Tài liệu giáo trình truyền động điện , chương 7 pdf

Chương 7
Các phương pháp điều khiển động cơ xoay
chiều hiện đại
7.1 Cơ sở điều khiển động cơ xoay chiều hiện đại
7.2 Véctơ không gian
7.3 Hệ tọa độ trường và chuyển đổi giữa các hệ tọa độ
7.4 Điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập
7.5 Mô hình động cơ KĐB ở hệ tọa độ trường
7.6 Mô hình động cơ Đồng bộ ở hệ tọa độ trường
Chương 7
Các phương pháp điều khiển động cơ xoay
chiều hiện đại
7.7 Một số vấn đề khi xây dựng cấu trúc hệ thống
điều khiển vectơ hay tựa theo từ trường
7.8 Phương pháp điều chế vectơ không gian
7.9 Chọn lựa bộ biến tần
7.10 Cài đặt hệ thống truyền động biến tần - động cơ
7.1 Cơ sở điều khiển động cơ xoay
chiều hiện đại
• Lý thuyết điều khiển động cơ một chiều
• Lý thuyết về vectơ không gian (space vector)
• Lý thuyết về chuyển đổi tọa độ (coordinates
transformation). → Phương pháp điều khiển hướng
trường (tựa theo từ trường – Field Oriented Control
– FOC, điều khiển vectơ (vector control). Tg:
Hasse, Blaschke,…
• Mục tiêu phân tách (decoupling) và tuyến tính hóa
(linearization ) hệ phương trình mô tả động cơ. →
Phương pháp điều khiển phi tuyến hiện đại
(modern nonlinear control ). Tg: A. Isdori,
H.Nijmeijer, Van de Schaft,...

7.1 Cơ sở điều khiển động cơ xoay
chiều hiện đại
• Lý thuyết chuyển đổi phi tuyến các biến trạng
thái động cơ (nonliear transformation of the
motor ) → Phương pháp điều khiển tuyến
tính hóa phản hồi (feedback linearization
control, FLC) hoặc phương pháp phân tách
đầu vào và đầu ra (Input-Output decoupling).
→ Mô hình đa vô hướng động cơ KĐB
(multiscalar model of the IM). Tg: Mario,
Krzeminski,…
Phân loại các phương pháp điều khiển hiện đại
7.1 Cơ sở điều khiển động cơ xoay
chiều hiện đại
• Phương pháp điều khiển dựa trên tính thụ
động (Passivity-based control). Tg: R.
Ortega, A. Loria,…
• Phương pháp điều khiển trực tiếp momen
(Direct Torque Control DTC). Tg:
Depenbrock, Takahashi, Nogouchi,…
So sánh chất lượng một số hệ TĐĐ
7.2 Véctơ không gian
• G/s 3 pha đối xứng:
i
a
(t) + i
b
(t) + i
c
(t) = 0

với i
a
(t) = |i
s
| cos(ω
s
t)
i
b
(t) = |i
s
| cos(ω
s
t+120
o
)
i
c
(t) = |i
s
| cos(ω
s
t+240
o
)
• Xây dựng vectơ không gian:
a
b
c
R

e
I
m
α
β
γ
=






++=
j
s
j240
c
j120
ba
s
e|i|(t)ei(t)ei(t)i
3
2
)t(i
00
7.2 Véctơ không gian
7.2 Véctơ không gian
7.2 Véctơ không gian
θ=60

o
θ
7.3 Các hệ tọa độ trường (từ thông) và
chuyển đổi giữa các hệ tọa độ
a) Hệ tọa độ cố định stato αβ:
Nếu ta gọi trục thực là trục α (trùng với trục
pha a) và trục ảo là trục β (vuông góc ta sẽ
có một hệ trục toạ độ được gọi là hệ trục tọa
độ cố định stato. Vectơ không gian i
s
(t) biểu
diễn ở hệ toạ độ αβ như sau:
βα
+=
ss
s
s
jiii
7.3 Các hệ tọa độ trường và chuyển
đổi giữa các hệ tọa độ
a) Hệ tọa độ cố định stato αβ:
a
b
c
R
e
I
m
α
β

α
β
I
s
I
sα
I
sβ
I
s
7.3 Các hệ tọa độ trường và chuyển
đổi giữa các hệ tọa độ
a) Hệ tọa độ cố định stato αβ:
Chuyển đổi hệ abc ↔ αβ:
Tương tự với các đại lượng u, ψ,…
( )





+=
=
β
α
ba
a
i2i
3
1

i
ii
b) Hệ tọa độ từ thông roto dq:
7.3 Các hệ tọa độ trường và chuyển
đổi giữa các hệ tọa độ
b) Hệ tọa độ từ thông roto dq:
Nếu có một véctơ không gian i
s
(t) ta có thể
biểu diễn nó ở hệ tọa độ dq:
Tương tự cho các đại lượng khác.
sqsd
f
s
jiii +=
7.3 Các hệ tọa độ trường và chuyển
đổi giữa các hệ tọa độ
c) Chuyển đổi giữa αβ ↔ dq:
Tổng quát, giả sử có hai hệ trục tọa độ xy
và x*y* đặt trùng gốc nhưng lệch nhau một
góc là θ*. Giả sử có một vectơ V
bất kỳ, ta
có công thức chuyển đổi giữa hai hệ tọa độ
như sau:
**
j
xy*
j
*xy
eVVeVV

θ−θ
=↔=
7.3 Các hệ tọa độ trường và chuyển
đổi giữa các hệ tọa độ
c) Chuyển đổi giữa αβ ↔ dq:
Như vậy, nếu biết góc θ
s
-góc giữa vectơ từ
thông rôto ψ
r
và trục pha a- trục chuẩn ta có
thể chuyển đổi một đại lượng vectơ không
gian giữa hai hệ trục toạ độ αβ và dq như
sau:
ss
jf
s
s
s
js
s
f
s
eiieii
θ−θ
=↔=
7.3 Các hệ tọa độ trường và chuyển
đổi giữa các hệ tọa độ
c) Chuyển đổi giữa αβ ↔ dq:
Hay:

sd s s s s
sq s s s s
i i sin i cos
i i cos i sin
β α
β α
= θ + θ
= θ − θ
αβ → dq
dq → αβ
s sd s sq s
s sd s sq s
i i cos i sin
i i sin i cos
α
β
= θ − θ
= θ + θ
7.4 Điều khiển động cơ một chiều
kích từ độc lập
I
ư
I
kt
φ = c. I
kt
/(1+pT
kt
)
M = kφ. I

ư
7.5 Mô hình động cơ KĐB ở hệ tọa
độ trường
7.5.1 Hệ phương trình mô tả động cơ
Ở hệ tọa độ tự nhiên:









ψ
+=
ψ
+=
ψ
+=
dt
)t(d
)t(iR)t(u
dt
)t(d
)t(iR)t(u
dt
)t(d
)t(iR)t(u
sc

scssc
sb
sbssb
sa
sassa









ψ
+=
ψ
+=
ψ
+=
dt
)t(d
)t(iR
dt
)t(d
)t(iR
dt
)t(d
)t(iR
rc

rcr
rb
rbr
ra
rar
0
0
0
7.5 Mô hình động cơ KĐB ở hệ tọa độ
trường
7.5.1 Hệ phương trình mô tả động cơ
Ở dạng vectơ không gian:
dt
d
iRu
s
s
s
s
s
s
s
ψ
+=
dt
d
iR0
r
r
r

r
r
ψ
+=






++=
00
j240
c
j120
ba
s
(t)eu(t)eu(t)u)t(u
3
2
7.5.1 Hệ phương trình mô tả động cơ
• Phương trình từ thông:
Trong đó: L
s
= L
m
+L
σs
L
r

= L
m
+L
σr
T
s
= L
s
/R
s
T
r
= L
r
/R
r
σ = 1 – L
2
m
/(L
s
L
r
)





+=ψ

+=ψ
r
r
m
s
r
m
r
s
s
s
LiLi
LiLi
7.5.1 Hệ phương trình mô tả động cơ
• Phương trình momen:
• Phương trình chuyển động:
)i(p
2
3
)i(p
2
3
m
r
r
c
s
s
cM
×ψ−=×ψ=

dt
d
p
J
mm
c
TM
ω
+=
• Ở hệ toạ độ hướng trường rôto dq, áp dụng công thức
chuyển đổi tọa độ:
f
s
s
f
s
f
s
s
f
s
j
dt
d
iRu ψω+
ψ
+=
f
r
r

f
r
f
r
r
j
dt
d
iR0 ψω+
ψ
+=
7.5.1 Hệ phương trình mô tả động cơ
• Ở hệ toạ độ cố định stato αβ, hệ tọa độ
đứng yên:
s
s s
s
s
s s
s
s s
r
r
r
r
d
u R i
dt
d
0 R i j

dt
ψ
= +
ψ
= + − ωψ