Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong điều khiển động cơ không đồng bộ

ii

LỜI CAM ĐOAN

u ca tôi.
Các s liu, kt qu nêu trong luc ai công
b trong bt k công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2013
(Ký tên và ghi rõ h tên)


Nguy

iv

TÓM TẮT

 n xoay chi c bi     ng b rotor lng sóc
ng có nhiu li th u tn, vn hành tin cy, giá thành thp, ít bo
 ng b có nhiu ng dng trong công nghip. Viu khin tc
 ng b ng nhm t-men và hiu
sut. Có nhiu k thuu khin t u khiu khin
trc tip mô-u khin ta theo t ng. H truyu khin ta theo
t u chnh t và mô-men tt nhu. Cho phép
u khit chiu, phù hp cho các ng dng s dng
t chic kia.
H thng truyu khin gián tip ta theo t ng truyn thng cho
ng b ng s dng các b hiu chnh PI thông cho các giá tr hi
ti chính xác thp và làm gim hiu sut ca h th khc phc
v này, thay th b u khin PI bi b u khin thông minh da trên lý thuyt

tp m   xu u khin m có th t ng hiu chnh các thông s u
khin vi kh u chnh t chính xác.
Chng ca b u khic kho sát thông qua vic mô
phng bng công c MATLAB-u ki
t ngt t và mô-men ti. Kt qu mô phng cho thy rng chng ca b
u khi xut ti b u khing.









iv

ABSTRACT

AC motors, particularly the squirrel-cage induction motor (SCIM), enjoy
several inherent advantages like simplicity, reliability, low cost and maintenance,
induction motors have many applications in the industries. The speed control of
induction motor is more important to achieve maximum torque and efficiency.
Various speed control techniques like
V/f Control, Direct Torque Control and Field
Oriented Control are discussed in this thesis. Field Oriented Control drives provide
the best speed and torque regulation available for AC motors. It provides DC like
performance for AC motors, and is well suited for typical DC applications.
Traditional Indirect Field Oriented Control system of induction motor
introduces conventional PI regulator in outer loop; it is proved that the low precision

of the speed regulator debases the performance of the whole system. To overcome this
problem, replacement of PI controller by an intelligent controller based on fuzzy set
theory is proposed. The fuzzy control can realize the automatic adjustment of the
control parameter, with strong adaptability and good speed governing.
The performance of the intelligent controller has been investigated through
simulation using MATLAB-SIMULINK package for different operating conditions
such as sudden change in reference speed and load torque. The simulation results
demonstrate that the performance of the proposed controller is better than that of the
conventional PI controller.


v
MC LC

 TRANG


 i
 ii
 iii
 v
Abstract iv
 v
 vi
Danh sách các hình vii
 viii

1.1. t v 1
1.2. Mt s công trình nghiên cu có liên quan 6
1.3.  tài 7

1.3.1.  7
1.3.2.  8
1.3.3.  8
C
2.1.  10
2.2.  12
2.3.  14
2.4.  16
2.5.  20
2.5.1. Các  20
 22

v
      I T  NG
NG B
3.1. u khii ngun áp (V/f) 25
3.2.           -
Direct torque con trol) 29
3.3.          - Field
Oriented Control) 29
3.3.1.  29
3.3.2.  34
3.3.3.          
Matlab/Simulink 37
LÝ THUYT H MU KHIN PID - M
4.1. Lý thuyt h m 47
4.1.1. Mt s khái nin 47
4.1.2. M hp thành m, lut hp thành m 49
4.1.3.  50
4.1.4.  52

4.2. u khin PID - M 54
4.2.1.  54
4.2.2. -  56
4.3. ng b iu khin m FLC trong Simulink/Matlab 58
4.3.1.  58
4.3.2.  58
MÔ PHNG VÀ NHN XÉT
5.1. Mô phng 63
5.2. Kt lun 73
C

6.1. Kt lun 74
6.2. Kin ngh nhng nghiên cu tip theo 75
 76

vi
DANH SÁCH CÁC CH VIT TT
FOC - Field Oriented Control
IFOC - Indirect Field Oriented Control
DFOC - Direct Field Oriented Control
DTC - Direct Torque Control
FLC - Fuzzy Logic Controller
SLC - Slide Mode Control
VSC - Variable Structure Control
- ng B

vii
DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH TRANG
Hình 1.1. Mt s ng dng cng b 2
Hình 1.2. Cu trúc ca h u khin m 4
Hình 2.1. u cp A, B, C, D (Tiêu chun NEMA 
M) 10
Hình 2.2.  10
Hình 2.3. H trc to  abc và h trc t  12
Hình 2.4. c t ng khi  = t = 0 13
Hình 2.5. c t ng khi  = t = 60
0
13
Hình 2.6. Các thành phn ca lc t ng trong h trc t stator 13
Hình 2.7. Vec- t c nh  và h t quay dq 17
Hình 2.8. n stator i
s
trong h t abc và h t  20
Hình 2.9. Vec- t  t dq 21

Hình 3.1. Quan h gin áp theo tn s 27
Hình 3.2.  kh 28
Hình 3.3.  kh 28
Hình 3.4.  u khin trc tip moment DTC 29
Hình 3.5.  khn c 30
Hình 3.6.  u khin FOC trc tip 31
Hình 3.7.  u khi

 32
Hình 3.8. Cu trúc hii ca h u chnh ta theo t thông 34
Hình 3.9. n áp, và t thông rotor trên h trc ta  (d, q) 35
Hình 3.10.  cu trúc hii c dng khâu hiu chnh
PI truyn thng 37

vii
Hình 3.11. Khi dò t thông 38
Hình 3.12. Bng dò t thông th hin mi quan h gia t và t thông 39
Hình 3.13. Khi chuyn trc t (a; b; c)  () 39
Hình 3.14. Khi chuyn trc t () (a; b; c) 40
Hình 3.15. Khi chuyn trc t ()  (d; q) 40
Hình 3.16. Khi chuyn trc t (d; q) () 41
Hình 3.17. Mô hình tính toán c 41
Hình 3.18. Mô hình tính toán cu () 42
Hình 3.19. ng hi tip  tip dòng 43
Hình 3.20.  cu trúc hii c dng b u khin
m FLC 44
Hình 4.1. Hàm liên thuc 47
Hình 4.2. Ví d v logic m trong ng d 48
Hình 4.3. Cu trúc ca mt h u khin m 52
Hình 4.4. u khin m 53

Hình 4.5.u khin PID truyn thng 54
Hình 4.6. B u khin PD m dùng h quy tc Mamdani 56
Hình 4.7. B u khin PI m dùng h quy tc Mamdani 57
Hình 4.8. B u khin PID m dùng h quy tc Mamdani 57
Hình 4.9. Cu trúc b u khin m FLC 58
Hình 5.1. ng ngõ ra c t nh
mc = 297,6rad/s, mô-men tnh mc T
L
= 50,4Nm ti thm t = 1,2s cho b
iu khin FLC và PI truyn thng 66
Hình 5.2: ng ngõ ra ckhi t
i = [148,8 297,6]rad/s, ng vi các thm t = [0 1,5]st ti T
L
=50,4Nm
ti thm t = 1s cho b iu khin FLC và PI truyn thng 69

vii
Hình 5.3: ng ngõ ra ckhi t
i = [148,8 297,6]rad/s ng vi các tht ti T
L
=50,4Nm
ti thm t = 1s cho b diu khin FLC và PI truyn thng 72

Chương 1
1

CểươnỂă1
TNGăQUAN











Chương 1
2
CểươnỂă1:ă
TNGăQUAN

1.1 ĐẶTăVẤNăĐỀ.
Ngày nay, là 







môn khoa 

ngày cà 
g.



















Chương 1
3

 -tông




 
 
 
 
 
           
 
 
 

   

 


 


Chương 1
4
, các


 
 
a

              
 
                   

.

 
và moment . 
 


. Tuy nhiên
a trên khâu 
-  
thông và mô-men.
- 


 

  FOC là
s

d – q


Chương 1
5




DSP, FPGA và ASIC cùng 

4]
 
 

 rãi

 -
 
 -ron  
 

 




Hình 1.2: C

-

Chương 1
6


 
ô hình.
 
]. Tuy nhiên khâu ng 
tách c véc t n  
.
   ng
các  n trên 
, và phân  
 
 theo t  (Slide Mode Control),
     (Variable Structure Control)    n   
[6-9].  các 
chính xác. Tuy nhiên th
h

Fuzzy Logic Control

 
-THEN, là c ].




 


 ng trình mô


  PSPICE, EMTP, MATLAB/
 
Chương 1
7
n và
  
MATLAB PI-

[11].

1.2 MỘTăSỐăCÔNGăTRÌNHăNGHIÊNăCUăCÓăLIÊNăQUAN.
[1]ă“ModernăPowerăẠệectronicsăandăACăDrives”,ăTểirdăimpression,ăBimaệ K.
Bose, INDIA: Pearson Education, Inc., 2007.
t 
 

  nh  
  và
mô-   

[2] Minh Ta-Cao, J. L. Silva Neto and H. Le-Huy,ă “ạuzzyă LoỂică basedă
Controệệeră foră Inductionă Motoră Drives”,ă Canadiană Conferenceă onă Ạệectricaệă andă

Computer Engineering, Volume 2, Issue, 26-29 May 1996.
              
 n. 

 h Ta-Cao
thông th.

[3]ăM.ăN.ăUddin,ăT.ăS.ăRadwanăandăM.ăA.ăRaểmană“PerformancesăofăFuzzy-
Logic BasedăIndirectăVectorăControệăforăInductionăMotorăDrive,”ăIEEE Transactions
on Industry Applications, Vol. 38, No. 5, pp. 1219-1225, September/October, 2002.
            
thông th 
 , dao
-n, 
 
a vào logic 
Chương 1
8
 , chi
 
.

1.3 ĐỊNHăHNGăĐỀăTÀI.
t s các  ,
   FOC cho
  3 pha
      “nỂădnỂă tríă tuă nểână toă tronỂă điuă Ệểină đnỂăcơă
ỆểônỂăđnỂăbăbaăpểa”.
1.3.1ăNểimăvăệuậnăvĕn.
các   

(Field Orientated Control).
logic   
pha
.
-SIMULINK m 
pha  FOC (Field Orientated Control) dùng
 
1.3.2 PểươnỂăpểápănỂểiênăcu.

mô hình .

ba pha .


1.3.3 KtăquămonỂămunăđtăđược.
Xâ 
FOC (Field Oriented C 
 

Chương 2
9



CểươnỂă2
MÔ HÌNH
ĐỘNGăCă
KHÔNG ĐỒNGăBỘ
BA PHA
Chương 2

10
CểươnỂă2:
MÔăHÌNHăĐỘNGăCăKĐBăBAăPHA


2.1.ăĐIăCNGăVỀăĐỘNGăCăKHÔNGăĐỒNGăBỘăBAăPHA

 hai 

2.1.1.1. Stator n
a. Lõi thép stator  (hình 2.1a)
2.1b. 
 (hình 2.1c).


a)
b)
c)

Hình 2.1. (a) lõi thép 


rã

(hình 2.2).

Chương 2
11


Rãnh kín
Rãnh hình thang


Rãnh nửa hở
Rãnh quả lê
Rãnh hở

Hình 2.2. stator

b. Dây quấn stator 
 
m ba 
không gian 120
o



a)
b)

Pha U

Pha V
Pha W

Hình 2.3. stator

c. Vỏ máy 
 (hình 2.4)hai  Thân

. Hai 
hai 




Chương 2
12


a) b)
N p y
y
Stator
Rotor

Hình 2.4. 

2.1.1.2. Rotor 
a. Lõi thép rotor ng các  2.5.
 

Rãnh
đặt dây
quấn
Lỗ
lắp
trục

Hình 2.5. Lõi thép rotor

b. Trục rotor  




hoa.
c. Dây quấn  : k 

Rotor lồng sóc (rotor ngắn mạch): t        
hai vành b
hai hai 
hình 2.6. 
 (














) 
.



Chương 2
13



- 

Hình 2.6. 
Rotor quấn dây: t
dây qu 
    (hình 2.7a). Các vành
 c
trên g 
(hình 2.7c).

b)
3 cun dây rotor
Rotor
3 vành trt
c rotor

Chi than
Bin tr
c)
a)
nh trt
a)
b)

Hình 2.7. 


Chương 2
14
2.1.1.3.ăKểeăểởăỆểônỂăỆểí

 
hình 2.8.

Hình 2.8. 
 
 
 






 
su

, i
sv
, i
sw
 
hình 2.9) 
n
1
=
p
f.60
(vòng/phút)





Chương 2
15


A

A

A

Z

C

Y

X

B
Z

C

Y

X

B
Z
C

Y

X

B

i
0
t=/2
t=/2+2/3
t=/2+4/3
t

i
U
i
V
i
W

Hình 2.9. 



2
.   
2
 
2


2
2.9).

2

1



1


ng l
2

hình 2.9). Do tác , 

1
. H
2
):
n
2
= n
1
- n (2.1)

s =
1
1
1
2
n
nn
n
n 

(2.2)
 
Chương 2
16
stator

I
2
F
F
N
2
n
1
rotor

Hình 2.10. 

2.2. VECT KHÔNG GIAN CI LNG BA PHA

 








2.11.
Trong hình trên, ta 

su
, i
sv
, i

sw



Hình 2.11. 