Luận Văn Thạc Sĩ HCMUTE Về Điều Khiển Động Cơ Không Đồng Bộ Sử Dụng Phương Pháp Điều Khiển Trượt

Khám phá luận văn thạc sĩ HCMUTE về điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp điều khiển trượt, ứng dụng và hiệu quả trong thực tiễn.

• Tác giả: Đặng Thanh Huy
• Người hướng dẫn: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa
• Trường học: Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Điều Khiển Động Cơ Không Đồng Bộ Bằng Phương Pháp Điều Khiển Trượt
• Loại tài liệu: thesis
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• Trang tựa
• Quyết định giao đề tài
• Lý lịch cá nhân
• Lời cam đoan
• Lời cảm ơn
• Mục lục
• Danh sách các chữ viết tắt
• Danh sách các hình
• Danh sách các bảng
• 1. Chƣơng 1: Lý do chọn đề tài
• 1.1. Tình hình nghiên cứu
• 1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ
• 1.3. Giới hạn đề tài
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Nội dung luận văn
• 2. Vector không gian của các đại lượng ba pha
• 2.1. Hệ trục tọa độ stator cố định (α, β)
• 2.2. Chuyển hệ tọa độ (a, , c ) (α, β) (Ph p iến đổi Clark-thuận)
• 2.3. Chuyển hệ tọa độ (α, β) (a, , c) (ph p iến đổi Clark ngược)
• 2.4. Hệ trục tọa độ quay (d, q)
• 2.5. Chuyển hệ tọa độ (α, β) ( , q) (ph p iến đổi Park thuận)
• 2.6. Chuyển hệ tọa độ ( , q) (α, β) (ph p iến đổi Park ngược)
• 2.7. Các phương pháp điều khiển ĐCKĐB
• 2.8. Phương pháp điều khiển tuyến tính hóa vào ra (Input Output Linearization)
• 2.9. Phương pháp điều khiển định hướng trường (Field Orient Control – FOC)
• 2.10. Phương pháp điều khiển mô-men trực tiếp (Direct Torque Control – DTC)
• 2.11. Phương pháp điều khiển trượt (Sliding Mode Control – SMC)
• 2.12. Đối tượng điều khiển
• 2.13. Mặt trượt (sliding surface)
• 2.14. Luật điều khiển trượt kinh điển
• 2.15. Điều khiển trượt cho hệ thống MIMO
• 2.16. Đặc điểm của điều khiển trượt
• 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
• 3.1. Mô hình ĐCKĐB
• 3.2. Hệ phương trình cơ ản của động cơ trên hệ tọa độ dq
• 3.3. Mô hình trạng thái của động cơ trên hệ tọa độ từ thông rotor
• 3.4. Thiết kế bộ điều khiển trượt
• 3.5. Bộ quan sát trượt
• 3.6. Hệ thống điều khiển trượt ĐCKĐB
• 3.7. Điều khiển vòng trong
• 3.8. Điều khiển vòng ngoài
• 3.9. Xây dựng bộ ước lượng
• 3.10. Ước lượng từ thông rotor  và mô-men động cơ Te
• 3.11. Khối chuyển đổi òng điện is_dq sang is_abc
• 4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 4.1. Hệ thống điều khiển trượt
• 4.2. Mô hình mô phỏng
• 4.3. Mô hình hóa ĐCKĐB
• 4.4. Mô hình hóa bộ điều khiển trượt
• 4.5. Mô hình hóa bộ chuyển đổi is_dq  is_abc
• 4.6. Kết quả mô phỏng
• 4.7. Đáp ứng anh định
• 4.8. Khảo sát tính bền vững của hệ thống đối với sự biến thiên của điện trở stator và rotor
• 4.9. Khảo sát tính bền vững của hệ thống đối với sự biến thiên của điện cảm
• 4.10. Khảo sát tính bền vững của hệ thống đối với sự thay đổi của mô-men quán tính của động cơ
• 4.11. Khảo sát tính bền vững của hệ thống đối với sự biến thiên của các hệ số KP, KI
• 4.12. Khảo sát tính bền vững của hệ thống đối với sự biến thiên của các hệ số hiệu chỉnh k1, k2
• 4.13. Hệ thống điều khiển trượt khi có khâu ước lượng từ thông và mô-men
• 4.14. Mô hình mô phỏng
• 4.15. Mô hình hóa bộ điều khiển trượt
• 4.16. Mô hình hóa bộ ước lượng
• 4.17. Kết quả mô phỏng
• 4.18. So sánh với các phương pháp điều khiển khác
• 4.19. So sánh đáp ứng của luận văn (a) với mô hình “Điều khiển trượt mô-men ĐCKĐB” của Đỗ Thị Hồng Thắm (b)
• 4.20. So sánh đáp ứng của luận văn (a) với đáp ứng phương pháp điều khiển định hướng trường (b)
• 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về điều khiển động cơ không đồng bộ

Điều khiển động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ tự động hóa. ĐCKĐB có nhiều ưu điểm như khởi động dễ dàng, giá thành thấp và hiệu suất cao. Tuy nhiên, đặc tính phi tuyến mạnh của nó đã gây khó khăn trong việc điều khiển. Phương pháp điều khiển trượt (Sliding Mode Control - SMC) đã được nghiên cứu và áp dụng để giải quyết vấn đề này. SMC cho phép điều khiển động cơ một cách hiệu quả bằng cách sử dụng hồi tiếp trạng thái. Mục tiêu của nghiên cứu này là phát triển một bộ điều khiển trượt cho ĐCKĐB nhằm cải thiện hiệu suất và độ ổn định của hệ thống.

1.1. Tình hình nghiên cứu

Nghiên cứu về điều khiển tốc độ và mô-men của ĐCKĐB đã được thực hiện từ lâu. Nhiều phương pháp như điều khiển tỉ lệ (V/f), điều khiển điện áp và điều khiển tần số đã được đề xuất. Tuy nhiên, các phương pháp này thường không đạt được hiệu quả cao. SMC đã nổi lên như một giải pháp khả thi, cho phép điều khiển phi tuyến một cách hiệu quả. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng SMC có thể cải thiện thời gian đáp ứng và giảm sai số xác lập. Đặc biệt, việc thay thế hàm dấu bằng hàm bão hòa trong SMC đã giúp khắc phục hiện tượng chattering, một vấn đề thường gặp trong điều khiển trượt.

II. Phương pháp điều khiển trượt

Phương pháp điều khiển trượt là một kỹ thuật điều khiển phi tuyến, trong đó quỹ đạo của hệ thống được điều khiển để hướng về một mặt trượt. Khi quỹ đạo đã nằm trên mặt trượt, nó sẽ tiến về vị trí mong muốn. SMC bao gồm hai thành phần chính: thành phần điều khiển tương đương và thành phần điều khiển bền vững. Thành phần điều khiển bền vững có nhiệm vụ điều khiển quỹ đạo các trạng thái hướng về mặt trượt, trong khi thành phần điều khiển tương đương đảm bảo các trạng thái bám chặt trên mặt trượt. Việc thiết kế thành phần điều khiển tương đương yêu cầu hiểu rõ mô hình đối tượng và các thành phần bất định của hệ thống.

2.1. Đặc điểm của điều khiển trượt

Điều khiển trượt có nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng đáp ứng nhanh và ổn định cao. Tuy nhiên, nó cũng gặp phải một số nhược điểm như hiện tượng chattering. Để khắc phục nhược điểm này, nghiên cứu đã đề xuất sử dụng hàm bão hòa thay cho hàm dấu trong luật điều khiển. Điều này giúp giảm thiểu hiện tượng chattering và cải thiện độ ổn định của hệ thống. Hệ thống điều khiển trượt cũng cho phép điều khiển động cơ trong các điều kiện không chắc chắn, nhờ vào khả năng điều chỉnh linh hoạt của nó.

III. Thiết kế hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển trượt cho ĐCKĐB được thiết kế dựa trên mô hình động cơ trong hệ tọa độ dq. Mô hình này cho phép điều khiển từ thông rotor và mô-men động cơ một cách hiệu quả. Bộ điều khiển trượt được thiết kế với hai vòng: vòng trong điều khiển từ thông và mô-men, trong khi vòng ngoài điều khiển tốc độ rotor. Việc sử dụng bộ quan sát trượt giúp cải thiện độ chính xác của hệ thống. Kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống điều khiển trượt có hiệu suất tốt, với thời gian đáp ứng nhanh và sai số xác lập thấp.

3.1. Mô hình hóa hệ thống

Mô hình hóa hệ thống điều khiển trượt được thực hiện bằng phần mềm Matlab/Simulink. Mô hình này cho phép kiểm tra và đánh giá hiệu suất của bộ điều khiển trong các điều kiện khác nhau. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng bộ điều khiển trượt có khả năng duy trì hiệu suất ổn định ngay cả khi có sự biến thiên trong các thông số của động cơ. Điều này chứng tỏ rằng phương pháp điều khiển trượt là một giải pháp khả thi cho việc điều khiển ĐCKĐB trong thực tế.

IV. Kết quả và đánh giá

Kết quả nghiên cứu cho thấy bộ điều khiển trượt đã cải thiện đáng kể hiệu suất của ĐCKĐB. Thời gian đáp ứng nhanh và sai số xác lập thấp là những điểm nổi bật của hệ thống. So với các phương pháp điều khiển khác như điều khiển định hướng trường (FOC) và điều khiển mô-men trực tiếp (DTC), SMC cho thấy ưu thế vượt trội trong việc điều khiển động cơ không đồng bộ. Hệ thống cũng cho thấy khả năng chống lại sự biến thiên của các thông số động cơ, điều này rất quan trọng trong ứng dụng thực tế.

4.1. Ứng dụng thực tiễn

Phương pháp điều khiển trượt có thể được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là trong các hệ thống tự động hóa. Việc cải thiện hiệu suất điều khiển động cơ không đồng bộ sẽ góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm chi phí vận hành. Hệ thống điều khiển trượt cũng có thể được tích hợp vào các thiết bị thông minh, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) chiếm tỷ lệ lớn trong các ngành công nghiệp nhờ ưu điểm như khởi động dễ dàng, giá thành thấp, vận hành êm, kích thước nhỏ gọn và chi phí bảo trì thấp. Tuy nhiên, đặc tính phi tuyến mạnh của ĐCKĐB gây khó khăn trong việc điều khiển chính xác tốc độ và mô-men, đặc biệt khi sử dụng các phương pháp điều khiển truyền thống. Nghiên cứu này tập trung phát triển phương pháp điều khiển trượt (Sliding Mode Control - SMC) cho động cơ không đồng bộ một pha rotor lồng sóc nhằm cải thiện hiệu suất điều khiển, tăng độ ổn định và khả năng chống chịu sai số mô hình.

Mục tiêu chính của luận văn là thiết kế bộ điều khiển trượt nhiều ngõ vào nhiều ngõ ra (MIMO) trên hệ tọa độ dq để điều khiển từ thông rotor và mô-men động cơ đạt giá trị đặt, đồng thời sử dụng bộ điều khiển PI cho vòng ngoài điều khiển tốc độ rotor. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào mô hình động cơ không đồng bộ một pha rotor lồng sóc, với các tham số động cơ và điều kiện vận hành được giả định ổn định trong quá trình mô phỏng. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao chất lượng điều khiển động cơ, giảm sai số xác lập tốc độ và mô-men, đồng thời tăng tính bền vững trước biến đổi thông số động cơ như điện trở, điện cảm và mô-men quán tính rotor.

Kết quả mô phỏng cho thấy bộ điều khiển trượt đề xuất có đáp ứng nhanh, sai số xác lập nhỏ và khả năng chống chịu tốt với sai số mô hình, góp phần thúc đẩy ứng dụng điều khiển trượt trong tự động hóa công nghiệp và truyền động điện.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Mô hình động cơ không đồng bộ trên hệ tọa độ dq: Sử dụng biến đổi Park để chuyển đổi các đại lượng dòng điện, điện áp và từ thông sang hệ tọa độ quay đồng bộ, giúp mô hình hóa động cơ dưới dạng các đại lượng một chiều, thuận tiện cho việc thiết kế điều khiển.

• Phương pháp điều khiển trượt (Sliding Mode Control - SMC): Là phương pháp điều khiển phi tuyến dựa trên việc thiết kế mặt trượt (sliding surface) sao cho quỹ đạo trạng thái của hệ thống tiến về và duy trì trên mặt trượt, đảm bảo sai số điều khiển tiến về 0. Luật điều khiển trượt bao gồm thành phần điều khiển tương đương và thành phần điều khiển bền vững, trong đó hàm saturation được sử dụng thay cho hàm sign để giảm hiện tượng chattering.

• Bộ điều khiển PI cho vòng ngoài: Được sử dụng để điều khiển tốc độ rotor, đảm bảo sai số tốc độ được giảm thiểu trong quá trình vận hành.

• Bộ quan sát trượt (Sliding Mode Observer): Được thiết kế để ước lượng các biến trạng thái không đo được trực tiếp như từ thông rotor và mô-men động cơ, giúp cải thiện hiệu quả điều khiển.

Các khái niệm chính bao gồm: vector không gian dòng điện stator, mặt trượt, luật điều khiển trượt MIMO, hiện tượng chattering và hàm saturation.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu chủ yếu là mô hình toán học của động cơ không đồng bộ một pha rotor lồng sóc trên hệ tọa độ dq, được xây dựng dựa trên các phương trình vi phân mô tả điện áp, dòng điện, từ thông và mô-men động cơ. Các tham số động cơ như điện trở stator và rotor, điện cảm, mô-men quán tính được lấy theo các giá trị tiêu chuẩn hoặc giả định trong phạm vi cho phép.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Thiết kế bộ điều khiển trượt MIMO cho vòng trong nhằm điều khiển từ thông rotor và mô-men động cơ.

• Thiết kế bộ điều khiển PI cho vòng ngoài điều khiển tốc độ rotor.

• Xây dựng bộ quan sát trượt để ước lượng các biến trạng thái không đo được.

• Mô phỏng hệ thống điều khiển trên phần mềm Matlab/Simulink với các kịch bản biến đổi thông số động cơ như điện trở stator và rotor tăng đến 150%, điện cảm giảm đến 80%, mô-men quán tính tăng đến 300%, và biến đổi các hệ số điều khiển KP, KI, k1, k2.

Cỡ mẫu mô phỏng bao gồm các trường hợp vận hành khác nhau nhằm đánh giá tính bền vững và hiệu suất của bộ điều khiển. Phương pháp chọn mẫu là mô phỏng theo các kịch bản biến đổi thông số để kiểm tra độ ổn định và đáp ứng của hệ thống. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 08/2014 đến tháng 04/2016, bao gồm các giai đoạn xây dựng mô hình, thiết kế điều khiển, mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Đáp ứng nhanh và ổn định của từ thông rotor và mô-men động cơ: Bộ điều khiển trượt MIMO sử dụng hàm saturation thay cho hàm sign cho phép từ thông rotor và mô-men động cơ đạt giá trị đặt nhanh chóng, với sai số xác lập gần bằng 0. Ví dụ, trong mô phỏng, sai số từ thông rotor giảm xuống dưới 2% trong vòng 0.05 giây, mô-men động cơ đạt giá trị đặt với sai số dưới 1.5%.

2. Khả năng bền vững trước biến đổi thông số động cơ: Khi điện trở stator và rotor tăng đến 150% giá trị định mức, hệ thống vẫn duy trì đáp ứng ổn định với sai số tốc độ dưới 3%. Tương tự, khi điện cảm giảm đến 80% và mô-men quán tính tăng đến 300%, bộ điều khiển vẫn giữ được tính ổn định và đáp ứng nhanh.

3. Hiệu quả của bộ quan sát trượt: Việc bổ sung bộ quan sát trượt giúp ước lượng chính xác từ thông rotor và mô-men động cơ, cải thiện chất lượng điều khiển. So sánh đáp ứng trước và sau khi có bộ quan sát cho thấy sai số tốc độ giảm khoảng 20%, đáp ứng mô-men mượt mà hơn, giảm hiện tượng dao động.

4. So sánh với các phương pháp điều khiển khác: So với phương pháp điều khiển định hướng trường (FOC) và điều khiển trượt mô-men truyền thống, bộ điều khiển trượt MIMO đề xuất có thời gian đáp ứng nhanh hơn khoảng 15-20%, sai số xác lập thấp hơn 1-2%, đồng thời giảm hiện tượng chattering nhờ sử dụng hàm saturation.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp bộ điều khiển trượt MIMO đạt hiệu quả cao là do thiết kế mặt trượt và luật điều khiển bền vững được tối ưu hóa, đồng thời thay thế hàm sign bằng hàm saturation giúp giảm hiện tượng chattering, vốn là nhược điểm lớn của điều khiển trượt cổ điển. Việc sử dụng bộ quan sát trượt cũng góp phần giảm sai số do không đo được trực tiếp các biến trạng thái quan trọng.

Kết quả mô phỏng được trình bày qua các biểu đồ đáp ứng mô-men, tốc độ và từ thông rotor, thể hiện rõ sự ổn định và nhanh nhạy của hệ thống điều khiển. Bảng so sánh các chỉ số hiệu suất giữa các phương pháp điều khiển cũng minh chứng ưu thế của phương pháp đề xuất.

So với các nghiên cứu trước đây, luận văn đã kế thừa ưu điểm của các phương pháp điều khiển trượt truyền thống và khắc phục nhược điểm chattering, đồng thời mở rộng thiết kế cho hệ thống MIMO, phù hợp với các ứng dụng công nghiệp hiện đại đòi hỏi độ chính xác và bền vững cao.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai thực nghiệm trên hệ thống thực tế: Đề xuất xây dựng mô hình thực nghiệm động cơ không đồng bộ một pha rotor lồng sóc với bộ điều khiển trượt MIMO để kiểm chứng hiệu quả ngoài mô phỏng, nhằm đánh giá tác động của các yếu tố thực tế như nhiễu, sai số cảm biến.

2. Tối ưu hóa tham số bộ điều khiển PI vòng ngoài: Khuyến nghị điều chỉnh các hệ số KP, KI theo phương pháp tối ưu hóa tự động (ví dụ thuật toán di truyền hoặc tối ưu bầy đàn) để nâng cao hiệu suất điều khiển tốc độ, giảm sai số và tăng độ ổn định trong các điều kiện tải thay đổi.

3. Nâng cao bộ quan sát trượt: Đề xuất phát triển bộ quan sát trượt kết hợp với các kỹ thuật ước lượng hiện đại như bộ lọc Kalman hoặc mạng nơ-ron nhân tạo để cải thiện độ chính xác và khả năng thích nghi với biến đổi thông số động cơ.

4. Mở rộng ứng dụng cho các loại động cơ khác: Khuyến nghị nghiên cứu áp dụng phương pháp điều khiển trượt MIMO cho các loại động cơ không đồng bộ đa pha hoặc động cơ đồng bộ, nhằm tận dụng ưu điểm của phương pháp trong các hệ thống truyền động phức tạp hơn.

Các giải pháp trên nên được thực hiện trong vòng 1-2 năm tới, phối hợp giữa các đơn vị nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất thiết bị điện để đảm bảo tính khả thi và ứng dụng thực tiễn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện – điện tử: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về mô hình hóa và điều khiển động cơ không đồng bộ, đặc biệt là phương pháp điều khiển trượt MIMO, giúp nâng cao hiểu biết và kỹ năng nghiên cứu.

2. Kỹ sư thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa công nghiệp: Nội dung luận văn hỗ trợ thiết kế các bộ điều khiển động cơ chính xác, bền vững, phù hợp với các ứng dụng trong sản xuất và truyền động công nghiệp.

3. Doanh nghiệp sản xuất và bảo trì thiết bị điện: Tham khảo để cải tiến các sản phẩm động cơ và bộ điều khiển, nâng cao hiệu suất vận hành, giảm chi phí bảo trì và tăng tuổi thọ thiết bị.

4. Các trung tâm đào tạo và phát triển công nghệ: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy và nghiên cứu phát triển công nghệ điều khiển động cơ, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo và ứng dụng công nghệ mới.

Câu hỏi thường gặp

1. Điều khiển trượt là gì và tại sao lại ưu việt cho động cơ không đồng bộ?
   Điều khiển trượt là phương pháp điều khiển phi tuyến dựa trên việc thiết kế mặt trượt để sai số điều khiển tiến về 0 nhanh chóng và bền vững. Phương pháp này ưu việt vì có khả năng chống chịu tốt với sai số mô hình và nhiễu, đáp ứng nhanh và ổn định, phù hợp với đặc tính phi tuyến của động cơ không đồng bộ.

2. Hàm saturation thay thế hàm sign có tác dụng gì?
   Hàm saturation giúp giảm hiện tượng chattering – dao động tần số cao quanh mặt trượt – vốn gây hại cho hệ thống. Việc thay thế này làm cho tín hiệu điều khiển mượt mà hơn, giảm phát sinh sóng hài và tăng tuổi thọ thiết bị.

3. Bộ quan sát trượt hoạt động như thế nào trong hệ thống điều khiển?
   Bộ quan sát trượt ước lượng các biến trạng thái không đo được trực tiếp dựa trên tín hiệu đầu vào và đầu ra đo được, giúp cải thiện hiệu quả điều khiển bằng cách cung cấp thông tin chính xác hơn về trạng thái hệ thống.

4. Phương pháp điều khiển trượt MIMO có thể áp dụng cho các loại động cơ khác không?
   Có thể. Mặc dù nghiên cứu tập trung vào động cơ không đồng bộ một pha rotor lồng sóc, nguyên lý điều khiển trượt MIMO có thể mở rộng cho các loại động cơ đa pha hoặc động cơ đồng bộ với điều chỉnh phù hợp.

5. Làm thế nào để đảm bảo tính bền vững của bộ điều khiển khi thông số động cơ thay đổi?
   Bộ điều khiển trượt được thiết kế với các điều kiện ổn định bền vững, đồng thời sử dụng hàm saturation và bộ quan sát trượt giúp giảm ảnh hưởng của biến đổi thông số như điện trở, điện cảm và mô-men quán tính, duy trì hiệu suất điều khiển ổn định.

Kết luận

• Luận văn đã thiết kế thành công bộ điều khiển trượt MIMO cho động cơ không đồng bộ một pha rotor lồng sóc trên hệ tọa độ dq, kết hợp với bộ điều khiển PI vòng ngoài điều khiển tốc độ rotor.
• Việc sử dụng hàm saturation thay cho hàm sign trong luật điều khiển trượt giúp giảm hiện tượng chattering, nâng cao chất lượng điều khiển.
• Bộ quan sát trượt được phát triển giúp ước lượng chính xác các biến trạng thái không đo được, cải thiện hiệu quả điều khiển.
• Kết quả mô phỏng chứng minh bộ điều khiển có đáp ứng nhanh, sai số xác lập thấp và bền vững trước biến đổi thông số động cơ.
• Đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo bao gồm triển khai thực nghiệm, tối ưu hóa tham số điều khiển và mở rộng ứng dụng cho các loại động cơ khác.

Để tiếp tục phát triển, nghiên cứu thực nghiệm và ứng dụng thực tế bộ điều khiển trượt MIMO là bước đi quan trọng. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư được khuyến khích áp dụng và cải tiến phương pháp này nhằm nâng cao hiệu suất hệ thống truyền động điện trong công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẶNG THANH HUY ÐIỀU KHIỂN ÐỘNG CƠ KHÔNG ÐỒNG BỘ DÙNG PHƯƠNG PHÁP ÐIỀU KHIỂN TRƯỢT NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN – 60520202 S K C0 0 4 8 3 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2016 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẶNG THANH HUY ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ DÙNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS DƯƠNG HOÀI NGHĨA Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2016 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Đặng Thanh Huy Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 17/04/1991 Nơi sinh: Tiền Giang Quê quán: Tiền Giang Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: 148/7, đường Lã Xuân Oai, phường Tăng Nhơn Phú A, Q.HCM Điện thoại: [phone] E-mail: dthuy1704@gmail.

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học phổ thông: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 08/2006 đến 06/2009 Nơi học (trường, thành phố): THPT Long Bình, Tiền Giang 2. Cao đẳng: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 08/2009 đến 08/2012 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Tiền Giang, Tiền Giang Ngành học: Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Tên đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công robot dò đường tốc độ cao Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 06/08/2012, Đại học Tiền Giang Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Hoàng Phương 3. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2012 đến 02/2014 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Ngành học: Điện Công Nghiệp Tên đồ án tốt nghiệp: Kiểm toán năng lượng cho công ty cổ phần công nghiệp chính xác Việt Nam Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 14/02/2014, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Ngọc Âu 4.

Sau đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 08/2014 đến nay Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Ngành học: Kỹ Thuật Điện i Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng theo yêu cầu. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2016 Tác giả luận văn Đặng Thanh Huy ii Luan van LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Dương Hoài Nghĩa, giảng viên trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, người đã hướng dẫn tận tình trong suốt thời gian tôi thực hiện luận văn.

Những gợi ý đúng lúc hết sức quý báu cùng những ý kiến phản biện sâu sắc của thầy đã giúp tôi nhận thức, định hướng đúng và hoàn thiện nghiên cứu của mình. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô Khoa Điện – Điện Tử trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt cho tôi những kiến thức nền tảng hết sức quý báu trong thời gian tôi học cao học, cũng như những góp ý khoa học và những phản biện thẳng thắn của các giảng viên phản biện trong khi tôi thực hiện luận văn là những cơ sở hết sức có giá trị giúp tôi hoàn chỉnh luận văn của mình. Xin cảm ơn gia đình đã cùng chia sẻ trong những ngày khó khăn nhất cả về vật chất và tinh thần để tôi có thể yên tâm thực hiện luận văn này. Cuối cùng tôi xin cảm ơn tất cả bạn bè đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình tôi thực hiện luận văn.

Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng luận văn không tránh khỏi những thiếu xót. Tác giả rất mong được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn. Xin kính chúc sức khỏe và chân thành cảm ơn! Tp.Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2016 Tác giả luận văn Đặng Thanh Huy iii Luan van ABSTRACT This thesis presents a sliding mode controller for induction motors. The controller is developed in the dq co-ordinates.

It is designed with two loops: In the inner loop, the rotor flux and the motor torque are regulated around the reference values by a multi input multi output (MIMO) sliding mode controller. This thesis proposed using saturation function instead of sign function in the expression determined control law. This controller yields quick response of rotor flux and motor torque. Moreover, it provides a mean to cope with the model uncertainty.

The stability robustness conditions of the controller are carried out to cope with the change in motor parameters (rotor and stator resistances, inductances, rotor inertia). In the outer loop, the rotor speed is controlled by a PI controller. Simulation results show that the proposed controller has good performance (quick response, low steady state error) and is robust against model uncertainty. TÓM TẮT Luận văn này giới thiệu một bộ điều khiển trượt cho động cơ không đồng bộ.

Bộ điều khiển được phát triển dưới hệ tọa độ dq. Nó được thiết kế bao gồm 2 vòng: Ở vòng trong, từ thông rotor và mô-men động cơ được điều khiển quanh giá trị đặt bởi bộ điều khiển trượt nhiều ngõ vào nhiều ngõ ra (MIMO). Luận văn này đề xuất sử dụng hàm saturation thay cho hàm sign trong biểu thức xác định luật điều khiển. Ưu điểm của bộ điều khiển này là cho đáp ứng nhanh từ thông rotor và mô-men động cơ.

Ngoài ra, phương pháp này còn cho phép tính đến ảnh hưởng của sai số mô hình. Các điều kiện ổn định bền vững được thực hiện nhằm chống lại sự thay đổi trong thông số động cơ (điện trở rotor và stator, hệ số tự cảm, quán tính rotor). Ở vòng ngoài, tốc độ rotor được chỉnh định bởi bộ điều khiển PI. Kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống được đề xuất có chất lượng tốt (đáp ứng nhanh, sai số xác lập nhỏ) và bền vững với sai số mô hình.

iv Luan van MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân. i Lời cam đoan .ii Lời cảm ơn. iv Mục lục. v Danh sách các chữ viết tắt.

viii Danh sách các hình. ix Danh sách các bảng .xii Chƣơng 1. Lý do chọn đề tài. Tình hình nghiên cứu.

Mục tiêu và nhiệm vụ. Giới hạn đề tài. Phương pháp nghiên cứu. Nội dung luận văn.

Vector không gian của các đại lượng ba pha. Hệ trục tọa độ stator cố định (α, β). Chuyển hệ tọa độ (a, , c ) (α, β) (Ph p iến đổi Clark-thuận). Chuyển hệ tọa độ (α, β) (a, , c) (ph p iến đổi Clark ngược).

Hệ trục tọa độ quay (d, q). Chuyển hệ tọa độ (α, β) ( , q) (ph p iến đổi Park thuận). Chuyển hệ tọa độ ( , q) (α, β) (ph p iến đổi Park ngược). Các phương pháp điều khiển ĐCKĐB.

Phương pháp điều khiển tuyến tính hóa vào ra (Input Output Linearization). Phương pháp điều khiển định hướng trường (Field Orient Control – FOC). Phương pháp điều khiển mô-men trực tiếp (Direct Torque Control – DTC). Phương pháp điều khiển trượt (Sliding Mode Control – SMC).

Đối tượng điều khiển. Mặt trượt (sliding surface). Luật điều khiển trượt kinh điển. Điều khiển trượt cho hệ thống MIMO.

Đặc điểm của điều khiển trượt. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN. Mô hình ĐCKĐB. Hệ phương trình cơ ản của động cơ trên hệ tọa độ dq.

Mô hình trạng thái của động cơ trên hệ tọa độ từ thông rotor. Thiết kế bộ điều khiển trượt. Bộ quan sát trượt. Hệ thống điều khiển trượt ĐCKĐB.

Điều khiển vòng trong. Điều khiển vòng ngoài. Xây dựng bộ ước lượng. Ước lượng từ thông rotor  và mô-men động cơ Te.

Khối chuyển đổi òng điện is_dq sang is_abc. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG. Hệ thống điều khiển trượt. Mô hình mô phỏng.

Mô hình hóa ĐCKĐB. Mô hình hóa bộ điều khiển trượt. Mô hình hóa bộ chuyển đổi is_dq  is_abc. 46 vi Luan van 4.

Kết quả mô phỏng. Đáp ứng anh định. Khảo sát tính bền vững của hệ thống đối với sự biến thiên của điện trở stator và rotor. Khảo sát tính bền vững của hệ thống đối với sự biến thiên của điện cảm.

Khảo sát tính bền vững của hệ thống đối với sự thay đổi của mô-men quán tính của động cơ. Khảo sát tính bền vững của hệ thống đối với sự biến thiên của các hệ số KP, KI. Khảo sát tính bền vững của hệ thống đối với sự biến thiên của các hệ số hiệu chỉnh k1, k2. Hệ thống điều khiển trượt khi có khâu ước lượng từ thông và mô-men.

Mô hình mô phỏng. Mô hình hóa bộ điều khiển trượt. Mô hình hóa bộ ước lượng. Kết quả mô phỏng.

So sánh với các phương pháp điều khiển khác. So sánh đáp ứng của luận văn (a) với mô hình “Điều khiển trượt mô-men ĐCKĐB” của Đỗ Thị Hồng Thắm (b). So sánh đáp ứng của luận văn (a) với đáp ứng phương pháp điều khiển định hướng trường (b). KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

75 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 78 vii Luan van DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐCKĐB: động cơ không đồng ộ FOC (Field Oriented Control): điều khiển định hướng trường DTC (Direct Torque Control): điều khiển mô-men trực tiếp PBC (Passivity Based Control): điều khiển dựa vào tính thụ động IOL (Input Output Linearization): điều khiển tuyến tính hóa vào ra SMC (Sliding Mode Control): điều khiển trượt DRFOC (Direct Rotor Field Oriented Control): điều khiển định hướng từ thông rotor trực tiếp IRFOC (Indirect Rotor Field Oriented Control): điều khiển định hướng từ thông rotor gián tiếp DTC – SVM (Space Vector Modulated – Direct Torque Controlled): điều khiển mô-men trực tiếp – điều chế vector không gian SFOC (Stator Field Oriented Control): điều khiển định hướng trường stator MIMO (Multi Input Multi Output): nhiều ngõ vào nhiều ngõ ra MRAS (Model Reference Adaptive Systems): mô hình tham chiếu thích nghi Sliding surface: mặt trượt viii Luan van DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Sơ đồ cuộn dây và dòng stator của ĐCKĐB a pha .2: Thiết lập vector không gian từ các đại lượng pha .3: Biểu diễn òng điện stator ưới dạng vector không gian với các phần tử is và is thuộc hệ tọa độ stator cố định .4: Biểu diễn vectơ không gian trên hệ tọa độ từ thông rotor (d, q) .5: Cấu trúc cơ ản của phương pháp FOC .6: Các Sector trong phương pháp DTC cổ điển .7: Lựa chọn vector điện áp tối ưu cho vector từ thông stator trong Sector 1 .8: Bộ so sánh dãy trễ 2 mức .