Điều khiển động cơ không đồng bộ dùng phương pháp phản hồi trạng thái

1
B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O
Đ I H C ĐÀ N NG

ƠNG HỒNG NG C HƯNG

2
Cơng trình đư c hoàn thành t i
Đ I H C ĐÀ N NG

Ngư i hư ng d n khoa h c : TS. Tr n Đình Khơi
Qu c

ĐI U KHI N Đ NG CƠ
KHÔNG Đ NG B

DÙNG PHƯƠNG PHÁP

PH N H I TR NG THÁI

Chun ngành: T đ ng hóa
Mã s : 60.52.60

Ph n bi n 1 : PGS. TS. Bùi Qu c Khánh
Ph n bi n 2 : TS. Phan Văn Hi n

Lu n văn s ñư c b o v t i H i ñ ng ch m
Lu n văn t t nghi p th c sĩ k thu t t i Đ i h c Đà
N ng vào ngày 07 tháng 05 năm 2011.

TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T

Đà N ng – Năm 2011

Có th tìm hi u lu n văn t i :
- Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng.
- Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng


3
M

4

Đ U

Ph m vi nghiên c u: Đi u khi n ĐCKĐB rotor l ng sóc theo

1. Lý do chon ñ tài

phương pháp ph n h i tr ng thái.

Ngày nay trong các h truy n ñ ng c a các dây truy n s n xu t

4. Phương pháp nghiên c u

hi n ñ i, ĐCKĐB rotor l ng sóc đang đư c s d ng r ng rãi b i có

Phư ng pháp nghiên c u lý thuy t: Nghiên c u các v n ñ v

nhi u ưu ñi m như: C u t o ñơn gi n, d ch t o, giá thành r , v n

phương pháp ph n h i tr ng thái, các mơ hình ĐCKĐB rotor l ng

hành tin c y và an toàn. V i s phát tri n c a lý thuy t đi u khi n và

sóc, T ng h p b ñi u khi n PHTT theo phương án đã ch n.

các ngành có liên quan làm cho ĐCKĐB rotor l ng sóc đang chi m

Phương pháp th c nghi m: S d ng cơng c tính tốn trong ph n

d n ưu th trong các h truy n ñ ng.

m m Matlab, t o d li u mô ph ng, mô ph ng ki m ch ng thu t tốn

Trong q trình đi u khi n ĐCKĐB rotor l ng sóc. Đ đ ng cơ
làm vi c đư c chính xác và n đ nh thì có nhi u phương pháp khác

và ñánh giá k t qu .
5. Ý nghĩa khoa h c th c ti n c a đ tài

nhau, m i phương pháp có nh ng ưu ñi m và như c ñi m, nhưng

Đ tài đư c nghiên c u thành cơng s góp ph n ki m ch ng và

m c đích chung là phương pháp ph i ñơn gi n, n ñ nh, chính xác,

phát tri n phương pháp đi u khi n b ng PHTT, m t phương pháp

chi phí th p....và có hi u qu cao.

đi u khi n linh ho t, tồn di n trong khơng gian tr ng thái vào ñ i

Phương pháp ph n h i tr ng thái s d ng các tín hi u ph n h i ñ

tư ng ñi u khi n ñang s d ng r ng rãi hi n này là ĐCKĐB rotor

đi u khi n ĐCKĐB rotor l ng sóc làm vi c theo ñúng yêu c u ñ t ra,

l ng sóc. Đây s là cơ s đ xây d ng các h th ng ñi u khi n có

đáp ng nhanh đư c các tín hi u đ u vào, lo i b ñư c các nhi u

ch t lư ng cao v đ chính xác, n đ nh và th a mãn ñ i v i các h

lo n trong h th ng, ít nh y v i thay đ i các l i v kích c . Vi c

th ng truy n đ ng có u c u nghiêm ng t v m t ñ ng h c

chuy n ñ i ñi u khi n hi u qu và linh h at b ng cách bi n ñ i
nhi u lo n t các bi n đ i bên ngồi. Vì v y tơi đã ch n Đ tài “Đi u

6. C u trúc lu n văn
M đ u
Chương 1: T ng quan v khơng gian tr ng thái

khi n đ ng cơ khơng đ ng b b ng phương pháp ph n h i tr ng

Chương 2: Phương pháp ph n h i tr ng thái

thái” đ làm đ tài nghiên c u.

Chương 3: Mơ hình hóa đ ng cơ khơng đ ng b rotor l ng sóc

2. M c đích nghiên c u

Chương 4: Thi t k b ñi u khi n ph n h i tr ng thái ñi u khi n

khuy ch ñ i ñi u khi n, Máy móc ñư c ñi u khi n chính xác dư i

M c tiêu nghiên c u c a ñ tài là Thi t k b ñi u khi n ph n h i
tr ng thái ñi u khi n ĐCKĐB rotor l ng sóc

h tuy n tính, h phi

đ ng cơ khơng đ ng b 3 pha
K t lu n

tuy n. Xây d ng mơ hình và mơ ph ng k t qu trên Matlab-Simulink

Chương 1 T NG QUAN V KHÔNG GIAN TR NG THÁI

3. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u

1.1. Gi i thi u v không gian tr ng thái

Đ i tư ng nghiên c u: ĐCKĐB rotor l ng sóc

1.2. Các bi n tr ng thái c a m t h th ng ñ ng

5

6

1.3. Phương trình tr ng thái c a h th ng

giá tr si, i = 1,2...,n, ñã ch n trư c t yêu c u ch t lư ng c n có c a

1.3.1. Mơ hình tr ng thái liên t c c a h th ng

h th ng th ng g m các bư c sau

1.4. Các tính ch t c a h th ng trên không gian tr ng thái

Bư c 1: Xác ñ nh ña th c ñ c trưng ∆(s) c a ma tr n A(k)
∆(s) = det(sI −A(k)) = sN + a1 sN-1 + a2 sN −2 + ...+ aN

1.4.1. Tính n đ nh

Bư c 2: Ch n các nghi m sk = ( s1, s2, ...sN ) mong mu n cho

1.3.2. Mơ hình tr ng thái gián ño n c a h th ng

(2 − 4)

1.4.2. Tính đi u khi n đư c

phương trình ñ c trưng c a h th ng. Ta s thi t k b đi u khi n

1.4.3. Tính quan sát ñư c

ph n h i âm tr ng thái K theo phương pháp Roppenecker ñ chuy n

1.5. K t lu n

các ñi m c c trên t i nh ng v trí m i
Bư c 3: Ki m tra l i các thơng s xem K có t ng h p ñư c, ma tr n

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP PH N H I TR NG THÁI

h kín A(k) - B(k).K

2.1. Gi i thi u v phương pháp ph n h i tr ng thái
2.2. Phương pháp ph n h i tr ng thái

Phương pháp Roppenecker tìm ma tr n K

2.2.1. Đ t v n ñ

Nhi m v ñ t ra là ph i tìm b đi u khi n ph n h i tr ng thái K sao

cho h kín x(k + 1) = ( A(k ) − B(k ).K ).x(k ) + B(k ).w(k ) nh n nh ng giá

2.2.2. Phương pháp ph n h i tr ng thái cho h tuy n tính

tr si, i=1,..,n cho trư c làm đi m c c. Trích lu n văn (tr.19,20) ta tìm

T h phương trình (2− 1)
 x(k ) = A(k ) x(k ) + B(k )u ( k )


 y ( k ) = C ( k ) x ( k ) + D ( k )u ( k )

ñư c b ñi u khi n ph n h i tr ng thái K

K = −(t1 t2 ... tN )(a1 a2 ... aN )

−1

2.2.3. Phương pháp ph n h i tr ng thái cho h phi tuy n

Ta có c u trúc ph n h i tr ng thái (Hình 2.2)

Xét phương trình tr ng thái h phi tuy n có m tín hi u vào, m tín hi u

Dk

wk uk

xk+1
Bk

Z-1

xk

Ck

yk

K

Hình 2.3. Mơ hình đi u khi n PHTT

ra, n bi n tr ng thái (n ≥ m) có d ng
m
 dx
(2 − 8a)
 = f ( x) + H ( x)u = f ( x) + hi (x)ui
 dt
i =1
(2 − 8b)

y = g(x)

Trong đó
 x1 
 u1 
 g1(x) 
 
 


x =  M  ; u =  M  ; g(x) =  M  ; H (x) = (h1( x), h2 ( x),...,hm ( x))
x 
u 
 g (x) 
 n
 m
 m 

∑

Ak

V i u (k ) = w(k ) − Kx (k )

(2− 7)

(2 − 2)

ñây w(k)= 0 Thay (2 − 2 ) vào h phương trình (2 − 1) ta ñư c
 x(k + 1) = ( A(k ) − B (k ).K ).x(k ) + B (k ).w(k )
(2 − 3)

 y = (C (k ) − D (k ).K ).x( k ) + D(k ).w(k )
Nhi m v là ph i thi t k K sao cho ma tr n [A(k)− B(k)K] nh n n

Thi t k b ñi u khi n PHTT cho h phi tuy n (2−8) là ta tìm cách
đ i h tr c t a ñ z = m(x) ñ chuy n h phương trình phi tuy n sang


7

8

d ng h phương trình tuy n tính phương pháp TTHCX.
Phương pháp Tuy n Tính Hóa Chính Xác.
Trích t lu n văn (tr.21-24) ta có các bư c sau
Bư c 1: Xác ñ nh vector b c tương ñ i (r1,r2,…,rm) c a ñ i tư ng

LhiLkf g j (x) = 0 khi k ≤ rj - 2 v i m i i, j = 1,2, ... , m.
Bư c 2: Ki m tra ñi u ki n r = r1+r2, +…+rm = n và Ma tr n L(x)

u = a(x) + L−1( x)w
(2 −12)
V i:
 Lh Lrf1 −1g1(x) L Lh Lrf1 −1g1(x) 
 Lrf1 −1g1(x)
m
 1



 ; a(x) = −L−1(x) M  (2 −13)
L(x) = 
M
O
M
 rm −1
 rm
 Lh Lf gm (x) L Lh Lrfm −1gm (x)

 Lf gm(x) 

m
 1




Ta xây d ng đư c mơ hình tuy n tính hóa chính xác

khơng suy bi n v i
 Lh Lrf1 −1g1 (x) Lh Lrf1 −1g1( x)
2
 1
 Lh1 Lrf2 −1g2 ( x) Lh2 Lrf2 −1g2 ( x)
L( x) = 
M
M

rm −1
rm −1
 Lh L f gm ( x) Lh L f gm ( x)
2
 1

L Lhm Lrf1 −1g1( x) 

L Lhm Lrf2 −1g2 (x) 

O
M

L Lhm Lrfm −1gm ( x) 


(2− 9)

Bư c 3: Th c hi n phép ñ i h tr c t a ñ ta s ñưa h phi tuy n

(2–8) tr thành h tuy n tính MIMO như sau

 dz
 = Az + Bw
 dt
 y = Cw

Trong đó
T
 b1 Θ L Θ 
 c1 Θ
 A1 Θ L Θ 





T
 Θ c2
 Θ A2 L Θ  ; B =  Θ b2 L Θ  ;
A=
 M M O M  C =
M M O M 
M M




Θ Θ L b 
Θ Θ L A 

Θ Θ
M
M




.

(2 −11a)
(2 −11b)
L Θ

L Θ

O M
T
L cm 


V i: Θ là ma tr n g m toàn các ph n t 0,
 0 Θ L 0
 0


 
M M O M
0

thu c ki u rk×rk ; bk =   thu c ki u rk×1

A=
M 
0 0 L 1


 
 0 0 L 0
1 


 
T
ck = (1 0 L 0) thu c ki u 1×rk,

Bư c 4: Tìm b đi u khi n PHTT cho ñ i tư ng (2 - 8) ñư c t o ra
b i phép bi n ñ i tr c sau

Hình 2.4. Đi u khi n tuy n tính hóa chính xác quan h vào-ra
h phi tuy n MIMO.
Khi đã đư c tuy n tính hóa chính xác, h kín (tuy n tính) v i mơ
hình tr ng thái (2 −11) s có ma tr n truy n đ t:
1

 r1 L 0 
s

Y (s) =  M O M W (s)
(2 −14)
0 L 1 


srm 


B ñi u khi n (2 −12) và phép ñ i bi n tr c t a đ khơng nh ng đã
tuy n tính hóa đư c đ i tư ng mà cịn tách đư c nó thành m kênh
riêng bi t.
2.3. D ñoán tr ng thái c a h th ng
H th ng đư c mơ t b ng h phương trình (2 −1) sau ñây:
 x(k ) = A(k ) x(k ) + B(k )u(k )

 y(k ) = C(k ) x(k ) + D(k )u(k )
Trích t lu n văn (tr.24-26). Ý tư ng chính c a phương pháp thi t
k b quan sát tr ng thái Luenberger là s d ng khâu như (Hình 2.5)
có h phương trình


9

10

q(k +1) = A(k )q(k ) + B(k )u(k ) + L[ y(k ) − y1(k ) − D(k )u(k )]

y(k ) = C(k )q(k )

u(k)

 x ( k + 1 ) = A ( k ) x ( k ) + B ( k )u ( k )

 y ( k ) = C ( k ) x ( k ) + D ( k )u ( k )

(2 −15)
y(k)

2.4. K t lu n
Phương pháp PHTT là dùng các bi n tr ng thái ño ñư c
v i các tín hi u đo đư c

đ u ra

đ u vào đ l y tín hi u thơng qua b quan

sát tr ng thái. Nh ng tr ng thái quan sát đư c đó chính là nh ng
tr ng thái đi u khi n n ñ nh c a h th ng qua m t ma tr n ñi u

q(k)

q( k + 1 )

khi n.

= A( k ) q ( k ) + B ( k )u ( k )
+ L [ y ( k ) − y 1 ( k )]

V i mơ hình tuy n tính ta dùng phương pháp gán đi m c c đ tìm

Hình 2.5. Mơ hình quan sát tr ng thái h th ng
Đ có ñư c s x p xĩ q(k)≈ x(k) ít nh y là sau m t kho ng th i gian
T ñ ng n nói cách khác là có ñư c x(t ) − d (t) ∞ ≈ 0 khi t ≥ T
Nhi m v thi t k là xác ñ nh L trong (2 – 15) là tìm LT đ phương
trình (A(k)-C(k)L)T = AT-CTLT nh n các giá tr s1,s2,…sn làm giá tr

riêng g m các bư c sau:
Bư c 1: Ch n trư c n giá tr s1 s2,…,sn có giá tr n m trong đư ng
trịn < 1 ng v i th i gian T mong mu n ñ quan sát tín hi u vào
Bư c 2: S d ng phương pháp đã bi t Roppenecker đ tìm b ñi u
khi n LT ph n h i tr ng thái gán ñi m c c s1,s2,…,sn cho ñ i tư ng
(2−16)
x(k +1) = AT (k ) x(k ) + CT (k )u(k )
B quan sát tr ng thái thư ng ñư c s d ng kèm v i b ñi u khi n
ph n h i tr ng thái (Hình 2.5)
u(k)

x(k)
A(k),B(k)

C(k)
q(k)
C(k)

A(k),B(k)

y(k)

y1(k)

b ph n h i tr ng thái, v i mơ hình phi tuy n ta dùng phương pháp
tuy n tính hóa chính xác đ tìm b ph n h i tr ng thái
Chương 3 MƠ T TỐN H C Đ NG CƠ KHÔNG Đ NG B
3.1. Gi i thi u
3.2. Quan h ñi n t trong ñ ng cơ khơng đ ng b 3 pha
3.3. Mơ hình tr ng thái liên t c trên h tr c t a đ dq

T các phương trình (3-1),(3-2),(3-3), (Trích t lu n văn tr.28-3) ta
thu đư c h phương trình m i
 disd  1 1−σ 
1−σ  ,/ 1−σ  ,/  1 
= − +

 σT T isd +ωsisq +  σT ψrd +  σ ωψrq +  σL usd



 


r 
 r 
 s
 s
 dt
 disd
 1 1−σ  1−σ  ,/ 1−σ  ,/  1 
= −ωsisd −  +



 σT T isq −  σ ωψrd +  σT ψrq +  σL usq
 
 
 dt

r 

 r 
 s
 s
 /
dψ rd = 1 i − 1 ψ ,/ + (ω −ω)ψ /
sd
rd
s
rq
 dt
Tr
Tr
 /
,
 dψ rq = 1 i − (ω −ω)ψ / − 1 ψ /
sq
s
rd
rq
 dt
Tr
Tr


Trong đó: ψ 'rd =

σ = 1−

L
K

Hình 2.6. Mơ hình quan sát tr ng thái

ψ rq
ψ rd
;ψ 'rq =
Lm2
Lm

Ts =

Lm
Ls Lr

Ls
L
; Tr = r
Rs
Rr

H s t t n toàn ph n.
H ng s th i gian stator, rotor.

(3−11)


11

12

3 L2
3
mM = z p m ψ 'rd isq = z p (1 − σ )Lsψ 'rd isq
2 Lr
2
Đ t các vector:
'
'
x = isd ; isq; ψ rd ; ψ rq Vector tr ng thái.

(

(
y = (i

u = usd ; usq
sd ; isq

)

(3−12)

)

)

Vector đ u vào

T h phương trình (3−11) vi t dư i d ng mơ hình tr ng thái



A= 







H phương trình

(3 −13a)
(3 −13b)
1−σ
σTr

ωs

−ωs

 1 1−σ 

− +
σT T 
r 
 s

1
Tr

0

0

1
Tr

1 0 0 0
C =
 0 1 0 0




1−σ



ω

 1



 σLs
1−σ
1−σ 
−
ω


σ
σTr  ; B =  0

1
0
−
−(ωs −ω)

Tr

0
1 
−(ωs −ω)
−

Tr 
σ



1 
σLs 

0 

0 
0

 0 0

D=
 0 0




Mơ hình tr ng thái liên t c c a ĐCKĐB trên h t a đ dq như
(Hình 3.3.)
dx
dt

u
B

D
∫

x

T k t qu m c (1.3.2) ta có đư c h PTTT gián ño n
(3 −14a)
x(k + 1) = A(k )x(k ) + B(k )u(k )

(3 − 14b)
 y(k ) = C(k )x(k ) + D(k )u(k )
Theo trích d n lu n văn (tr.34-36) ta có các bi n ñ u vào usd, usq và
ωs là h ng s trong ph m vi chu kỳ trích m u T.

Vector ñ u ra

 dx
 = Ax + Bu
 dt
 y = Cx + Du

  1 1−σ 
− +

 σTs Tr 



3.4. Mơ hình tr ng thái gián đo n trên h tr c t a đ dq

y
C

A
Hình 3.3. Mơ hình tr ng thái liên t c c a ĐCKĐB trên h
t a ñ dq

tr ng thái gián ño n như sau

 disd  T  1 1 −σ 
1− σ T  ,/ 1 −σ  ,/  T 
isd + ωTisq + 
= 1 −  +

 σ T ψrd +  σ ωT ψrq +  ωL usd









 dt  σ  Ts Tr 
r

 s
di
, 




 , 
 sd = −ωsTisd + 1− T  1 + 1− σ isq − 1− σ ωT ψ rd/ + 1− σ T ψrq/ +  T usq


 σ T

 ωL 
 σ T
 dt
 σ

r


 s Tr 
 s


/
,
 T /
T
 dψ rd
/


 dt = T isd + 1 − T ψrd + (ωs − ω)Tψ rq
r
r

 /
,
 T /
T
dψ rq
/
(3 −18)
 dt = T isq + (ωs − ω)Tψrd + 1− T ψ rq


r
r



T phương trình tr ng thái (3−14) ta có các ma tr n
1−σ T
1−σ


ωT 
 T  1 1−σ  ωsT

1−  +
σ Tr
σ
 σ T T 

T  1 1−σ 
r 
 s

1−σ T 
 1−σ
1−  +
 −ω T

ωT
σ  Ts Tr  −


σ Tr 
A(k) =  s
σ

0
T
(ωs −ω)T 
T
1−
T

T
Tr
T 
 r
1−
Tr
0
− (ωs −ω)T
Tr 


 T 0 


 σLs T 
1 0 0 0
 0 0
σLs  C(k) = 
B( k ) =  0
 0 1 0 0 ; D(k ) =  0 0










0 
0
0
0 




13

14
Khi ñ ng cơ ch y v i Momen t i mC = 50, ta đo đư c

D(k)

u (k)
B(k)

-1

Z

x(k)

C(k)

y(k)

A(k)

Hình 3.4. Mơ hình tr ng thái gián đo n c a ĐCKĐB trên
h t a ñ dq.
3.5. Đ c ñi m phi tuy n c a mơ hình đ ng cơ KĐB
Đ ng cơ KĐB có ba đ c đi m phi tuy n đó là: C u trúc phi tuy n,
tham s phi tuy n và ñ c ñi m phi tuy n rác.
3.6. K t lu n
Mơ hình hố ñ i tư ng ñi u khi n (ĐCKĐB 3 pha) là ta ñi thi t l p
ta ñi thi t l p các phương trình tốn h c đ mô t các m i quan h
gi a các bi n tr ng thái và m i quan h vào ra c a đ i tư ng, vi c mơ
t ñư c th c hi n b ng cách phân tích ch c năng, phân tích v t lý và
phân tích tốn h c các phương trình c a đ ng cơ t đó ta l p đư c
các mơ hình tr ng thái liên t c c a đ ng cơ khơng đ ng b 3 pha đ
thu n l i cho vi c nh n d ng khi ta áp d ng vào h th ng MIMO,
m t khác ta đi thi t l p phương trình tr ng thái gián đo n c a đ ng cơ
khơng ñ ng b .
Chương 4 THI T K B
4.1. Gi i thi u

Ta tìm đư c các ma tr n
 0.2811 0.9425 0.3507

 − 0.9425 0.2811 −18.3403
A(k) = 
0.0174 0

0.9826

0
0.0174 − 0.0314

1 0 0 0
 0 0
 ; D(k ) = 
C(k ) = 
 0 1 0 0
 0 0





Thay các thơng s vào h
đ ng cơ

0.2811 0.9425


 x(k +1) =  − 0.9425 0.2811
0.0174 0




0
0.0174




1 0 0 0
0
y(k) = 
0 1 0 0x(k) + 0








18.3403

0.4986


0.3507 
0
 ; B(k) = 0
0.0314


0
0.9826 



(4 −1) ta đư

0


0.4986


0


0


c phương trình tr ng thái c a

0.3507 18.3403

0.4986


−18.3403 0.3507
0
x(k) + 0
0.9826 0.0314


0
− 0.0314 0.9826



0
u(k)
0


0


0.4986

u(k)
0


0

(4 − 3)

4.3.1 Xét các tính ch t c a h th ng trên khơng gian tr ng thái
Trích d n lu n văn tr.41,42) ta xét xem h th ng (4 − 3) có đi u
4.3.1.1.Tính đi u khi n ñư c
Rank(U) = 4
N = 4 là h ng c a ma tr n A(k).V y h

4.2. Thông s c a đ ng cơ khơng đ ng b 3 pha rotor l ng sóc
4.3. Thi t k b đi u khi n ph n h i tr ng thái ñi u khi n đ ng
d ng tuy n tính

Xét khi ω bi n ñ i bé quanh ñi m làm vi c.Trích d n lu n văn
(tr.39-41)

ω = 2*pi*ndm*Zp/60 =303.6873 rad/s

khi n và quan sát đư c đư c khơng.
PH N H I TR NG THÁI ĐI U

KHI N Đ NG CƠ KHƠNG Đ NG B

cơ khơng đ ng b 3 pha

T c ñ ωs = 2*pi*fn =314.1593 rad/s

(4 − 3)

trên đi u khi n đư c

4.3.1.2. Xét tính quan sát ñư c
Rank(V) = 4
N =4 là h ng c a ma tr n A(k).V y h

(4 − 3) trên quan sát ñư

c


15

16

4.3.2. Thi t k b ñi u khi n ph n h i tr ng thái theo phương pháp
gán ñi m c c
Theo trích d n lu n văn (tr.42-43) ta có mơ hình ph n h i tr ng thái
(Hình 4.1) và tìm đư c phương trình dư i ñây
x(k + 1) = ( A(k ) − B(k )K )x(k ) + B(k )w(k )

isd
isq

Dk
wk u(

xk+1

Bk

Z-1

yk

xk

Ck

Ak

Hình4.3.K t qu mơ ph ng dịng đi n isd,isq
4.3.3. Thi t k b quan sát tr ng thái

K

Theo trích d n lu n văn (tr.49,50) ta có phương trình quan sát tr ng

Hình 4.1. Mơ hình ph n h i tr ng thái lý tư ng
4.3.2.1. Tìm ma tr n ph n h i tr ng thái K
Theo

trích

d n

lu n

văn

(tr.43-48)

v i

các

đi m

c c

s1=0.67;s2=0.29;s3 = 0.068; s4 = -0.567 làm các giá tr riêng ñ h
th ng ñ t ñư c ch t lư ng mong mu n. ch n các vector tham s
 − 1
 − 4

 − 3
 − 6
t1 =   ; t1 =   ; t1 =   ; t1 =  
3 
2 
1 
4 
 
 
 
 
Ta tìm đư c
1.1871 − 2.6849 75.8475 − 116.0019
K == −
 − 0.5986 4.1207 83.2303 156.2936 



4.3.2.2.Thi t k trên ph n m m Matlab Simulink
Theo trích d n lu n văn (tr.48)
4.3.2.3.K t qu mô ph ng

thái
q(k + 1) = A(k )q(k ) + B(k )u(k ) + L[ y(k ) − y1(k ) − D(k )u(k )]
(4 − 4)

y(k ) = C(k )q(k )

4.3.3.1. Tìm ma tr n quan sát tr ng thái L
Bư c 1: Ch n trư c giá tr s1 = - 0.1 ; s2 = 0.1; s3 = - 0.2; s4 = 0.2

Tìm LT đ (A(k)-C(k)L)T = AT-CTLT nh n các ñi m c c làm giá tr
riêng
Bư c 2: S d ng phương pháp đã bi t Roppenecker đ tìm b ñi u
khi n LT ph n h i tr ng thái gán ñi m c c ñã ch n
Theo trích d n lu n văn (tr.50,52) ta tìm đư c ma tr n quan sát L
 6.2433 12.3186 


 − 3.4322 − 3.5969
L == 
0.2771 0.4964 


 0.3425 0.6867 


4.3.3.2. Thi t k quan tr ng thái sát trên ph n m m Matlab Simulink
Theo trích d n lu n văn (tr.53)


17
4.3.3.3. K t qu mô ph ng

18
4.3.5. K t qu mơ ph ng
K t qu mơ ph ng dịng đi n isd,isq

isd
isq

Hình 4.7. Các k t mơ ph ng quan sát isd,isq,ψ’rd, ψ’rq bám sát nhau
4.3.4. Thi t k b PHTT và quan sát tr ng thái trên ph n m m
Matlab Simulink

Hình 4.9. K t qu mơ
ph ng dịng ñi n isd,isq
4.3.6 Đánh giá k t qu

Hình 4.11. K t qu mô
ph ng quan sát isd,isq,ψ’rd,
ψ’rq bám sát nhau

4.3.6.1. K t qu ñ t ñư c
B ñi u khi n ph n h i tr ng thái K làm cho dịng đi n đ u ra isd
,isq khơng b dao ñ ng nhi u khi kh i ñ ng, và ñ t ch ñ xác l p
trong kho ng th i gian ng n
B quan sát tr ng thái v i ma tr n L làm cho tín hi u sai l ch c a
đ u ra dịng đi n bám sát nhau và cùng ñ t xác l p. Và d a vào đó ta
l y đư c các tr ng thái quan sát. các tín hi u quan sát isd, isq,ψ’rd, ψ’rq
c a b quan sát và các tín hi u isd,isq,ψ’rd, ψ’rq c n quan sát. K t qu
mơ ph ng trên (Hình 4.6, Hình 4.7) các tr ng thái bám sát nhau và
cùng ñ t ch ñ xác l p
Khi k t h p gi a b quan sát và b ph n h i tr ng thái thì ta th y
k t qu đ t đư c tín hi u đ u ra đúng theo u c u c a mơ hình tr ng

Hình 4.8. Mơ hình ph n h i tr ng thái có b quan sát trên Matlab
Simulink

thái lý tư ng

(Hình 4.3 và Hình 4.8)


19

20

4.3.6.2. Nh ng h n ch
Mơ hình ch s d ng cho h tuy n tính v i t c ñ ωs,ω là h ng s .
Nhưng th c t thì nh ng thơng s này thay đ i trong q trình đ ng
cơ làm vi c.
Đ gi i quy t bài toán này ta dùng phương pháp Tuy n tính hóa
chính xác cho mơ hình đ ng cơ KĐB ta tách mơ hình dịng đi n c a
đ ng cơ ñ th c hi n.
4.3. Thi t k b ñi u khi n ñ ng cơ không ñ ng b 3 pha

d ng

h phi tuy n

  1 1−σ 

1−σ 



 σT + T Ls x1 −  T Lsψ 'rd 


 s

r 
 r 
 σLs 0 − σLs x2  w1 
 u1  
    1 1−σ 

 
Ls x2 + (1 − σ )ωLsψ 'rd  +  0 σLs σLs x1  w2 
+
u =  u2  =  

 σT

Tr 
u   s
  0
0
1  w3 

 
 3


0




w



-1

L (x)

(4 − 20)

Đư c vi t g n l i a(x)
u = a( x) + L−1( x)w = −L−1( x) p( x) + L−1( x)w
Mơ hình tr ng thái m i ta thu ñư c bây gi (4 − 20) có th đư c s

4.3.1. Tuy n tính hóa chính xác mơ hình đ ng cơ KĐB
T hai phương trình đ u tiên c a h phương trình (3-7) phương

d ng cho vi c thi t k b ñi u khi n.

trình c a góc l ch t trư ng ϑs ta có ta có h :
 disd
 1 1− σ 
 1 − σ  ,/  1 − σ  ,/  1 





= −

 σT + T isd + ωsisq +  σT ψ rd +  σ ω ψ rq +  σL usd
dt



r 
 s
 r 
 s


 1 1−σ 
di
 sd
 1 − σ  ,/  1 − σ  ,/  1 





= −ωsisd − 

 σT + T isq −  σ ω ψ rd +  σT ψ rq +  σL usq
dt


r 
 r 
 s
 s

 dϑ
 s = ωs
 dt



(4 − 6)

Theo trích d n lu n văn (tr.57-59) ta tìm đư c h phương trình sau
•
x = f ( x) + h1u1 + h2u2 + h3u3
(4 − 9)

 y = g(x)

Trong đó
 x2 
 a
0
 − dx1 + cψ 'rd



 
 


f ( x) =  − dx2 − cTrωψ 'rd ; ; h1 =  0 ; ; h2 =  a ; h3 =  − x1 
1 
0
0


0

 
 




y1 = g1(x) = x1 ; y2 = g2(x) = x2; y3 = g3(x) = x3
Bây gi ta th c hi n tuy n tính hóa chính xác mơ hình dịng đi n c a
ñ ng cơ KĐB ñã vi t dư i d ng (4 − 9) . Theo trích d n lu n văn
(tr.59-63) ta tìm đư c b đi u khi n ph n h i tr ng thái

Hình 4.12. Sơ ñ c u trúc c a ñ i tư ng ĐCKĐB
Mơ hình tuy
1
0

s
1
Y ( x) =  0

s

0 0


sau khi th c hi n TTHCX.
n tính thu đư c sau khi ñã TTHCX như sau:

 disd
0

 dt = w1


0 W (s) , Hay có th vi t  disq = w


2
 dt
1
 dϑ s

s
 dt = w3


4.4.2. C u trúc ñi u khi n tách kênh tr c ti p
Sau khi đã th c hi n TTHCX thành cơng trong không gian tr ng
thái m i z, quan h tách kênh ñ u vào-ñ u ra ñã ñư c ñ m b o hoàn


21

22

toàn.Vi t riêng quan h vào/ra c a hai thành ph n dịng c a ĐC ta có
•
i sd = w1
(4 − 24)
•
i sq = w

2


Mơ hình (4 − 27) ñư c vi t l i dư i d ng mơ hình tr ng thái ph n
cơ như sau
•
x2 = A2 x2 + B2u2 + D2n2
(4 − 28)

 y2 = C2 x2


Ta tách mơ hình đ ng cơ thành 2 thành ph n: Thành ph n t o t

D a trên nh ng k t qu đó ta th y thay th b đi u ch nh dịng hai

thơng (dịng isd ), thành ph n t o mơmen (dịng isq ).

chi u trong sơ ñ c u trúc h truy n đ ng t a theo t thơng rotor kinh

4.4.2.1.Mơ hình con ph n đi n (t o t thơng)

đi n b ng m t khâu PHTT hay kh i chuy n tr c t a ñ và hai b ñi u

•
i sd = w1
(4 − 25)
•
1
1

ψ 'rd = isd − ψ 'rd
Tr
Tr

Đ t các bi n tr ng thái và các ma tr n
0 
0
i 
1 
x1=  sd  ; u1= (w1 ) ; y1= (isd ) ; A1=  1 − 1  ; B1=   ; C1= (1 0)
 0
ψ ' 


T
 
 rd 
Tr 
 r

Mơ hình (4 − 25) đư c vi t l i dư i d ng mơ hình tr ng thái ph n
đi n như sau:
•
x1 = A1x1 + B1u1
(4 − 26)

 y1 = C1x1

4.4.2.2. Mơ hình con ph n cơ (t o mơmen)
•

mM = kw2
 • zp
ω = (mM − mC )
J

Đ t các bi n tr ng thái và các ma tr n
m 
x2=  M  ; u2= (w2 ) ; y2= (mM ) ; n2 = (mC )
ω 
 
0 
 0 0

 zp
 ; B =  k  ; C = (1 0) ; D = 
  2
A2 =
2  zp 

0 2  0 
 
− 
J

 J

ch nh dòng riêng bi t cho hai thành ph n tr c d và q.

Hình 4.13. C u trúc đi u khi n tách kênh tr c ti p c a ñ ng cơ KĐB.
4.3.3. T ng h p các b ñi u khi n:

4.3.3.1. T ng h p b ñi u ch nh Risq và Rω:
Gi thi t ñi u ch nh t c ñ ñ ng cơ

(4 − 27)

m c dư i t c đ đ nh m c.

Khi nó gi ng như ñi u ch nh t c ñ ñ ng cơ ñi u 1 chi u, ta s theo
l ât t thong khơng đ i → nhánh t hóa ψrd có ∆ψrd =0
1 + Tσ s
1−σ

1

isq = −(Lmisd 0 )ωs − 

 σL ψ rd 0 ω + σL usq
s

 m
 Tσ

1

isd
ω =
Trψ rd 0


3 L

mM = z p m ψ rdisq
2 Lr



(4 − 29)


23

24

T ng h p m ch ñi u khi n g m khâu ñi u ch nh t c ñ và khâu
đi u ch nh dịng, coi khâu ngh ch lưu có qn tính r t nh Tnl=0.0017

4.4.5. K t qu mơ ph ng
Trích t lu n văn (tr.76-77) ta có k t qu

Theo trích d n lu n văn (tr.68-71) Ta tìm đư c b đi u khi n
dịng sau
1
s +1
s+D
D
Ri sq ==
=
Knl
Knl
2
Tnl .s 2

Tnl .s )
σ Ls D
σ Ls

Rω =

1 + 2(Tnl + 2TC )s
2
C8TC s

(4 − 31)

(4 − 36)

4.4.3.2. T ng h p b ñi u ch nh Risd:
Khi kh i ñ ng ta làm như máy ñi n 1 chi u sau khi n ñ nh vi c
c p ngu n phía kích t isd xong m i c p momen quay isq. Ta có th
b qua nh hư ng c a ph n ng trong q trình kh i đ ng lúc đó
m ch có d ng (Hình 4.16)
Theo trích d n lu n văn (tr.71-73) ta tìm đư c b đi u khi n
(1 + Tσ .s)
Risd =
(4 − 38)
Tσ
2Knl Tnl.s
σLs
4.4.4. Thi t k trên ph n m m Matlab Simulink

Hình 4.22. Mơ ph ng dịng đi n isd,isq
4.4.6 . Nh n xét

T k t qu mơ ph ng (Hình 4.24) ta th y mM = mC t i th i gian
đóng t i t=2s, và ñ t xác l p khi t>2.5s
T c đ đ ng cơ mơ ph ng (Hình 4.23) khi kh i đ ng thì tăng lên
r i quay v ñúng b ng giá tr ñ t. Khi ñóng t i thì t c đ gi m xu ng
r i tăng lên l i và đ t xác l p
Dịng đi n mơ ph ng (Hình 4.22) khi kh i đ ng thì isd, isq tăng lên.
dịng isd đ t giá tr xác l p. còng dòng isq = 0. Khi có t i thì dịng isq
tăng lên và đ t giá tr xác l p
4.5. Đánh giá k t qu
Dịng đi n isd , isq c hai mơ hình (Hình 4.25) và (Hình 4.26) q a
trình kh i đ ng và đóng t i vào dịng đi n thay ñ i. (Hình 4.25) ñ t
giá tr xác l p nhanh hơn nhưng giá tr xác l p c hai mơ hình đ u đ t
k t qu như nhau.
Trong q trình đi u khi n thì mơ hình ph n h i tr ng thái phi
tuy n ñư c thi t k v i các bi n tr ng thái tr c ti p và ñ u vào là giá

Hình 4.14. Sơ đ mơ ph ng ph n h i tr ng thái h phi tuy n

tr ñ t t c đ góc ωdm , t thơng ψ’rddm nên quan sát ñư c t c ñ n,
momen...và linh ho t hơn Mơ hình ph n h i tr ng thái tuy n tính và


25

26

đư c s d ng cho khơng cơ khơng đ ng b 3 pha

tr ng thái và xây d ng b ñi u khi n ph n h i tr ng thái cho h tuy n
tính.

-Nghiên c u v phương pháp tuy n tính hóa chính xác và xây
d ng b ñi u khi n ph n h i tr ng thái cho h phi tuy n
Các k t qu mô ph ng cho th y kh năng ng d ng t t b ñi u
khi n ph n h i tr ng thái cho đ ng cơ khơng đ ng b v i các k t qu
mô ph ng là dịng đi n đo gián ti p isd , isq ñã kh ng ñ nh ñúng các
gi i pháp ñã ñ xu t nghiên c u.
Dòng ñi n isd và isq ban ñ u dao ñ ng và ñ t giá tr xác l p g n

Hình 4.25. Mơ ph ng dịng
đi n isd,isq phi tuy n

Hình 4.26. K t qu mơ ph ng
dịng đi n isd,isq tuy n tính

Dịng đi n isd , isq c hai mơ hình (Hình 4.25) và (Hình 4.26) q
trình kh i đ ng và đóng t i vào dịng đi n thay đ i. (Hình 4.25) đ t
giá tr xác l p nhanh hơn nhưng giá tr xác l p c hai mô hình đ u đ t
k t qu như nhau.
Trong q trình đi u khi n thì mơ hình ph n h i tr ng thái phi
tuy n ñư c thi t k v i các bi n tr ng thái tr c ti p và ñ u vào là giá
tr đ t t c đ góc ωdm , t thơng ψ’rddm nên quan sát ñư c t c ñ n,

gi ng nhau
Mơ hình ph n h i tr ng thái tuy n tính đ t đư c xác l p nhanh
kho ng 0,5s nhanh hơn mơ hình ph n h i tr ng thái phi tuy n
Trong q trình đi u khi n thì mơ hình ph n h i tr ng thái phi
tuy n ñư c thi t k v i các bi n tr ng thái tr c ti p và d u vào là giá
tr ñ t t c đ góc ωdm , t thơng ψ’rddm nên quan sát ñư c t c ñ n,
momen...và linh ho t hơn Mơ hình ph n h i tr ng thái tuy n tính và
đư c s d ng cho khơng cơ khơng đ ng b 3 pha.

Lu n văn này ch m i hoàn thành: Ph n lý thuy t đưa ra phương

momen...và linh ho t hơn Mơ hình ph n h i tr ng thái tuy n tính và

pháp gi i quy t là ñi n áp, v n t c góc t trư ng đ u vào là usd , usq ,

ñư c s d ng cho khơng cơ khơng đ ng b 3 pha

ωs dịng đi n đ u, v n t c góc t c ñ ñ ng cơ ñ u ra là isd , isq, ω và

K T LU N VÀ KI N NGH

các bi n tr ng thái là isd isq , ψ’rd , ψ’rq, ωs. và dùng các bi n tr ng

Lu n văn đã gi i quy t thành cơng v n ñ ñi u khi n ph n h i
tr ng thái cho đ ng cơ khơng đ ng b trong đó có s d ng hai mơ
hình

d ng Tuy n tính và Tuy n tính hóa chính xác mơ hình

Lu n văn đã gi i quy t đư c các v n đ :
- Nghiên c u mơ hình tr ng thái c a đ ng cơ khơng đ ng b trên
h tr c t a ñ dq. Phân tích b n ch t phi tuy n c a ñ ng cơ.
- Nghiên c u v phương pháp ph n h i tr ng thái, b quan sát

thái ph n h i v ñ ñi u khi n ñ ng cơ. Ph n mô ph ng c a phương
pháp trên ph n m m Matlab-Simulink.
Vì đi u ki n th i gian, nên lu n văn ch m i d ng l i

m cñ

nghiên c u v lý thuy t và mô ph ng trên ph n m m MatlabSimulink chưa th c nghi m ñư c k t qu nghiên c u b ng mơ hình
th c. Đây cũng là v n ñ tác gi d ñ nh ti p t c phát tri n, nghiên
c u trong th i gian t i.