Điều khiển thích nghi động cơ không đồng bộ ba pha luận văn thạc sĩ ngành kỹ thuật điện

LVTN Mục lục.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trangvi HVTH: Nguyễn Đại Lợi
MC LC

Trang tựa Trang


 i
 ii
 iii
 iv
 vi
 ix
Danh sách các hình xi
Chưng 1. Tổng quan 01
1.1.  01
1.2. 04
1.3. 05
1.4.  05
1.5. . 06
1.6 hành 06
Chưng 2. Mô hình động c không đồng bộ 3 pha 07
. 07
2.2. . 08
 09
 11
2.3 Mô hình tính  12
 12
 16
 19
ong Matlab_Simulink. 22

LVTN Mục lục.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trangvii HVTH: Nguyễn Đại Lợi
 22
 24
dq). 26
Chưng 3: Các phưng pháp điều khiển tốc độ động c không đồng bộ 28
 29
 29
 31
 35
 35
3. 37
 48
3.5.1  48
3.5.2  (IRFOC) 53
3.5.3  (DRFOC) 58
Chưng 4: Phưng pháp điều khiển khi thông số động c thay đổi (Ts) 59
4.1 Tng quan 59
4.2  60
4.2.1 
. 60
4.2.2  61
4.2.2. 63
4.2.2. 64
4.2.2.3  65
4.2. 65
4.3  sensorless 68
4.3. 71
4.3.1 71
4.3.1 72

4.3.1Kalman Filter 73
LVTN Mục lục.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trangviii HVTH: Nguyễn Đại Lợi

4.4 Kt lun 74

Chưng 5: Mô phỏng Matlab simulink 76

 76
 77
 78
 79

Simulink 80
5.2.1Mô hình tng th DFOC_MRAS thích nghi. 81
5.2.2 82
5.2.3enberger 83
5.2.4 84
 85
 86
Chưng6: Kt qu mô phỏng 87
 87

DFOC_MRAS thích nghi. 88
 105
Chưng 7: Hướng phát triển của đề tƠi 106

LVTN Danh sách các chữ viết tắt.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trangviii HVTH: Nguyễn Đại Lợi
DANH SÁCH CÁC CH̃ VIT T́T

s
R
 (

).
r
R


).
T
s
: .
T
r
: .
m
L
 (H).
s
L

(H).
r
L

.
L
s

.
L
r
.
: .
P
- Power: (W).
p
- Pole couple: 

 
J
: momen quán tính(Kg/m
2
).
L
T
- Torque Load: 

 (Nm).
,

: 

 (Wb).

: 

.
a


: 


s

: 


()
s sl
  

(rad/s).
r

: 


()
rs


(rad/s).
sl

: 




: 

(rad).
s

: 

(rad).
r

:  
s

: 

(rad).
LVTN Danh sách các chữ viết tắt.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trangix HVTH: Nguyễn Đại Lợi
r

: 

(rad).

: 
e
T
- Torque electromagnetic: 




.

,
dq
, 
,,I V f
 
,
I



.
s
s
I



r
s
I

dq

_,r
I




.
,dq
I

dq
.
_,s d q
I

dq
.
_,r d q
I

dq
.
,
V



.
,dq
V

dq
.
I


là 1 vector.
, ,wuv

: 

.
MRAS- Model Reference Adaptive System
FOC - Field Oriented Control: 





.
RFOC  Roto Field Oriented Control
DRFOC  Direct Roto Field Oriented Control   

IRFOC  Indirect Roto Field Oriented Control

DTC-Direct Torque Control: 



.

LVTN Danh sách các hình.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trangx HVTH: Nguyễn Đại Lợi
DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG

 7
 8

s
i
và hình  9
  9
 và abc 10

s
i
 11
  13
--q 18
 22
 22
 23
 23
 24
 25
 27
 28
 30
 31
 34
 34
 35
 37
Hình  39
 40

 41
LVTN Danh sách các hình.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trangxi HVTH: Nguyễn Đại Lợi
 42
 43
 44
 45

 46
Hình 3.16  47
Hình 3.17: S  49
Hình 3.18 50
Hình 3.19 52
Hình 3.20 gián  53
Hình 3.21  55
Hình 4.1  60
Hình 4.2  61
 64
Hình 4.4  67
dùng EKF 74
 DFOC 77
Hình 5. 78
 78
 79
 79
 81
 82
 . 83
 84
 85

Hình  86

LVTNChương 1:Tổng quan.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang1 HVTH: Nguyễn Đại Lợi
CHNG I: TNG QUAN
1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu.




   

 



 

b
: 




ph        
 


Phưng pháp V/f: 
      




LVTNChương 1:Tổng quan.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang2 HVTH: Nguyễn Đại Lợi
Phưng pháp DTC: 



 

.
Phưng pháp FOC: 



dq
 
.

 






 






LVTNChương 1:Tổng quan.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang3 HVTH: Nguyễn Đại Lợi

.


 
 Current model.
 Voltage model.
 Full-order observer.

.


Model Reference Adaptive Systems (MRAS).
Kalman filter techniques.
Adaptive observers based on both voltage and current model.
Neural network flux and speed estimators.
Sliding mode flux and speed estimators.




 







LVTNChương 1:Tổng quan.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang4 HVTH: Nguyễn Đại Lợi



 
               


    


    

1.2 Một số công trình nghiên cứu có liên quan
Adaptive Control of Induction Motors with Unknown Load and
Rotor- FARZAD POURBOGHRAT,ISSA PANAHI- Electrical
EngineeringSouthern Illinois UniversityCarbondale, IL 62901-6603.
T rotor 

 

 
   Rotor Flux and Speed Observers for InductionMotors-Chunki
Kwon, Scott D. Sudhoffand Stanislaw H.Zak-School of Electrical and Computer
EngineeringPurdue UniversityWest Lafayette, IN 47907, USA.
               


 

LVTNChương 1:Tổng quan.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang5 HVTH: Nguyễn Đại Lợi
           
- 
- 11/2008
  k


eo phng pháp thích nghi
o
vector  



“Điều khiển thích nghi động c không đồng bộ 3
pha” là  (sensorless) 


1.3 Mc đích của đề tƠi.


+(MRAS) 



 rotor
 .

+  
+ 
thích nghi (MRASDFOC).
1.4 Nhim v vƠ giới hn của đề tƠi.
             
không Field Orientated
Control).
LVTNChương 1:Tổng quan.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang6 HVTH: Nguyễn Đại Lợi
  
  
.
1.5 Phưng pháp nghiên cứu.
- 
- 
- 




- 

1.6Các bước tin hƠnh.
- Xây d

-  pháp 
- 
-  
3 pha.
-  so sánh


- .

LVTN Chương 2:Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang 7 HVTH: Nguyễn Đại Lợi
CHNG II: MÔ HÌNH ĐNG C KHÔNG ĐNG B 3 PHA

2.1Tổng quan về động c không đồng bộ 3 pha.


i 


o



)ph/v(
p
f60
n


.

c 

1
= n



1
1
n
nn
s



Hay
s)-(1nn
1


Hình 2.1 : Động cơ không đồng bộ 3 pha .
(2.1)
(2.2)
LVTN Chương 2:Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang 8 HVTH: Nguyễn Đại Lợi





1

2


1


2.2 Mô t các đi lưng 3 pha ở dng vectorr không gian
Khi xây d 






i
sa
+ i
sb
+ i
sc
= 0
vector không gian là:
)(
3
2
2
scsbsas
iaaiii 


2

3
2

j
e
, a
2
=
3
4

j

e

Hình 2.2 Sơ đồ cuộn dây stator của động cơ KĐB 3 pha
(2.3)
(2.4)
LVTN Chương 2:Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang 9 HVTH: Nguyễn Đại Lợi
T
sa
, i
sb
,i
sc
C

dq 
vector 
3










2.2.1H trc tọa độ tĩnh (α, β)
2.2.1.1 Ph́p biến đổi Clark-thuận (Chuyển đô

̉
i to
̣
a đô
̣
từ (a, b, c )→ (α, β)).










s
s
s
s
s
s
jiii


(2.5)
Hình 2.4 Biễu diễn vectơ dòng điện

của stator


A= 
B
C
0
i
s
i
s
i
s
Hình 2.3 Vectơ dòng stator
s
i
và hình chiếu
LVTN Chương 2:Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang 10 HVTH: Nguyễn Đại Lợi
(2.6)










2.2.1.2 Ph́p biến đổi Clark ngược(Chuyển đổi tọa độ từ (α, β) → (a,b,c) ).

vectorr không gian 



















































sc
i
sb
i
sa
i
s

s
i
s
s
i
2
3
2
3
0
2
1
2
1
1




















sc
i
sb
ij
sc
i
sb
i
sa
i
s
s
i
2
3
2
3
2
1
2
1
)]
0
240sin()
0
240[cos(

)]
0
120sin()
0
120[cos()]
0
0sin()
0
0[cos(
j
sc
i
j
sb
ij
sa
i
s
s
i


(2.7)
Usα=Usa
A,

B
C
Us
Us

Hình 2.5 Biễu diễn vectơ điện áp trên tọa độ

và abc

LVTN Chương 2:Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang 11 HVTH: Nguyễn Đại Lợi
Hình 2.6 Biểu diễn vectơ
s
i
trong cả hai hệ trục tọa độ (α, β) và (d, q)













2.2.2H trc tọa độ quay (d, q)



s

s



2.2.2.1 Ph́p biến đổi Park thuận (Chuyển đổi tọa độ từ (α, β)→(d, q))










































s
s
s
s
sc
sb
sa

i
i
i
i
i


2
3
2
1
2
3
2
1
01













s

s
i
s
s
i
sc
i
s
s
i
s
s
i
sb
i
s
s
i
sa
i



2
3
2
1
2
3
2

1



d
q
0
i
sd
i
sq
i
s
i
s

dt
d
s
s



i
s
(2.8)
(2.9)
LVTN Chương 2:Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang 12 HVTH: Nguyễn Đại Lợi


























s
s
ss
ss
sq
sd

s
i
i
i
i
i
cossin
sincos




Hay




2.2.2.2Ph́p biến đổi Park ngược (Chuyển đổi tọa độ từ (d, q)→(α, β))


Hay


2.3 Mô hình tính toán của động c không đồng bộ ở ch độ xác lập.
2.3.1 Mô hình động của động c không đồng bộ.







khi mô hình








ssqssds
ssqssds
iii
iii




cos.sin.
sin.cos.






















sq
sd
ss
ss
s
s
s
i
i
i
i
i




cossin
sincos

R
s
R
r
L
ss
L
sr

i
r
i
s
i
m
L
m
j
r
,
r
u
s





sssssq
sssssd

iii
iii




cos.sin.
sin.cos.
(2.10)
(2.11)
(2.12)
(2.13)
LVTN Chương 2:Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang 13 HVTH: Nguyễn Đại Lợi






     

0
trong không gian.
(nếu mô hình lý tưởng).




 







vector 



dt
t
sc
d
t
sc
i
s
Rt
sc
u
dt
t
sb
d
t
sb
i
s
Rt

sb
u
dt
t
sa
d
t
sa
i
s
Rt
sa
u
)(
)()(
)(
)()(
)(
)()(
















0
240
)(
0
120
)()(
3
2
)(
j
et
sc
u
j
et
sb
ut
sa
ut
s
u
dt
s
s
d
t

s
s
i
s
R
s
s
u

 )(
Hình 2.7 Mạch tương đương động cơ không đồng 

(2.14)
(2.15)
LVTN Chương 2:Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang 14 HVTH: Nguyễn Đại Lợi
vector  



vector 




Khi 
U
sa
(t), U
sb

(t), U
sc


sa
(t), 
sa
(t), 
sa

R
s


)(ti
s
s



)(t
s
s


 
 
rotor khi 
dt
td

tiRu
r
r
r
rr
r
r
)(
)(0





r
r
U

R
r


)(ti
r
r


)(t
r
r





















0
240
)(
0
120
)()(
3
2
)(
0

240
)(
0
120
)()(
3
2
)(
j
et
sc
j
et
sb
t
sa
t
s
s
j
et
sc
i
j
et
sb
it
sa
it
s

s
i
(2.16)
(2.17)
(2.18)
LVTN Chương 2:Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang 15 HVTH: Nguyễn Đại Lợi

0

 
 

rmsss
iLiL 


rrsmr
iLiL 

 có  sau:





j: momen quán tính.

T
e


T
L
:

L
s
=L
m
+ L
ss

L
r
= L
m
+ L
sr

L
m

L
ss

L
ss
 
   
rrsse

Le
ipipT
pdt
jd
TT


2
3
2
3

(2.21)
(2.19)
(2.20)
LVTN Chương 2:Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang 16 HVTH: Nguyễn Đại Lợi
s
s
s
R
L
T 

r
r
r
R
L
T 


r
L
s
L
L
2
1
s

 
pha.
2.3.2 Mô hình trng thái động c trên h tọa độ cố định stator (h tọa độ αβ).

k
, các

 là:




















s
sm
s
rr
s
r
s
rm
s
ss
s
s
s
re
s
r
s
rr
s
s
s
ss
s

s
iLiL
iLiL
j
dt
d
iR
dt
d
iRu

0



L
m
: 

.

L
r
:
L
s

1 



(2.22)
s
r
i
(2.23)
)(
1
m
L
s
s
i
s
r
r
L
s
r
i 

(2.24)
LVTN Chương 2:Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang 17 HVTH: Nguyễn Đại Lợi



1 














dt
s
r
d
j
r
T
s
r
r
T
m
L
s
s

i
dt
s
r
d
r
L
m
L
dt
s
s
id
s
L
s
s
i
s
R
s
s
u



s
)
1
(0

có:
















s
r
r
s
s
r
m
r
m
s
s

s
s
ss
s
s
j
T
i
T
L
L
L
dt
id
LiRu
s
1


dt
s
r
d



s
s
s
s

r
rr
m
s
s
s
rr
m
ss
s
s
s
u
L
j
TL
L
L
i
TL
L
LL
R
id
s

sss
1111
2
























Hay 
)(
2
3



s

i
rs
i
r
r
L
m
L
p
e
T 
)(
m
L
s
s
i
s
r
s
L
m
L
s
L
s
s
i
s
s



(2.27)
s
r
r
s
s
r
m
s
r
j
T
i
T
L
dt
d












1
(2.28)
(2.25)
(2.26)
LVTN Chương 2:Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang 18 HVTH: Nguyễn Đại Lợi







































s
r
r
s
s
r
m
s
r
s
s
s
s
r
rm
s

s
rs
s
s
j
T
i
T
L
dt
d
u
L
j
TL
i
TTdt
id


s

s
s
s
s
s
1
11111


1 1 1 1 1
. . . . . .
1 1 1 1 1
. . . . . .
1
1
s
s r r s
s r r m m s
s
s r r s
s r m r m s
rm
s r r
rr
r
m
s r r
rr
di
iu
dt T T T L L L
di
iu
dt T T L T L L
dL
i
dt T T

d
L
i
dt T T

   

   

  

  
s s s
 
s s s s s
s s s
 
s s s s s

 

 


  
     







  

     





  



  




-








2.3.3 Mô hình trng thái động c trên h tọa độ quay rotor (h tọa độ dq).
(2.30)

(2.29)
Hình 2.8 --q