Điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha dùng phương pháp mô hình nội

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.73 MB, 118 trang )

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BK
TP HCM

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3
PHA DÙNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH NỘI

SVTH: TRỊNH QUỐC NAM
CBHD: Th.S TRẦN CÔNG BINH

TP. Hồ Chí Minh 6/2008

www.clbrobot.com

www.robotgiaoduc.com

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BK
TP HCM

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3
PHA DÙNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH NỘI

SVTH: TRỊNH QUỐC NAM
MSSV: 40301742
CBHD: Th.S TRẦN CÔNG BINH
BỘ MÔN: THIẾT BỊ ĐIỆN

TP. Hồ Chí Minh 6/2008
www.clbrobot.com

www.robotgiaoduc.com

Đại học Quốc gia Tp. HCM
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA
-------Số: _________ /BKĐT

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
----------------

NHIỆM VỤ LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP
Khoa: Điện – Điện tử
BỘ MÔN: Thiết bị điện

CHÚ Ý: SV phải dán tờ này vào trang nhất của bản thuyết minh

HỌ VÀ TÊN: TRỊNH QUỐC NAM
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

1. Đầu đề luận văn:

MSSV: 40301742
LỚP: KTD03

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA DÙNG
PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH NỘI
2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):
Tìm hiểu và mô phỏng thuật toán điều khiển động cơ KĐB 3 pha dùng phương pháp mô hình nội
(10%)
Tìm hiều DSP TMS320LF2407A của Texas Instruments (10%)
Tìm hiểu, thiết kế và thi công và sử dụng mạch công suất điều khiển động cơ KĐB ba pha. (20%)
Lập trình DSP TMS320LF2407A điều khiển động cơ KĐB 3 pha dùng phương pháp mô hình nội.
(40%)
Lập trình DSP giao tiếp máy tính để điều khiển và giám sát đáp ứng của động cơ. (20%)
3. Ngày giao nhiệm vụ luận án: 03/3/2008
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 22/6/2008
5. Họ tên người hướng dẫn:
Phần hướng dẫn:
1/ TRẦN CÔNG BINH ___________
100 % _________________________________
2/ _____________________________
_______________________________________
3/ _____________________________
_______________________________________
Nội dung và yêu cầu LATN đã được thông qua Bộ môn
Ngày
tháng
năm 200
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH
(Ký và ghi rõ họ tên)
(Ký và ghi rõ họ tên)

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN:
Người duyệt (chấm sơ bộ):__________________________
Đơn vị: _________________________________________
Ngày bảo vệ: ____________________________________
Điểm tổng kết: ___________________________________
Nơi lưu trữ luận án: _______________________________

www.clbrobot.com

www.robotgiaoduc.com

LỊCH HƯỚNG DẪN LVTN KỸ THUẬT ĐIỆN
HỆ CHÍNH QUI – HK2 (2007 – 2008)
Thầy hướng dẫn : Trần Công Binh
Sinh viên : Trịnh Quốc Nam
Tuần
SH
27

Tuần
LVTN
1

03/03/08 – 07/03/08

28

2

10/03/08 – 14/03/08

29

3

17/03/08 – 21/03/08

30

4

24/.3/05 – 28/03/08

31

5

31/03/08 – 04/04/08

32

6

07/04/08 – 11/04/08

33

7

14/04/08 – 18/04/08

34

8

21/04/08 – 25/04/08

35

9

28/04/08 - 02/05/08

36

10

05/05/08 – 09/05/08

www.clbrobot.com

Thời gian

MSSV : 40301742
Nội dung thực hiện

Chữ ký GVHD

Lập kế hoạch thực hiện
Tìm tài liệu liên quan
Giới thiệu động cơ KĐB 3 pha
và các phương pháp điều khiển
động cơ KĐB 3 pha
Tìm hiểu và mô phỏng thuật
toán điều khiển động cơ KĐB
3 pha dùng phương pháp mô
hình nội
Tìm hiểu và mô phỏng thuật
toán điều khiển động cơ KĐB
3 pha dùng phương pháp mô
hình nội
Tìm hiều DSP
TMS320LF2407A của Texas
Instruments (10%)
Tìm hiểu, thiết kế và thi công
và sử dụng mạch công suất
điều khiển động cơ KĐB ba
pha. (20%)
Tìm hiểu, thiết kế và thi công
và sử dụng mạch công suất
điều khiển động cơ KĐB ba
pha. (20%)
Tìm hiểu, thiết kế và thi công
và sử dụng mạch công suất
điều khiển động cơ KĐB ba

pha. (20%)
Lập trình DSP
TMS320LF2407A điều khiển
động cơ KĐB 3 pha dùng
phương pháp mô hình nội.
(40%)
Lập trình DSP
TMS320LF2407A điều khiển
động cơ KĐB 3 pha dùng
phương pháp mô hình nội.
(40%)
Lập trình DSP
TMS320LF2407A điều khiển
động cơ KĐB 3 pha dùng
phương pháp mô hình nội.
(40%)

www.robotgiaoduc.com

37

11

12/05/08 – 16/05/08

38

12

19/05/08 – 23/05/08

39

13

26/05/08 – 30/05/08

40

14

02/06/08 – 06/06/08

41

15

09/06/08 – 13/06/08

42

16

16/06/08 – 20/06/08

43

17

23/06/08

43 + 44

17 + 18

23/06/08 – 04/07/08

45

19

07/07/08 – 11/07/08

Lập trình DSP
TMS320LF2407A điều khiển
động cơ KĐB 3 pha dùng
phương pháp mô hình nội.
(40%)
Lập trình DSP
TMS320LF2407A điều khiển
động cơ KĐB 3 pha dùng
phương pháp mô hình nội.
(40%)
Lập trình DSP giao tiếp máy
tính để điều khiển và giám sát
đáp ứng của động cơ. (20%)
Lập trình DSP giao tiếp máy
tính để điều khiển và giám sát
đáp ứng của động cơ. (20%)

Lập trình DSP giao tiếp máy
tính để điều khiển và giám sát
đáp ứng của động cơ. (20%)
Hoàn thành,hiệu chỉnh mô
hình
Nộp LVTN

Power Point + Mô hình
Duyệt LVTN

Bản vẽ + Mô hình
Bảo vệ LVTN

Chuẩn bị BVệ
Thời gian hướng dẫn LVTN được tính từ 03/ 03/ 08 đến hết ngày 22/ 06/ 08

www.clbrobot.com

www.robotgiaoduc.com

TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do – Hạnh Phúc
TpHCM, Ngày….tháng….năm 2007

PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN
(dành cho thầy hướng dẫn)

1. Họ và tên SV: TRỊNH QUỐC NAM MSSV:40301742
LỚP: DD03KTD2
2. Đề tài: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA DÙNG PHƯƠNG
PHÁP MÔ HÌNH NỘI.
3. Họ tên người hướng dẫn: THS.TRẦN CÔNG BINH.
4. Tổng quát về bản thuyết minh:
Số trang: ....................................
Số chương:..............................
Số bảng số liệu: .........................
Số hình vẽ: ..............................
Số tài liệu tham khảo: ................
Phần mềm tính toán: ...............
Hiện vật(sản phẩm):...................
5. Tổng quát về các bản vẽ:
Số bản vẽ:
bản A1:…. bản A2:…. khổ khác….
Số bản vẽ tay…..
6. Những ưu điểm chính của LVTN:
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
7. Những thiếu sót chính LVTN:
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
8. Đề nghị: Được bảo vệ Bổ sung thêm để bảo vệ Không được bảo vệ
9. 3 câu hỏi sinh viên phải trả lời trước Hội Đồng:
a) ....................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
b) ....................................................................................................................

........................................................................................................................
........................................................................................................................
c).....................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
10. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB):………. Điểm: ……./10
Ký tên (ghi rõ họ tên)

www.clbrobot.com

www.robotgiaoduc.com

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

2. Đề tài: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA DÙNG PHƯƠNG
PHÁP MÔ HÌNH NỘI.
3. Họ tên người hướng dẫn: THS.TRẦN CÔNG BINH.
4. Tổng quát về bản thuyết minh:
Số trang: ....................................
Số chương:..............................
Số bảng số liệu: .........................
Số hình vẽ: ..............................
Số tài liệu tham khảo: ................
Phần mềm tính toán: ...............
Hiện vật(sản phẩm):...................
5. Tổng quát về các bản vẽ:
Số bản vẽ:
bản A1:…. bản A2:…. khổ khác….
Số bản vẽ tay…..
6. Những ưu điểm chính của LVTN:
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
7. Những thiếu sót chính LVTN:
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
8. Đề nghị: Được bảo vệ Bổ sung thêm để bảo vệ Không được bảo vệ
9. 3 câu hỏi sinh viên phải trả lời trước Hội Đồng:
a) ....................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
b) ....................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................

c).....................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
10. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB):………. Điểm: ……./10
Ký tên (ghi rõ họ tên)

www.clbrobot.com

www.robotgiaoduc.com

Nhận xét của giáo viên phản biện
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

TP. Hồ Chí Minh tháng 6 năm 2008
Sinh viên
TRỊNH QUỐC NAM

i

www.clbrobot.com

www.robotgiaoduc.com

GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
Động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) là loại máy điện được dùng phổ biến trong
công nghiệp,nhất là trong các ứng dụng cần sức kéo với công suất lớn. ĐCKĐB có
nhiều ưu điểm như kết cấu đơn giản,hiệu suất cao,không yêu cầu cao về cách
điện,hoạt động lâu dài mà không cần bảo dưỡng.Tuy nhiên việc điều khiển ĐCKĐB
gặp nhiều khó khăn do các tham số động cơ luôn thay đổi và khó xác đònh chính
xác.Có nhiều phương pháp để điều khiển ĐCKĐB đã được nghiên cứu và phát triển
như điều khiển Vector(FOC),DTC…..,mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và
khuyết điểm riêng,chất lượng đáp ứng điều khiển dần được cải thiện.
Đề tài này giới thiệu một phương pháp mới để điều khiển ĐCKĐB,đó là
phương pháp dùng mô hình nội(Internal Model Control).Phương pháp điều khiển
dùng mô hình nội cho đối tượng tuyến tính được M.Morari & E.Zafiriou phát triển
năm 1987 ([11]), phương pháp này có ưu diểm là thuật toán đơn giản dễ thiết kế.
Mục đích đề tài này dùng phương pháp mô hình nội để điều khiển đối tượng
phi tuyến là ĐCKĐB trên nền DSP TMS320LF2407A với mục tiêu :
•

Thiết kế,mô phỏng mô hình điều khiển ĐCKĐB 3 pha dùng mô hình nội

trên Matlab/Simulink.

•

Thiết kế,thi công mạch công suất điều khiển động cơ không đồng bộ 3
pha.

•

Tiến hành thực nghiệm mô hình điều khiển trên động cơ 1HP.

•

Giao tiếp ngoại vi cho phép điều khiển,kiểm soát động cơ từ xa qua
máy tính.

ii

www.clbrobot.com

www.robotgiaoduc.com

DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1 Động cơ không đồng bộ 3 pha.........................................................................1
Hình 1.2 Mô hình đơn giản động cơ không đồng bộ 3 pha............................................2
Hình 1.3 Mạch tương đương động cơ không đồng bộ 3 pha..........................................3
Hình 1.4 Hình vẽ sơ đồ cuộn dây ,đấu dây và dòng stator của động cơ ........................6
Hình 1.5 Biểu diễn vector không gian dòng stator dưới dạng dòng pha........................8
Hình 1.6 Biểu diễn dòng stator trong hệ tọa độ αβ và dq...............................................9

Hình 1.7 Bộ nghịch lưu 3 pha nguồn áp.......................................................................11
Hình 1.8 8 trạng thái đóng ngắt của bộ nghịch lưu ......................................................12
Hình 1.9 Biểu diễn các trạng thái đóng ngắt dạng vector không gian .........................13
Hình 1.10 Điện áp ngõ ra bộ nghịch lưu khi điều khiển dạng six-step ........................13
Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý bộ điều rộng xung Sin PWM............................................14
Hình 1.12 Dạng điện áp ngõ ra bộ điều rộng xung Sin PWM .....................................15
Hình 1.13 Đường biểu diễn quan hệ ma với m.............................................................16
Hình 1.14 Nguyên lý bộ điều rộng xung SVPWM ......................................................17
uur

Hình 1.15 Phân tích điện áp uS thành các thành phần Up,Ut .......................................18
Hình 1.16 8 Vector chuẩn do 3 cặp khóa đóng ngắt tạo ra ..........................................19
Hình 1.17 Mô hình bộ điều khiển V/f ..........................................................................21
Hình 1.18 Mô hình bộ điều khiển FOC........................................................................22
Hình 1.19 Mô hình bộ điều khiển DTC........................................................................23
Hình 1.20 Mô hình bộ điều khiển IMC ........................................................................23
Hình 2.1 Hệ thống điều khiển dùng mô hình nội .........................................................33
Hình 2.2 Bộ lọc IMC ....................................................................................................34
Hình 2.3 Mô hình điều khiển động cơ không đồng bộ dùng mô hình nội ...................35
Hình 2.4 Mô hình thuận động cơ trong hệ tọa độ dq ...................................................35
Hình 2.5 Mô hình mô phỏng mô hình thuận động cơ trong hệ tọa độ dq ....................36
Hình 2.6 Mô hình ngược động cơ trong hệ tọa độ dq ..................................................37
Hình 2.7 Mô hình mô phỏng mô hình ngược động cơ trong hệ tọa độ dq...................38
Hình 2.8 Các bộ lọc IMC .............................................................................................38
Hình 2.9 Bộ lọc IMC dùng cho điều khiển động cơ KĐB 3 pha .................................39
Hình 2.10 Bộ chuyển đổi điện áp từ hệ tọa độ từ dq sang αβ ......................................41

www.clbrobot.com

iii

www.robotgiaoduc.com

Hình 2.11 Bộ chuyển điện áp từ hệ tọa độ αβ sang abc ..............................................42
Hình 2.12 Mô hình mô phỏng động cơ KĐB 3 pha ....................................................43
Hình 2.13 Mô hình bộ ước lượng từ thông rotor..........................................................43
Hình 2.14 Bộ ước lượng từ thông rotor dùng khâu quan sát........................................43
Hình 2.15 Mô hình bộ ước lượng từ thông dùng khâu quan sát ..................................43
Hình 2.16 Hệ thống điều khiển động cơ KĐB 3 pha dùng IMC..................................44
Hình 2.17 Đáp ứng tốc độ với mô phỏng không điều khiển ........................................47
Hình 2.18 Đáp ứng mômen với mô phỏng không điều khiển ......................................47
Hình 2.19 Đáp ứng từ thông rotor với mô phỏng không điều khiển............................47
Hình 2.20 Đáp ứng dòng điện Irms với mô phỏng không điều khiển..........................48
Hình 2.21 Đáp ứng mômen với mô phỏng không tải...................................................49
Hình 2.22 Đáp ứng từ thông với mô phỏng không tải .................................................49
Hình 2.23 Đáp ứng tốc độ với mô phỏng không tải .....................................................49
Hình 2.24 Đáp ứng dòng điện Irms với mô phỏng không tải.......................................50
Hình 2.25 Đáp ứng mômen với mô phỏng có tải .........................................................51
Hình 2.26 Đáp ứng từ thông với mô phỏng có tải........................................................51
Hình 2.27 Đáp ứng tốc độ với mô phỏng có tải ...........................................................51
Hình 2.28 Đáp ứng dòng điện Irms với mô phỏng có tải.............................................52
Hình 2.29 Đáp ứng tốc độ với mô phỏng có tải thay đổi .............................................52
Hình 2.30 Đáp ứng từ thông với mô phỏng có tải thay đổi..........................................53
Hình 2.31 Đáp ứng mômen với mô phỏng có tải thay đổi ...........................................53
Hình 3.1 Sơ đồ chân DSP TMS320LF2407A ..............................................................55
Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc DSP TMS320LF2407A.........................................................57
Hình 3.3 Cấu trúc các chân chức năng chung ..............................................................58
Hình 3.4 Chế độ điều rộng xung đối xứng ...................................................................59
Hình 3.5 Điều rộng xung vector không gian ................................................................60

Hình 3.6 Sơ đồ khối quản lý Capture/QEP ..................................................................61
Hình 3.7 Bộ mã hóa xung ngõvào bộ đếm QEP ..........................................................61
Hình 3.8 Sơ đồ khối quản lý sự kiện EVA...................................................................62
Hình 3.9 Chế độ chuyển đổi Cascaded.........................................................................63
Hình 3.10 Chế độ chuyển đổi Dual-Sequencer ............................................................64
Hình 3.11 Sơ đồ khối truyền thông nối tiếp SCI..........................................................66
Hình 3.12 Định dạng dữ liệu chế độ đa xử lý ..............................................................67

www.clbrobot.com

iv

www.robotgiaoduc.com

Hình 3.13 KIT DSP TMS320LF2407A .......................................................................68
Hình 3.14 Giao diện lập trình TMS320 Code Composer 4.12.....................................71
Hình 3.15 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển ĐCKĐB dùng DSP ..................................72
Hình 3.16 Sơ đồ chân IR2136 ......................................................................................73
Hình 3.17 Sơ đồ thiết kế chuẩn được nhà sản xuất cung cấp.......................................74
Hình 3.18 Sơ đồ chân 6N136 .......................................................................................74
Hình 3.19 Sơ đồ mạch cách ly từ DSP qua mạch lái MOSFET...................................75
Hình 3.20 Sơ đồ mạch lái MOSFET dùng IC chuyên dùng IR2136............................75
Hình 3.21 Mạch lái MOSFET dùng IC chuyên dùng IR2136......................................76
Hình 3.22 Sơ đồ chân IRFP460....................................................................................77
Hình 3.23 Sơ đồ mạch nghịch lưu 3 pha dùng 6 MOSFET .........................................77
Hình 3.24 Sơ đồ chân cảm biến Hall............................................................................78
Hình 3.25 Sơ đồ mạch lọc dòng điện pha A.................................................................78
Hình 3.26 Sơ đồ mạch hồi tiếp tốc độ dùng encoder ...................................................79
Hình 3.27 Sơ đồ mạch nút nhấn điều khiển và led hiển thị trạng thái điều khiển .......79

Hình 3.28 Sơ đồ mạch hiển thị led 7 đoạn ...................................................................80
Hình 3.29 Mạch hiển thị led 7 đoạn .............................................................................81
Hình 3.30 Sơ đồ mạch giao tiếp DSP với máy tính .....................................................81
Hình 3.31 Mạch giao tiếp DSP với máy tính,nút nhấn điều khiển...............................82
Hình 3.32 Giao diện thu thập dữ liệu và điều khiển từ máy tính .................................82
Hình 3.33 Sơ đồ khối chức năng điều khiển của DSP TMS320LF2407A...................83
Hình 4.1 Mô hình thực nghiệm bộ điều khiển động cơ KĐB 3 pha ............................88
Hình 4.2 Hệ thống điều khiển và thu thập dữ liệu từ máy tính ....................................89
Hình 4.3 Giao diện thu thập dữ liệu và điều khiển từ máy tính ...................................90
Hình 4.4 Bộ biến đổi công suất kết nối với KIT DSP..................................................91
Hình 4.5 Đáp ứng tốc độ động cơ khi chạy vòng hở và không tải...............................91
Hình 4.6 Đáp ứng tốc độ động cơ khi chạy vòng hở và có tải .....................................91
Hình 4.7 Đáp ứng tốc độ động cơ khi chạy không tải..................................................92
Hình 4.8 Đáp ứng tốc độ động cơ khi chạy có tải ........................................................92
Hình 4.9 Đáp ứng dòng điện động cơ khi chạy không tải............................................92
Hình 4.10 Đáp ứng dòng điện động cơ khi chạy không tải..........................................92
Hình 4.11 Đáp ứng mômen điện động cơ khi chạy không tải......................................92
Hình 4.12 Đáp ứng mômen điện động cơ khi chạy có tải............................................92

www.clbrobot.com

v

www.robotgiaoduc.com

Hình 4.13 Đáp ứng từ thông rotor động cơ khi chạy không tải ...................................92
Hình 4.14 Đáp ứng từ thông rotor động cơ khi chạy có tải..........................................92
Hình 4.15 Đáp ứng tốc độ với mô phỏng chạy vòng hở ..............................................93
Hình 4.16 Đáp ứng tốc độ thực nghiệm chạy vòng hở không tải ................................93

Hình 4.17 Đáp ứng tốc độ thực nghiệm chạy vòng hở có tải.......................................93
Hình 4.18 Đáp ứng tốc độ theo mô phỏng ...................................................................94
Hình 4.19 Đáp ứng tốc độ theo thực nghiệm ...............................................................94
Hình 4.20 Đáp ứng dòng điện Irms theo mô phỏng .....................................................94
Hình 4.21 Đáp ứng dòng điện Irms theo thực nghiệm .................................................94
Hình 4.22 Đáp ứng từ thông rotor theo mô phỏng .......................................................94
Hình 4.23 Đáp ứng từ thông rotor theo thực nghiệm ...................................................94
Hình 4.24 Đáp ứng tốc độ theo mô phỏng ...................................................................95
Hình 4.25 Đáp ứng tốc độ theo thực nghiệm ...............................................................95
Hình 4.26 Đáp ứng dòng điện Irms theo mô phỏng .....................................................95
Hình 4.27 Đáp ứng dòng điện Irms theo thực nghiệm .................................................95
Hình 4.28 Đáp ứng mômen theo mô phỏng .................................................................95
Hình 4.29 Đáp ứng mômen theo thực nghiệm .............................................................95
Hình 4.30 Đáp ứng từ thông rotor theo mô phỏng .......................................................96
Hình 4.31 Đáp ứng từ thông rotor theo thực nghiệm ...................................................96

www.clbrobot.com

vi

www.robotgiaoduc.com

DANH SÁCH KÝ HIỆU THUẬT NGỮ
ADC

Analog Digital Conversion (chuyển đổi analog digital)

CAN

Control Area Network

DSP

Digital Signal Processing (Xử lý tín hiệu số)

DTC

Direct Torque Control (Điều khiển trực tiếp từ thông)

ĐCKĐB

Động cơ không đồng bộ

EV

Even Manager (Quản lý sự kiện)

FOC

Field Oriented Control (Điều khiển đònh hướng trường)

I/O

Input/Output (Ngõ vào/Ngõ ra)

IGBT

Insulated Gate Bipolar Transistor

IMC

Internal Model Control

JTAG

Joint test action group

MIPS

Million Instruction Per Second

MOSFET

Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor

PWM

Pulse Wide Modulation (Điều rộng xung)

QEP

Quadrature Encoder Pulse

RAM

Read Alternative Memory (Bộ nhớ đệm)

ROM

Read-Only Memory (Bộ nhớ chỉ đọc)

SCI

Serial Communication Interface (Truyền thông nối tiếp)

SPI

Serial Peripheral Interface (Ngoại vi nối tiếp)

SVPWM

Space Vector Pulse Wide Modulation

vii

www.clbrobot.com

www.robotgiaoduc.com

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................i
GIỚI THIỆU LUẬN VĂN............................................................................................ ii
DANH SÁCH HÌNH VẼ.............................................................................................. iii
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... vii
MỤC LỤC .................................................................................................................. viii
TÓM TẮT LUẬN VĂN................................................................................................xi
CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA VÀ CÁC

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA ..................1
1.1.Giới thiệu động cơ không đồng bộ 3 pha............................................................1
1.1.1.Tổng quan ứng dụng của động cơ không đồng bộ .....................................1
1.1.2.Các phương trình cơ bản mô tả động cơ không đồng bộ 3 pha .................2
1.1.3.Biểu diễn vector không gian các đại lượng 3 pha ......................................6
1.1.4.Chuyển hệ tọa độ cho vector không gian ...................................................9
1.2.Bộ nghịch lưu nguồn áp và các phương pháp điều rộng xung .........................10
1.2.1.Bộ nghịch lưu 3 pha nguồn áp..................................................................10
1.2.2.Phương pháp điều rộng xung Sin .............................................................14
1.2.3.Phương pháp điều rộng xung vector không gian .....................................17
1.3.Các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha............................20
1.3.1.Phương pháp điều khiển vô hướng (V/f)..................................................20
1.3.2.Phương pháp điều khiển định hướng từ thông rotor (FOC).....................21
1.3.3.Phương pháp điều khiển trực tiếp mômen (DTC)....................................22
1.3.4.Phương pháp điều khiển dùng mô hình nội (IMC) ..................................23
1.4.Các bộ điều khiển thực tế..................................................................................24
1.5.Mục đích và nội dung của đề tài .......................................................................24
CHƯƠNG 2 : XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TRÊN
MATLAB/SIMULINK.................................................................................................26
2.1.Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha trên hệ tọa độ từ thông rotor ..............26
viii

www.clbrobot.com

www.robotgiaoduc.com

2.1.1.Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha trên hệ tọa độ stator...................26
2.1.2. Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha trên hệ tọa độ từ thông rotor ....29
2.2.Lý thuyết mô hình nội......................................................................................32

2.3.Xây dựng mô hình điều khiển ĐCKĐB 3 pha dùng mô hình nội ....................35
2.3.1.Xây dựng mô hình thuận gián đoạn của ĐCKĐB trên hệ tọa độ dq........35
2.3.2.Xây dựng mô hình ngược gián đoạn của ĐCKĐB trên hệ tọa độ dq.......37
2.3.3.Xây dựng bộ lọc IMC gián đoạn ..............................................................38
2.3.4.Xây dựng bộ chuyển đổi gián đọan từ hệ tọa độ dq sang αβ ...................41
2.3.5.Xây dựng bộ biến đổi điện áp từ αβ sang abc ..........................................41
2.3.6.Xây dựng mô hình động cơ KĐB 3 pha trên hệ tọa độ stator..................42
2.3.7.Xây dựng bộ ước lượng từ thông rotor ....................................................43
2.4.Mô phỏng bộ điều khiển ĐCKĐB 3 pha trên Matlab/Simulink.......................44
2.4.1.Đo đạc các thông số ĐCKĐB 3 pha.........................................................44
2.4.2.Xây dựng tập thông số mô phỏng mô tả động cơ thực ............................45
2.4.3.Đáp ứng vòng hở của hệ thống điều khiển...............................................46
2.4.4.Đáp ứng danh định của hệ thống điều khiển ............................................49
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ DÙNG DSP
TMS320LF2407A ........................................................................................................54
3.1.Giới thiệu DSP TMS320LF2407A ...................................................................54
3.1.1.Tổng quan.................................................................................................54
3.1.2.Tổng quan cấu trúc DSP TMS320LF2407A............................................55
3.1.3.Các khối chức năng cụ thể của DSP TMS320LF2407A..........................57
3.1.3.1.Khối ngoại vi chức năng chung .......................................................57
3.1.3.2.Khối quản lý sự kiện ........................................................................58
3.1.3.3.Khối biến đổi ADC ..........................................................................62
3.1.3.4.Khối truyền thông nối tiếp SCI........................................................64
3.2 KIT DSP TMS320LF2407A và chương trình Code Composer .......................69
3.2.1 Sơ đồ chân KIT DSP ...............................................................................69
3.2.2 Chương trình lập trình và biên dịch Code Composer ..............................70
3.3.Điều khiển động cơ không đồng bộ .................................................................71
3.3.1.Sơ đồ khối điều khiển chung ....................................................................71
ix

www.clbrobot.com

www.robotgiaoduc.com

3.3.2.Các khối mạch dùng điều khiển động cơ KĐB 3 pha ..............................72
3.3.2.1.Khối driver MOSFET ......................................................................72
3.3.2.2.Mạch nghịch lưu 3 pha ....................................................................76
3.3.2.3.Khối hồi tiếp dòng điện ...................................................................77
3.3.2.4.Khối hồi tiếp tốc độ .........................................................................78
3.3.2.5.Khối điều khiển và hiển thị..............................................................79
3.3.2.6.Khối giao tiếp máy tính ...................................................................81
3.4.Dùng DSP điều khiển động cơ KĐB 3 pha ......................................................83
3.4.1.Sơ đồ khối điều khiển...............................................................................83
3.4.2.Sơ đồ giải thuật điều khiển.......................................................................84
CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................88
4.1 Mô hình thực nghiệm........................................................................................88
4.2 Đáp ứng thực nghiệm........................................................................................91
4.3 So sánh kết quả thực nghiệm với kết quả mô phỏng ........................................93
4.3.1.Trường hợp điều khiển vòng hở khi không tải và có tải ..........................93
4.3.2 Trường hợp điều khiển vòng kín không tải..............................................93
4.3.3 Trường hợp điều khiển vòng kín có tải ....................................................95
4.4 Kết quả,đánh giá chung về phương pháp điều khiển mô hình nội ...................96
4.4.1.Kết quả......................................................................................................96
4.4.2.Đánh giá chung.........................................................................................96
4.4 Hướng phát triển và ứng dụng .........................................................................97
4.5.1.Hướng phát triển để cải thiện chất lượng đáp ứng ...................................97
4.5.2.Khả năng ứng dụng của bộ điều khiển dùng phương pháp điều khiển mô
hình nội vào thực tế ...........................................................................................97

x

www.clbrobot.com

www.robotgiaoduc.com

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Chương 1 : Giới thiệu tổng quan về động cơ không đồng bộ,các ứng dụng
trong thực tế của động cơ không đồng bộ.Mô hình toán của động cơ không đồng bộ.
Tìm hiểu các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ đã được nghiên cứu
và áp dụng thực tế.Những ưu khuyết điểm của từng phương pháp và giới thiệu
phương pháp mới điều khiển động cơ không đồng bộ,là phương pháp dùng mô hình
nội (Internal Model Control IMC).
Chương 2 : Tiến hành mô hình hóa động cơ không đồng bộ 3 pha trong hệ
tọa độ stator,hệ tọa độ từ thông rotor.Giới thiệu lý thuyết mô hình nội cho đối tượng
tuyến tính.Xây dựng mô hình bộ điều khiển động cơ không đồng bộ dùng mô hình
nội.Tiến hành mô phỏng trên Matlab/Simulink từ đó đánh giá kết quả đáp ứng của
bộ điều khiển.
Chương 3 : Tìm hiểu DSP TMS320LF2407A.Tìm hiểu thiết kế và thi công
bộ nghòch lưu ba pha nguồn áp dùng để điều khiển động cơ không đồng bộ 3
pha.Thiết kế và thi công các khối mạch hỗ trợ để giao tiếp với KIT DSP
TMS320LF2407A. Lập trình điều khiển động cơ.Lập trình máy tính cho phép điều
khiển động cơ và giám sát đáp ứng tốc độ từ máy tính.
Chương 4 : Đưa ra mô hình thực nghiệm,đánh giá kết quả đáp ứng,hướng
phát triển và ứng dụng.

xi

www.clbrobot.com

www.robotgiaoduc.com

Chương 1 : Giới thiệu ĐCKĐB 3 pha và các phương pháp điều khiển

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA VÀ
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA

1.1.Giới thiệu động cơ không đồng bộ 3 pha
1.1.1.Tổng quan ứng dụng của động cơ không đồng bộ 3 pha

Hình 1.1. Động cơ khơng đồng bộ 3 pha
Động cơ không đồng bộ 3 pha được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lónh
vực,trong công nghiệp,nông nghiệp và đời sống.
Trong công nghiệp,động cơ không đồng bộ thường được dùng làm nguồn
động lực trong máy cán thép công suất vừa và nhỏ,máy công cụ trong các nhà máy
công nghiệp nhẹ….
Trong nông nghiệp,được dùng làm máy bơm hay máy thu hoạch hay chế
biến nông sản….
Trong đời sống hàng ngày,được sử dụng rộng rãi như quạt máy,bơm nước….

1

www.clbrobot.com

www.robotgiaoduc.com

Chương 1 : Giới thiệu ĐCKĐB 3 pha và các phương pháp điều khiển
Ưu điểm nổi bật nhất của động cơ không đồng bộ là có thể sử dụng trực tiếp
điện lưới,cấu tạo đơn giản chắc chắn,làm việc hiệu suất cao và làm việc tốt trong
những điều kiện bụi bẩn,ẩm ướt,khó bảo dưỡng.
Tuy nhiên trong hầu hết các ứng dụng,động cơ không đồng bộ thường hoạt
động ở tốc độ đònh mức và không yêu cầu điều khiển vòng kín.Nên động cơ thường
được gắn trực tiếp lên điện lưới,không cần qua thiết bò biết đổi công suất.
Ngày nay rất nhiều ứng dụng của động cơ không đồng bộ đòi hỏi độ chính
xác trong điều khiển rất cao.Ví dụ như điều khiển băng tải,hệ thống gia công cơ
khí….yêu cầu điều khiển chính xác vận tốc cũng như vò trí.Với những ứng dụng yêu
cầu thay đổi tốc độ,điều khiển vòng kín thì phải dùng đến các thiết bò biến đổi công
suất cùng với đó là bộ xử lý,tính toán đủ nhanh và mạnh mới có thể giải quyết được
bài toán điều khiển chính xác động cơ không đồng bộ.Với sự phát triển của kỹ thuật
vi xử lý đặc biệt là bộ xử lý số tín hiệu (Digital Signal Processing DSP) tạo điều
kiện giải quyết khó khăn trong việc tính toán,điều khiển động cơ với độ chính xác
điều khiển cao.
1.1.2.Các phương trình cơ bản mô tả ĐCKĐB 3 pha
Cuộn dây
pha B

usb

isb

ω
rotor
stator
ira

Trục chuẩn

irb
isa
irc

usa

usc

Cuộn dây
pha A

isc

Cuộn dây
pha C

stator

Hình 1.2.Mô hình đơn giản động cơ không đồng bộ 3 pha
2

www.clbrobot.com

www.robotgiaoduc.com

Chương 1 : Giới thiệu ĐCKĐB 3 pha và các phương pháp điều khiển
is

Rs

Lσr

Lσs
im

vs

Lm

ir

Rr
s

Hình 1.3.Mạch tương đương động cơ KĐB 3 pha
Để xây dựng và mô tả động cơ không đồng bộ 3 pha,ta thống nhất một số quy
ước về ký hiệu cho các đại lượng và thông số động cơ như sau :
Trục chuẩn của mọi quan sát được qui ước là trục của cuộn dây pha A như hình
2.1. Mọi công thức được xây dựng sau này đều tuân theo qui ước này. Sau đây là
một số các qui ước cho các ký hiệu:
Hình thức và vò trí các chỉ số:
• Chỉ số nhỏ góc phải trên:
s

đại lượng quan sát trên hệ qui chiếu stator (hệ tọa độ αβ).

f

đại lượng quan sát trên hệ qui chiếu từ thông rotor
(hệ tọa độ dq).

r

đại lượng quan sát trên hệ tọa độ rotor với trục thực là trục của
rotor (hình 1.6).

• Chỉ số nhỏ góc phải dưới:
o Chữ cái đầu tiên:
s

đại lượng của mạch stator.

r

đại lượng của mạch rotor.

o Chữ cái thứ hai:
d, q

phần tử thuộc hệ tọa độ dq.

α, β

phần tử thuộc hệ tọa độ αβ.

a, b, c

đại lượng ba pha thuộc các pha A, B, C.

• Hình mũi tên (→) trên đầu: ký hiệu vector (2 chiều).
• Độ lớn (modul) của đại lượng: ký hiệu giữa hai dấu gạch đứng (| |).
Các đại lượng của ĐCKĐB ba pha:

3

www.clbrobot.com

www.robotgiaoduc.com

Chương 1 : Giới thiệu ĐCKĐB 3 pha và các phương pháp điều khiển
u

điện áp (V).

i

dòng điện (A).

Ψ

từ thông (Wb).

Me

momen điện từ (N.m).

MT

momen tải (momen cản) (hay còn ký hiệu là TL) (Nm).

ω

tốc độ góc của rotor so với stator (rad/s).

ωs

tốc độ góc của từ thông rotor so với stator (ωs = ω + ωr) (rad/s).

ωr

tốc độ góc của từ thông rotor so với rotor (tốc độ trượt) (rad/s).

Các thông số của ĐCKĐB ba pha:
Rs

điện trở cuộn dây pha của stator (Ω).

Rr

điện trở rotor đã qui đổi về stator (Ω).

Lm

hỗ cảm giữa stator và rotor (H).

Lσs

điện kháng tản của cuộn dây stator (H).

Lσr

điện kháng tản của cuộn dây rotor đã qui đổi về stator (H).

p

số đôi cực của động cơ.

J

momen quán tính cơ (Kg.m2).

Các thông số đònh nghóa thêm:
Ls = Lm + Lσs

điện cảm stator.

Lr = Lm + Lσr

điện cảm rotor.

Ts =

Ls
Rs

hằng số thời gian stator.

Tr =

Lr
Rr

hằng số thời gian rotor.

σ=1–

L2m
Ls L r

hệ số từ tản tổng.

Tsamp chu kỳ lấy mẫu.

4

www.clbrobot.com

www.robotgiaoduc.com

Chương 1 : Giới thiệu ĐCKĐB 3 pha và các phương pháp điều khiển
Để xây dựng phương trình cho động cơ, giả đònh lý tưởng hóa kết cấu dây
quấn và mạch từ với các giả thuyết sau:
• Các cuộn dây stator được bố trí đối xứng trong không gian.
• Bỏ qua các tổn hao sắt từ và sự bảo hòa của mạch từ.
• Dòng từ hóa,từ trường phân bố hình sin trong khe hở không khí.

• Các giá trò điện trở và điện kháng xem như không đổi
Phương trình điện áp trên 3 cuộn dây stator:
usa(t) = Rsisa(t) +

dΨsa ( t )
dt

(1.1a)

usb(t) = Rsisb(t) +

dΨsb ( t )
dt

(1.1b)

usc(t) = Rsisc(t) +

dΨsc ( t )
dt

(1.1c)

Biểu diễn điện áp theo dạng vector:

[

0
0
r

2
u ss ( t ) = u sa ( t ) + u sb ( t )e j120 + u sc ( t )e j240
3

]

(1.2)

Thay các phương trình điện áp pha (1.1a),(1.1b),(1.1c) vào (1.2), ta được:
r
rs
dψ ss ( t )
rs
u s (t) = Rs. is ( t ) +
dt

(1.3)

Trong đó, tương tự như đối với điện áp:

[

rs
0
0
2
is ( t ) = i sa ( t ) + i sb ( t )e j120 + i sc ( t )e j240
3

[

]

0
0
r
2
ψ ss ( t ) = Ψsa ( t ) + Ψsb ( t ).e j120 + Ψsc ( t ).e j240
3

(1.4)

]

(1.5)

Tương tự, ta có phương trình điện áp của mạch stotor. Khi quan sát trên hệ qui chiếu
rotor (rotor ngắn mạch):
r
rr
r
dψ rr ( t )
rr
u r (t) = 0 = Rr. ir ( t ) +
dt

(1.6)

Các vector từ thông stator và rotor quan hệ với các dòng stator và rotor:
r

r
r
ψ s = L s is + L m ir

(1.7a)
5

www.clbrobot.com

www.robotgiaoduc.com

Điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha dùng phương pháp mô hình nội

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về