th
5.2.2 Kt qu thí nghim đng c không đng b rotor lng sóc
Trong phn này, lun án tin hành thc nghim cu trúc điu khin đi
n hình đó là cu trúc
điu khin đng c không đng b rotor lng sóc thit k theo phng pháp tuyn tính hóa
chính xác. ng c s dng đ thc nghim là đng c Marathon

22
Hình 5.62 Hình nh chi tit bin tn thc
nghim
s
j
e


s
j
e



s


*

2
w
1
w
s
q
i
s
d
i
s
u

s
u

s
d
u
s
q
u
s

d
i
s
q
i
*
s
d
i
s
u
i
s
v
i
w
s
i
s
i

s
i

v
t
w
t
u
t

s
q
i
s
d
i


'
rd
y

s
w
Hình 5.63 S đ nguyên lý ca h thng
a. Trng hp 1: Khi tng tc đng c t 53.61 rad/s lên 107.22 trong thi gian 1s. Qu
đo đt tc đ: Ti thi đim t=0.03 s đng c bt đu đc khi đng lên tc đ
53.61rad/s, ti thi đim t=0.3s đng c tng tc lên 107.22 rad/s và đc gi nguyên cho
đn thi đim t=0.7s thì gim tc v tc đ 53.61 rad/s. Quá trình khi đng, tng tc, gim
tc đc thc hin trong thi gian 1s (Hình 5.57a)

c) Tc đ đt và dòng i
sd
khi không ti

d) Tc đ đt và dòng i
sq
khi không ti
Hình 5.75 Tc đ và các thành phn dòng ca đng c khi tng tc
b. Trng hp 2: Khi tng tc đng c t 53.61 rad/s lên 107.22 rad/s trong thi gian 2s

c) Tc đ đt và dòng i
sq


d) Thành phn dòng i
sd
(màu tím) và i
sq
(màu xanh)
Hình 5.76 Tc đ và các thành phn dòng ca đng c khi tng tc
c. Trng hp 3: Khi đo chiu t tc đ 53.61 rad/s (512 vòng/phút) xung -53.61 rad/s
(512 vòng/phút) trong thi gian 2s. Qu đo đt tc đ: Ti thi đim t=0.03 s đng c bt
đu đc khi đng lên tc đ 53.61 rad/s, ti thi đim t=0.3s đng c đo chiu xung tc
đ -53.61 và đc gi nguyên cho đn thi đim t=0.7s thì li đo chiu v tc đ 53.61
rad/s. Quá trình khi đng, đo chiu 2 ln đc thc hin trong thi gian 2s

23

c)Tc đ đt và tc đ thc

d)Dòng i
sd
và dòng i
sq

Hình 5.77 Tc đ và các thành phn dòng ca đng c khi đo chiu
d. Trng hp 4: Khi tng tc đng c t 94.25 rad/s (900 vòng/phút) lên 188.5 rad/s (1800
vòng/phút) trong thi gian 1s

c) Tc đ đt và dòng i
sd


d) Tc đ đt và dòng i
sq

Hình 5.78 Tc đ và các thành phn dòng ca đng c khi tng tc
Dòng i
sd
và i
sq
tng lên 2.1A ti thi đim tng tc. Ta thy rng tc đ thc bám rt sát tc
đ đt
e. Trng hp 5: Khi đo chiu t 94.25 rad/s (900 vòng/phút) xung -94.25 rad/s trong
thi gian 1s

c) Tc đ đt và dòng i
sq


d) Thành phn dòng i
sd
và dòng i
sq

Hình 5.79 Tc đ và các thành phn dòng ca đng c khi đo chiu
f. Trng hp 6: Khi đng c vn hành vi tc đ đnh mc 188.5 rad/s (1800 vòng/phút)
và đóng ti