Điều khiển định hướng trường động cơ không đông bộ 3 pha

iii




















LI C

Sau mt thi gian hc tp và nghiên cu ti hm K
thut Tp. H  hoàn thành lut nghip cao hc
c c thành qu c rt nhiu s h tr
và s  tn tình t quý th ch qun.
Chân thành cy/cô  n  n t i hc
m K thut Tp. H i hc Bách Khoa Tp. H
n tình truyt kin thc cho tôi trong sut khóa hc ti
ng.

Tôi xin trân trng bin 
tn tình trc ting dn tôi thc hin hoàn thành lu
Tôi xin gi li cng nghip, b
 tôi rt nhio cho tôi nim tin và c gng l l hoàn thành
lung Ngh k Lo
u kin tt cho tôi hoàn thành khóa hc.
Xin chân thành co
u ki và là ch da vng chc giúp tôi an tâm hc
tt qua nhi gian qua.

Xin chân thành c
Tp. Hồ Chí Minh, tháng… năm 2012
Hc viên


c

iv
TÓM TT
Cuc cách mng khoa hc k thut trên th gin rt nhanh,
n nhng yêu cu k thut m các thit b trong h thn
công nghip, các dây chuyn sn xuu khin t 
cm ng b i chi phí h bn cu trúc. Tuy nhiên,
viu khit v c t
là mt h phi tuyn, cn mt thuu khin cht ch.
 u khiu khin
n rt ph bin trong nh
u khi ng (Field Oriented Control-FOC)  u
khic lp t c s d u khi
làm vic trong h thng yêu cu chính xác v t và nh mômen.

Tác gi ng d   u khi   ng ( 
u khiTác gi ng dng m nhn
dng t t qu cho thy phù hp vi yêu cu
i hn ca lung dng m
ng t 
Các kt qu s c kho sát và phân tích c th bng vic mô phng dùng
phn mm Matlab Simulink công ty MathWorks.
T kt qu  dùng mng t 
u khit hiu sut cao nht.







v
ABSTRACT
The scientific and technical revolution in the world is developing very fast,
always reach the new engineering requirements. Most of the devices in the power
system industry, the production lines in factories is controlled from the induction
motor asynchronous with affordable and reliable structure. However, motor
asynchronous control is a difficult complex and problem, because the
asynchronous motor is a nonlinear system, and requires a strict control
algorithms.
Base asynchronous machine control three-phase modern is vector method
control which has grown very popular in recent years. In that method, field
oriented control is able to be capable of independent flux motor and moment
motor, and are used to control the engine while working in the system precising
speed and torque stability.

The author applies the methods of field oriented control to control motors
asynchronous control three-phase. The author also applied neural networks to
identify and estimate the rotor flux motor. The results showed that conformity
with the requirements analysis. However, the limit of the thesis is not applied
neural networks to estimate the motor speed.
The results will be examined and detailed analysis by simulation using
Matlab Simulink software company MathWorks.
From anlysis results we can use neural networks combined with motor
asynchronous control achieving the highest performance.







vi
MC LC
TRANG
Trang ta
Quy tài
Lý lch khoa hc i
L iii
Li c iv
Tóm tt v
Abstract vi
Mc lc vii
Danh sách các ch vit tt xi
Danh sách các bng xiv
Danh sách các hình xv

NG QUAN V  TÀI 1
1.1. t v 1
1.2. S phát trin ca k thuu khi 1
1.3. u khing b 2
1.3.1. u khing) 3
u khin mômen trc tip (DTC) 3
u khinh ng (FOC) 4
1.4. Nhim v và phm vi nghiên cu 5
1.5. u 6
1.6. Ni dung ca lu 6
1.7. c tin ca lu 6
2: NG B BA PHA 8
 ng b 
2.1.1. Cu t
2.1.2. Nguyên tc ho
ng b 
vii
2.2.1. Khái quát 15
2.2.2 Xây d 15
2.2.2.1. Mô t vector trên h t c nh stator (h t  17
2.2.2.2. Mô t vector trên h t quay rotor (h t dq) 18
2.2.3. Mô hình cng b ba pha 20
2.2.3.1. H  trình trng thái c t
 21
2.2.3.2. H ng thái c t t
thông rotor (dq) 23
2.2.3. Phép chuyn h trc t 25
2.2.3.1. Phép chuyn h trc t abc sang h t c li 25
2.2.3.2. Phép chuyn h trc t abc sang h t c li 25
2.2.3.3. Phép chuyn h trc t  t c li 26

2.2.4. Kt lun 26
3: U KHING 27
3.1.  u khing (FOC) 27
3.2. u khing 27
3.3. u khing 31
u khin trc tip 31
u khin gián tip 31
3.4. Mt s ng t thông rotor 32
ng t thông rotor t dòng và áp hi tip 32
ng t thông rotor t dòng và t hi tip 33
ng t thông rotor t dòng, áp và t hi tip 34
4: CÔNG NGH TÍNH TOÁN MM 35
4.1. Mo (ANN) 35
c 35
4.1.2. Mô o 36
4.1.3. Mo 38
viii
 38
4.1.3.2. Kin trúc mng  39
4.1.4. Hun luyn mo 41
4.1.4.1. Lut hc có giám sát 41
4.1.4.2. Lut hc không có giám sát 42
4.1.4.3. Lut hng 42
4.1.5. Gii thut lan truyc 43
4.1.5.1. Chun b d liu cho gii thut lan truyc 43
4.1.5.2. Chon la s nút n, lp n 44
4.1.5.3. Gii thut hun luyn 45
m ca m 46
4.1.7. Phm vi ng dng 46
4.1.8. Tóm tt 47

NG CU TRÚC CÁC KHU KHIN 48
5.1.  mô phng FOC c n 48
5.1.1. Khi mng tính dòng (MTi) 48
5.1.2. Khu chnh dòng i
sd
và i
sq
49
5.1.3. Khi mng tính áp (MTu) 49
5.1.4. Khi chuyn t áp (CTDu) 50
5.1.5. Khng b ba pha 51
5.1.6. Khi chuyn t n (CTDi) 53
5.1.7. Khng t thông rotor 53
5.2.  mô phng FOC vi b u khin PID 54
5.4.  mô phng FOC vng t thông rotor dùng m 55
T QU MÔ PHNG 56
6.1. Thông s c 56
6.2. So sánh kt qu mô phng FOC và FOC vng t thông dùng mng
 56
6.2.1. Thông s b u khin PID 56
ix
6.2.2. Hun luyn mng nng t thông 57
ng có ti 64
ng có ti, t o chiu quay 67
6.3. Kt lun 70
NG PHÁT TRIN C TÀI 71
7.1. Kt lun 71
7.2. ng phát trin c tài 71
TÀI LIU THAM KHO 72

x
DANH SÁCH CÁC CH VIT TT

FOC : u khing ng
DTC : u khin trc tip mômen
 : ng b
DC : Mt chiu
GA : Thut toán di truyn
ANN : Mo
f : Tn s
p : S c

s
s

i
:
Vector dòng stator quan sát trên h t 

s
r
i
:
Vector dòng rotor quan sát trên h t 

f
s
i
:
Vector dòng stator quan sát trên h t dq

f
r
i
:
Vector dòng rotor quan sát trên h t dq

s
s
u
:
Vector áp stator quan sát trên h t 

s
r

u
:
Vector áp rotor quan sát trên h t 

f
s
u
:
Vector áp stator quan sát trên h t dq

f
r
u
:
Vector áp rotor quan sát trên h t dq

s
s

:
Vector t thông stator quan sát trên h t 

s
r

:
Vector t thông rotor quan sát trên h t 

f
s


:
Vector t thông stator quan sát trên h t dq

f
r

:
Vector t thông rotor quan sát trên h t dq
i

: Thành phn dòng n stator trong h t - trên tr
i

: Thành phn dòng n stator trong h t - trên tr
i

: Thành phn dòng n rotor trong h t - trên tr
xi
i

: Thành phn dòng n rotor trong h t - trên tr
i
sd
: Thành phn dòng n stator trong h t dq - trên trc d
i
sq
: Thành phn dòng n stator trong h t dq - trên trc q
i
rd

: Thành phn dòng n rotor trong h t dq - trên trc d
i
rq
: Thành phn dòng n rotor trong h t dq - trên trc q
u

: Thành phn n áp stator trong h t - trên tr
u

: Thành phn n áp stator trong h t - trên tr
u
rd
: Thành phn n áp rotor trong h t dq - trên trc d
u
rq
: Thành phn n áp rotor trong h t dq - trên trc q
R
s
: n tr stator
R
r
: n tr  i v stator
L
s
: n cm stator
L
r
: n cm rotor
L
m

: H cm gia rotor và stator
 : Góc to bi gia rotor và trc chun
 : Vn tc góc rotor

s
: Vn tc góc ca h quy chiu bt k

r
: Vn tc góc ca t thông rotor
T
e
: n t 
T
L
: Mômen ti
J : Mômen quán tính
 : H s tiêu tán tng
L
s
: n cm tiêu tán cun dây stator
L
r
: n cm tiêu tán cun dây rotor
T
s
: Hng s thi gian stator
T
r
: Hng s thi gian rotor
MTi : Khi mng tính dòng

Mtu : Khi mng tính áp
CTDi : Khi chuyn t dòng
xii
CTDu : Khi chuyn t áp
PID : B u khin PID

xiii
DANH SÁCH BNG
BNG Trang
Bng 6.1 Thông s  56

xiv
DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH Trang
Hình 1.1: n mt chiu kích t c lp 3
Hình 2.1 (a) lõi thép stator; (b) lá thép; (c) rãnh cha dây qun .8
Hình 2.2: Rãnh  mt trong stator 9
Hình 2.3:  b trí ba cun dây stator, (b) dây qut trong rãnh 9
Hình 2.4: (a) v máy; (b) các ph kin 10
Hình 2.5: Lõi thép rotor 11
Hình 2.6: Rotor lng sóc 11
Hình 2.7: (a) rotor dây qun; (b) h tht, chi than c 12
Hình 2.8: Mt ct dc cng b 3 pha rotor lng sóc
Hình 2.9: T ng quay stator và s hình thành các cc t 
Hình 2.10: Nguyên lý làm vic cng b ba pha 14
Hình 2.11:  n áp stator và cun dây c 15
Hình 2.12: Thit lp vector không gian t các ng pha 16
Hình 2.13: Vector không gian vi dòng i

và i

h t stator c nh 17
Hình 2.14: Vector không gian trên h t t thông rotor (h t dq) 19
Hình 2.15:  thay th ng 20
Hình 3.1: Quan h gia các h trc 29
Hình 3.2:  u khin trc tip 31
Hình 3.3:  u khin gián tip 32
Hình 4.1:  khn cc 35

Hình 4.2: Cu to ca mo 36
Hình 4.3: Mng truyn thng 39
Hình 4.4: Mng hi quy 39
Hình 4.5: Mô hình mt lp 40
Hình 4.6:  khi mô t lut hc có giám sát 42
xv
Hình 4.7:  khi mô t lut hng 43
Hình 5.1:  tng quan mô phng FOC 48
Hình 5.2:  khi mng tính dòng 49
Hình 5.3:  khi u chnh dòng i
sd
và i
sq
49
Hình 5.4:  khi mng tính áp 50
Hình 5.5:  khi chuyn t n áp t dq sang abc 50
Hình 5.6:  khi chuyn t n áp t  51
Hình 5.7:  khi chuyn t n áp t  51
Hình 5.8:  khng b 52
Hình 5.9:  khi chuyn t n áp t  52
Hình 5.10:  khng b 3 pha trong h t  52
Hình 5.11:  khi chuyn t n t  53
Hình 5.12:  khi chuyn t n t  53
Hình 5.13:  khng t thông rotor 54
Hình 5.14: Mô hình FOC vi b u khin 54
Hình 5.15: Mô hình FOC vng t  55
Hình 6.1: Thành phn dòn trc  (I
s
) 59
Hình 6.2: Thành phn trc  (I

s
) 59
Hình 6.3: T thông tht c
Hình 6.4:  khc khi hun luyn60
Hình 6.5:  khi thu thp d liu
Hình 6.6: Quá trình hun luyn 61
Hình 6.7:  khi sau khi hun luyn 62
Hình 6.8: Kt qu nhn dng t thông 62
Hình 6.9: Cu trúc mc ch ng t thông rotor 63
ng khi ti 67
Hình 6.10: Dáp ng t thông (FOC) 64
Hình 6.11: Dng
t thông (FOC_ANN) 64
Hình 6.12: Dng
t (FOC) 65
xvi
Hình 6.13: Dng t (FOC_ANN) 65
Hình 6.14: Dng
mômen (FOC) 65
Hình 6.15: Dng
mômen (FOC_ANN) 66
Hình 6.16: Dng
n (FOC) 66
Hình 6.17 Dng
n (FOC_ANN) 66
ng khi ti to chiu quay 67
Hình 6.18: Dng t thông (FOC) 67
Hình 6.19: D ng
t thông (FOC_ANN) 67
Hình 6.20: Dng

t (FOC) 68
Hình 6.21: Dng t (FOC_ANN) 68
Hình 6.22: Dng
mômen (FOC) 68
Hình 6.23: Dng
mômen (FOC_ANN) 69
Hình 6.24: Dng
n (FOC) 69
Hình 6.25: Dng
n (FOC_ANN) 69



  
-1-

 

1.1. .






- 

- 
- 
 



- 
- -
-  
 






 
  
-2-



 




  
 rotor flux orient
 
 








1.2. 




  
-3-

Hình 1.1 


m 1 m m
M = k 
(1.1)

m 2 k
   
(1.2)
M
m


m

i
m


i
k

k
1
, k
2

 
- 
 





p             
 Field oriented control),
              


  
-4-


 




1.3.1. 


 


- 
- 
  
-5-
- 
- 
1.3.2. 
    


thông và mô men.

- 
- 

1.3.3. 



u:
- 
- 


- 
- 
- 

- 
- 
- 



  
-6-









kh

  
r (RFOC  
 
 





 


1.4. 
 
thông.
 , FOC


1.5. 
  
-7-




 
1.5. 

 
toán 





1.6. 
         
 


     




n thông minh
-



 


- 8 -

NG B 3 PHA
Xây dng m 3 pha i phi mô t chính xác
mô hình toán và th hic tính thi gian cu khin, tc là các
tham s c u kin v, ch 
ti, tn s.
 t s n xây dng các vector
trên h trc t c nh stator (h t  quay rotor (h t
dq). T ng các mô hình toán c .
2.1.  ng b ba pha.
2.1.1. Cu to
ng b ba pha có cu to gm hai phn: ph
phn quay (rotor).
2.1.1.1. Stator Gm các b phn: lõi thép, dây qun và v máy.
- Lõi thép stator có dng hìnc ghép bng

các lá thép k thun có hình dt trong ca lõi thép có các
 t dây qun xem Hình 2.1c.

a) b) c)
Hình 2.1 (a) lõi thép stator; (b) lá thép; (c) rãnh cha dây qun
 


- 9 -
Rãnh có các dng: rãnh kín, là rãnh không có ming; rãnh h, là rãnh có
ming nhau; rãnh na h, là rãnh có ming ba kín,
là rãnh có ming nh ng rãnh na kín ph bin là rãnh hình thang
và rãnh qu lê xem Hình 2.2.

Rãnh kín
Rãnh hình thang


Rãnh nửa hở
Rãnh quả lê
Rãnh hở

Hình 2.2 Rãnh  mt trong stator
- Dây qun stator ng có tit din tròn hoc ch nhc
bn. Dây qut trong các rãnh ca lõi thép stator. Dây qun stator
cng b ba pha gm ba cun dây ging nhau, có v trí lch nhau
góc không gian 120
o


a)
b)

Pha U
Pha V
Pha W

Hình 2.3.  b trí ba cun dây stator, (b) dây qut trong rãnh
 


- 10 -
- V máy có cho v máy và làm giá lp các b phn khác ca máy.
V máy có th làm bc nhơm xem Hình 2.4. V gm thân và hai
np. Thân v  cha lõi thép. Mt ngồi thân có các g tn nhit, có các l  lp
vòng treo, b máy. Hai np c che phu ni ca
dây qun và là giá cha hai  trc ca rotor.

a) b)
Hình 2.4 (a) v máy; (b) các ph kin
2.1.1.2. Rotor Gm có các b phn: lõi thép, trc và dây qun.
- Lõi thép rotor c ghép bng các lá thép k thun có d
2.5. M t dây qun rotor;  gia có l  lp trc rotor.

Rãnh
đặt dây
quấn
Lỗ
lắp
trục

Hình 2.5 Lõi thép rotor
- Trc rotor làm bng thép, tr



 c nh vi lõi thép theo kiu
then hoa.
 


- 11 -
- Dây qun cng b có 2 kiu: kiu rotor lng sóc và kiu
rotor qun dây.
- Rotor lng sóc (rotor ngn mch): trong mi rãnh ct mt
thanh dn bng hou các thanh dn ni vào hai vành bng
hoc nhôm gi là hai vành ngn mch. H thng các thanh dn và hai vành ngn
m 2.6. 















 (














) .

H thng thanh dn  vành ngn mch Rotor lng sóc
Hình 2.6 Rotor lng sóc
- Rotor qun dây: trong các rãnh ct dây qun ba pha ging
n stator. Dây qung nu dây ra ca dây qun ni
vi ba vành b ng (g t) gn c nh trên trc rotor xem Hình
n vi trc rotor. T t là ba chi
than gn c i than ni vi ba bin tr 
m u chnh t 