Điều Khiển Động Cơ Không Đồng Bộ 3 Pha Bằng Phương Pháp FOC Trên DSP TMS320F2812

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Tóm tắt

Abstract

Mục lục

Danh sách các chữ viết tắt

Danh sách các hình

Danh sách các bảng

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Định hướng của đề tài

1.2. Nhiệm vụ của luận văn

1.3. Kết quả mong muốn đạt được

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3. CHƯƠNG 3: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN

3.1. Tổng quan về động cơ KĐB 3 pha

3.2. Khe hở không khí

3.3. Nguyên lý hoạt động của động cơ KĐB 3 pha

3.4. Ứng dụng của động cơ KĐB và khả năng thay thế động cơ DC

3.5. Vector không gian của các đại lượng 3 pha

3.6. Hệ trục tọa độ tĩnh 

3.7. Đổi tọa độ từ u, v, w  

3.8. Đổi tọa độ từ   u, v, w

3.9. Hệ tọa độ quay dq

3.10. Đổi tọa độ từ   dq

3.11. Đởi tọa độ từ dq  

3.12. Mô hình của động cơ KĐB 3 pha

3.13. Hệ phương trình cơ bản của động cơ

3.14. Mô hình trạng thái của động cơ trên hệ tọa độ stator (hệ  )

3.15. Mô hình trạng thái của động cơ trên hệ tọa độ từ thông rotor (hệ dq)

3.16. Ưu điểm của việc mô tả động cơ KĐB 3 pha trên hệ tọa độ từ thông rotor

3.17. Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ KĐB

3.18. Điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực

3.19. Điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi điện áp stator

3.20. Điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn áp

3.21. Nguyên lý điều khiển từ thông không đổi

3.22. Trường hợp tốc độ động cơ thấp

3.23. Trường hợp tốc độ lớn hơn tốc độ định mức

3.24. Điều khiển vector

3.25. Phương pháp điều khiển trực tiếp moment – DTC

3.26. Phương pháp điều khiển định hướng tựa trường – FOC

3.27. Bộ nghịch lưu 3 pha và vector không gian

3.28. Bộ nghịch lưu 3 pha

3.29. Vector không gian

3.30. Cách điều chế vector không gian

3.31. Giản đồ đóng ngắt các khóa

4. CHƯƠNG 4: TỔNG QUAN VỀ DIGITAL SIGNAL PROCESSING

4.1. Giới thiệu DSP TMS320F2812

4.2. Các đặc tính kỹ thuật

4.3. Chức năng của các khối

4.4. Chức năng xuất nhập

4.5. Thanh ghi GPxMUX

4.6. Thanh ghi GPxDIR

4.7. Thanh ghi GPxDAT

4.8. Bộ quản lý sự kiện

4.9. Bộ định thời chung General Purpose Timer – GP Timer

4.10. Điều rộng xung TxPWM

4.11. Điều rộng xung PWM

4.12. Bộ đếm xung encoder – QEP

4.13. Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số - ADC

4.14. Bộ ngắt ngoại vi mở rộng – PIE

4.15. Chức năng các chân của chip F2812

4.16. Đặt tính kỹ thuật

4.17. Các Port trên Kit

4.18. Vị trí và chức năng các chân trên từng Port

4.19. Vị trí và chức năng của các Jumper

4.20. Led hiển thị

4.21. Các chân được dùng trong luận văn

5. CHƯƠNG 5: GIẢI THUẬT LẬP TRÌNH

5.1. Sơ đồ khối phần cứng

5.2. Lưu đồ giải thuật cho chương trình chính

5.3. Giải thuật đọc ADC

5.4. Giải thuật đọc Encoder

5.5. Giải thuật cho khối PI

5.6. Giải thuật tính góc từ thông rotor  r

5.7. Giải thuật cho khối tính Sine  r , Cos  r

5.8. Giải thuật cho chuyển trục

5.9. Chuyển trục từ abc  

5.10. Chuyển trục từ   dq

5.11. Chuyển trục từ dq  

5.12. Giải thuật của khối Space vector

6. CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ MÔ HÌNH

6.1. Thiết kế phần cứng

6.2. Thông số động cơ

6.3. Sơ đồ kết nối mạch phần cứng

6.4. Mạch thiết kế thực tế

6.5. Mạch công suất

6.6. Mạch nghịch lưu 3 pha

6.7. Mạch thi công

6.8. Mạch nguồn DC

6.9. Nguyên lý hoạt động

6.10. Mạch thi công

6.11. Sơ đồ nguyên lý mạch dead time

6.12. Mạch thi công

6.13. Mạch cảm biến dòng

6.14. Cảm biến dòng LA 25-NP

6.15. Mạch thi công

6.16. Mạch xử lý tín hiệu cảm biến biến dòng

6.17. Mạch thi công

6.18. Mạch xử lý tín hiệu encoder

6.19. Mạch thi công

6.20. Mạch thi công

6.21. Mạch hiển thị Led 7 thanh

6.22. Mạch thi công

7. CHƯƠNG 7: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

7.1. Vận tốc đặt 1000 rpm

7.2. Điện áp pha VAC

7.3. Điện áp dây VAC

7.4. Dòng điện mA

7.5. Vận tốc đặt 1500 rpm

7.6. Điện áp pha VAC

7.7. Điện áp dây VAC

7.8. Dòng điện mA

7.9. Vận tốc đặt 2000 rpm

7.10. Điện áp pha VAC

7.11. Điện áp dây VAC

7.12. Dòng điện mA

7.13. Vận tốc đặt 2500 rpm

7.14. Điện áp pha VAC

7.15. Điện áp dây VAC

7.16. Dòng điện mA

8. CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN

8.1. Các vấn đề đã thực hiện

8.2. Các vấn đề còn tồn tại

8.3. Hướng phát triển

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha bằng FOC

Điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ tự động hóa. Phương pháp FOC (Field Oriented Control) đã trở thành một giải pháp hiệu quả cho việc điều khiển động cơ này. FOC cho phép điều khiển độc lập từ thông và moment, giúp cải thiện hiệu suất và độ chính xác trong quá trình điều khiển. Việc áp dụng DSP TMS320F2812 trong điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha mang lại nhiều lợi ích về tốc độ xử lý và khả năng điều khiển chính xác.

1.1. Định nghĩa và nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ 3 pha

Động cơ không đồng bộ 3 pha là loại động cơ điện sử dụng ba pha điện để tạo ra từ trường quay. Nguyên lý hoạt động dựa trên sự tương tác giữa dòng điện trong stator và rotor, tạo ra moment quay. Động cơ này có nhiều ứng dụng trong công nghiệp nhờ vào tính ổn định và hiệu suất cao.

1.2. Lợi ích của phương pháp FOC trong điều khiển động cơ

Phương pháp FOC giúp tách rời việc điều khiển từ thông và moment, cho phép điều khiển động cơ giống như động cơ DC. Điều này mang lại khả năng điều khiển chính xác hơn, giảm thiểu độ rung và tiếng ồn trong quá trình hoạt động.

II. Thách thức trong điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha

Điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha gặp nhiều thách thức do tính chất phi tuyến và phức tạp của nó. Việc xác định góc từ thông rotor là một trong những vấn đề khó khăn nhất. Nếu không xác định chính xác, hiệu suất điều khiển sẽ giảm sút, dẫn đến tiêu tốn năng lượng và giảm tuổi thọ động cơ.

2.1. Vấn đề xác định góc từ thông rotor

Góc từ thông rotor cần được xác định chính xác để thực hiện điều khiển FOC hiệu quả. Có hai phương pháp chính để xác định góc này: phương pháp trực tiếp (DFOC) và phương pháp gián tiếp (IFOC). Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến hiệu suất điều khiển.

2.2. Tính phi tuyến trong động cơ không đồng bộ

Tính phi tuyến của động cơ không đồng bộ gây khó khăn trong việc điều khiển. Các yếu tố như điện trở, điện cảm và moment tải có thể thay đổi theo thời gian, làm cho việc điều khiển trở nên phức tạp hơn. Cần có các thuật toán điều khiển thông minh để xử lý vấn đề này.

III. Phương pháp FOC trong điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha

Phương pháp FOC là một trong những kỹ thuật điều khiển hiện đại nhất cho động cơ không đồng bộ 3 pha. Nó cho phép điều khiển độc lập từ thông và moment, giúp cải thiện hiệu suất và độ chính xác. Việc áp dụng DSP TMS320F2812 trong phương pháp này mang lại nhiều lợi ích về tốc độ xử lý và khả năng điều khiển chính xác.

3.1. Nguyên lý hoạt động của phương pháp FOC

FOC hoạt động dựa trên việc chuyển đổi hệ tọa độ từ hệ tọa độ stator sang hệ tọa độ rotor. Điều này cho phép điều khiển từ thông và moment một cách độc lập, giúp cải thiện hiệu suất điều khiển động cơ.

3.2. Các bước thực hiện phương pháp FOC

Các bước thực hiện phương pháp FOC bao gồm: xác định góc từ thông rotor, chuyển đổi hệ tọa độ, điều khiển dòng điện stator và điều chỉnh moment. Mỗi bước cần được thực hiện chính xác để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

IV. Ứng dụng thực tiễn của phương pháp FOC trên DSP TMS320F2812

Việc áp dụng phương pháp FOC trên DSP TMS320F2812 đã mang lại nhiều kết quả khả quan trong thực tiễn. Hệ thống điều khiển này không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu tiêu tốn năng lượng. Các ứng dụng trong công nghiệp như băng tải, máy bơm và quạt đã cho thấy sự cải thiện rõ rệt về hiệu suất.

4.1. Kết quả thực nghiệm với động cơ không đồng bộ 3 pha

Các thí nghiệm cho thấy rằng việc áp dụng FOC trên DSP TMS320F2812 giúp động cơ hoạt động ổn định hơn, với độ chính xác cao trong việc điều khiển tốc độ và moment. Điều này đã được chứng minh qua các thử nghiệm thực tế.

4.2. Ứng dụng trong các hệ thống tự động hóa

Phương pháp FOC đã được áp dụng rộng rãi trong các hệ thống tự động hóa, giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các thiết bị. Các ứng dụng này bao gồm robot công nghiệp, máy CNC và hệ thống điều khiển băng tải.

V. Kết luận và tương lai của điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha

Điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha bằng phương pháp FOC trên DSP TMS320F2812 đã chứng minh được hiệu quả và tiềm năng trong các ứng dụng thực tiễn. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển với nhiều cải tiến về hiệu suất và tính năng.

5.1. Tóm tắt các kết quả đạt được

Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng phương pháp FOC mang lại hiệu suất cao trong điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha. Việc áp dụng DSP TMS320F2812 đã giúp cải thiện tốc độ xử lý và độ chính xác trong điều khiển.

5.2. Hướng phát triển trong tương lai

Trong tương lai, việc nghiên cứu và phát triển các thuật toán điều khiển mới sẽ tiếp tục được thực hiện. Các công nghệ mới như AI và machine learning có thể được tích hợp vào hệ thống điều khiển để nâng cao hiệu suất và khả năng tự động hóa.

Luận Văn Thạc Sĩ Về Điều Khiển Động Cơ Không Đồng Bộ 3 Pha Bằng Phương Pháp FOC