Luận Văn Thạc Sĩ Về Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha Sử Dụng Logic Mờ

Khám phá luận văn thạc sĩ HCMUTE về điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha bằng logic mờ, ứng dụng trong công nghiệp hiện đại.

• Tác giả: Phạm Thị Hằng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tâm
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha Bằng Logic Mờ
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu
• 1.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
• 1.3. Tính cần thiết của đề tài
• 1.4. Tính mới của đề tài
• 1.5. Kết cấu của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Động cơ không đồng bộ 3 pha
• 2.2. Mạch điện tương đương của động cơ không đồng bộ. Vector không gian và các đại lượng ba pha. Các phương trình cơ bản của động cơ không đồng bộ ba pha. Mô hình trạng thái động cơ trên hệ tọa độ stator
• 2.3. Mô hình trạng thái của động cơ trong hệ trục quay dq. Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ
• 3.1. Xây dựng cấu trúc điều khiển hiện đại IFOC trong Matlab/Simulink
• 3.2. Giải thích nguyên lý hoạt động
• 3.3. Phân tích các khối cơ bản trong sơ đồ
• 4. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC MỜ
• 4.1. Lý thuyết hệ mờ
• 4.2. Điều khiển PID – Mờ
• 4.3. Xây dựng bộ điều khiển mờ FLC (PI) trong Simulink
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 5.1. Kết luận
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Hướng phát triển tiếp theo
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan

Động cơ không đồng bộ ba pha là một trong những thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp. Việc điều khiển tốc độ của động cơ này thường gặp nhiều thách thức do tính phức tạp của hệ thống. Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ yêu cầu độ chính xác cao và khả năng đáp ứng nhanh với các thay đổi trong tải. Các phương pháp điều khiển truyền thống như PID thường không đáp ứng tốt trong các tình huống thay đổi tải đột ngột. Do đó, việc áp dụng logic mờ trong điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha đã trở thành một xu hướng mới, giúp cải thiện hiệu suất và độ ổn định của hệ thống.

1.1. Tính cần thiết của đề tài

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, nhu cầu về các hệ thống điều khiển hiệu quả và linh hoạt ngày càng cao. Hệ thống điều khiển sử dụng logic mờ cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ một cách chính xác hơn, đồng thời giảm thiểu các vấn đề liên quan đến dao động và độ trễ trong phản hồi. Việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp điều khiển mới không chỉ giúp nâng cao hiệu suất của động cơ mà còn tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành cho các nhà máy sản xuất.

1.2. Tính mới của đề tài

Đề tài này không chỉ tập trung vào việc áp dụng logic mờ mà còn kết hợp với các phương pháp điều khiển hiện đại như điều khiển định hướng từ thông (FOC). Sự kết hợp này giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển, mang lại hiệu suất cao hơn so với các phương pháp truyền thống. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng logic mờ trong điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha có thể cải thiện đáng kể độ chính xác và khả năng đáp ứng của hệ thống.

II. Cơ sở lý thuyết

Động cơ không đồng bộ ba pha hoạt động dựa trên nguyên lý từ trường quay. Mô hình toán học của động cơ này rất phức tạp, bao gồm nhiều tham số như điện trở, điện cảm và mô men. Việc xây dựng mô hình chính xác là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả của hệ thống điều khiển. Mô hình trạng thái của động cơ trong hệ tọa độ dq giúp đơn giản hóa các phương trình điều khiển, từ đó dễ dàng áp dụng các thuật toán điều khiển như PID và logic mờ.

2.1. Động cơ không đồng bộ ba pha

Động cơ không đồng bộ ba pha có cấu tạo đơn giản và dễ dàng bảo trì. Tuy nhiên, việc điều khiển tốc độ của nó lại phức tạp hơn so với động cơ một chiều. Các vấn đề thường gặp bao gồm độ chính xác của mô hình toán, hiệu suất không đạt yêu cầu do sự biến động tải và sự thay đổi nhiệt độ. Do đó, việc áp dụng các phương pháp điều khiển hiện đại như logic mờ là cần thiết để cải thiện hiệu suất và độ ổn định của động cơ.

2.2. Các phương pháp điều khiển tốc độ

Có nhiều phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ, từ đơn giản đến phức tạp. Phương pháp V/f là một trong những phương pháp phổ biến nhưng có độ chính xác không cao. Ngược lại, phương pháp DTC và FOC cho phép điều khiển độc lập giữa từ thông và mô men, mang lại hiệu suất cao hơn. Việc áp dụng logic mờ trong các phương pháp này giúp cải thiện khả năng điều khiển, đặc biệt trong các tình huống thay đổi tải đột ngột.

III. Xây dựng mô hình động cơ

Việc xây dựng mô hình động cơ là bước quan trọng trong quá trình phát triển hệ thống điều khiển. Mô hình này cần phản ánh chính xác các đặc tính của động cơ không đồng bộ ba pha, bao gồm các tham số như điện trở, điện cảm và mô men. Sử dụng MATLAB/Simulink để mô phỏng giúp kiểm tra và tối ưu hóa các thuật toán điều khiển trước khi triển khai thực tế. Mô hình động cơ được thiết kế phải đảm bảo tính chính xác và khả năng tương thích với các phương pháp điều khiển hiện đại.

3.1. Cấu trúc điều khiển hiện đại

Cấu trúc điều khiển hiện đại sử dụng logic mờ kết hợp với các phương pháp như FOC giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển. Việc sử dụng các khối cơ bản trong sơ đồ điều khiển cho phép dễ dàng điều chỉnh và tối ưu hóa các tham số. Điều này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu thời gian và chi phí trong quá trình phát triển hệ thống.

3.2. Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển dựa trên việc sử dụng các hàm liên thuộc để xác định các giá trị đầu vào và đầu ra. Các hàm này được thiết kế dựa trên các tham số của động cơ và yêu cầu điều khiển. Việc áp dụng logic mờ giúp hệ thống có khả năng xử lý các tình huống không chắc chắn và biến động, từ đó nâng cao độ chính xác và hiệu suất của hệ thống điều khiển.

IV. Kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng hệ thống điều khiển sử dụng logic mờ có hiệu suất tốt hơn so với các phương pháp truyền thống như PID. Các chỉ số như thời gian đáp ứng, độ ổn định và sai số đều được cải thiện đáng kể. Việc so sánh giữa các phương pháp điều khiển cho thấy rằng logic mờ không chỉ giúp giảm thiểu độ vọt lố mà còn cải thiện khả năng điều chỉnh tốc độ trong các tình huống thay đổi tải.

4.1. So sánh với bộ điều khiển PI

Khi so sánh với bộ điều khiển PI truyền thống, hệ thống điều khiển sử dụng logic mờ cho thấy sự vượt trội về khả năng đáp ứng và độ ổn định. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng logic mờ có thể điều chỉnh tốc độ động cơ một cách chính xác hơn, đặc biệt trong các tình huống tải thay đổi đột ngột. Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng logic mờ là một giải pháp hiệu quả cho việc điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha.

4.2. Đánh giá hiệu suất

Đánh giá hiệu suất của hệ thống điều khiển cho thấy rằng việc sử dụng logic mờ không chỉ cải thiện độ chính xác mà còn giảm thiểu thời gian ổn định. Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng hệ thống có khả năng đáp ứng nhanh với các yêu cầu điều chỉnh, từ đó nâng cao hiệu suất tổng thể của động cơ không đồng bộ ba pha. Điều này mở ra hướng phát triển mới cho các hệ thống điều khiển trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Động cơ không đồng bộ ba pha là thành phần thiết yếu trong nhiều hệ truyền động công nghiệp như băng chuyền, máy nghiền, máy giặt và quạt điện, chiếm tỷ lệ sử dụng lớn nhờ cấu tạo đơn giản, độ tin cậy cao và chi phí bảo trì thấp. Theo ước tính, động cơ không đồng bộ chiếm hơn 70% tổng số động cơ sử dụng trong công nghiệp hiện nay. Tuy nhiên, việc điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ gặp nhiều thách thức do đặc tính phi tuyến, biến đổi tải và ảnh hưởng của nhiệt độ, khiến các bộ điều khiển truyền thống như PI không đáp ứng tốt trong mọi điều kiện vận hành.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phát triển và ứng dụng bộ điều khiển logic mờ (Fuzzy Logic Controller - FLC) kết hợp với kỹ thuật điều khiển định hướng từ thông (Field Oriented Control - FOC) để cải thiện hiệu suất điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha. Nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng mô hình động cơ trên phần mềm Matlab-Simulink, thiết kế bộ điều khiển mờ với số luật điều khiển tối ưu, và so sánh hiệu quả với bộ điều khiển PI truyền thống. Phạm vi nghiên cứu bao gồm mô phỏng và phân tích điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha trong môi trường Matlab, với dữ liệu và tham số động cơ lấy theo các thông số chuẩn công nghiệp.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao độ chính xác điều khiển tốc độ, giảm dao động mô men và thời gian ổn định, từ đó góp phần tăng hiệu suất và độ bền của hệ truyền động trong công nghiệp. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trong thiết kế hệ thống điều khiển động cơ cho các nhà máy sản xuất, hệ thống tự động hóa và các thiết bị điện công nghiệp khác.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính:

1. Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha: Động cơ được mô hình hóa trong hệ tọa độ quay dq và hệ tọa độ cố định αβ, sử dụng các phương trình trạng thái mô tả dòng điện, điện áp, từ thông và mô men. Mô hình bao gồm các tham số như điện trở stator Rs, điện cảm stator Ls, điện cảm rotor Lr, hằng số thời gian stator Ts và rotor Tr, cùng hệ số tiêu tán σ. Mô hình này cho phép phân tích đặc tính động cơ trong cả chế độ xác lập và quá độ.
2. Phương pháp điều khiển định hướng từ thông (FOC): Kỹ thuật điều khiển này tách dòng điện stator thành hai thành phần độc lập là dòng tạo từ thông (isd) và dòng tạo mô men (isq) trên hệ tọa độ dq quay đồng bộ với từ thông rotor. FOC cho phép điều khiển mô men và từ thông một cách chính xác, tương tự như điều khiển động cơ một chiều, giúp cải thiện hiệu suất và độ ổn định của động cơ không đồng bộ.

Ngoài ra, luận văn áp dụng logic mờ (Fuzzy Logic) để thiết kế bộ điều khiển thay thế cho bộ điều khiển PI truyền thống. Logic mờ sử dụng các hàm thành viên và luật điều khiển đơn giản hóa, giúp xử lý các tín hiệu không chính xác hoặc phi tuyến, đồng thời giảm số lượng luật điều khiển so với các nghiên cứu trước đây, từ đó giảm độ phức tạp và thời gian điều chỉnh.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: vector không gian, hệ tọa độ αβ và dq, mô hình trạng thái động cơ, điều khiển FOC, bộ điều khiển PI, bộ điều khiển logic mờ FLC, hàm liên thuộc, và các tham số động cơ như moment quán tính j, số đôi cực p, tốc độ góc rotor ωr, mô men tải MT, mô men điện từ Ce.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các tham số kỹ thuật của động cơ không đồng bộ ba pha chuẩn công nghiệp, được lấy từ tài liệu kỹ thuật và các nghiên cứu trước đây. Mô hình toán học động cơ được xây dựng dựa trên các phương trình trạng thái trong hệ tọa độ dq và αβ, áp dụng giả thiết bỏ qua tổn hao sắt từ và bão hòa từ, các giá trị điện trở và điện cảm không đổi.

Phương pháp phân tích sử dụng mô phỏng trên phần mềm Matlab-Simulink với các toolbox chuyên dụng cho điều khiển động cơ. Bộ điều khiển logic mờ được thiết kế với số luật điều khiển tối ưu, sử dụng hệ quy tắc Mamdani, hàm liên thuộc được lựa chọn phù hợp với đặc tính động cơ. Các kết quả mô phỏng được so sánh với bộ điều khiển PI truyền thống về các chỉ số như thời gian đáp ứng, độ ổn định tốc độ, dao động mô men.

Cỡ mẫu mô phỏng bao gồm nhiều trường hợp tải khác nhau, từ không tải đến tải định mức và tải thay đổi đột ngột, nhằm đánh giá toàn diện hiệu quả điều khiển. Phương pháp chọn mẫu là mô phỏng các trường hợp điển hình trong thực tế vận hành động cơ. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 10/2015 đến tháng 4/2017, bao gồm giai đoạn xây dựng mô hình, thiết kế bộ điều khiển, mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả điều khiển tốc độ: Bộ điều khiển logic mờ FLC cho thời gian đáp ứng tốc độ nhanh hơn 15-20% so với bộ điều khiển PI truyền thống trong các trường hợp tải thay đổi. Ví dụ, khi tải đột ngột tăng lên mức định mức, FLC duy trì tốc độ ổn định trong khoảng 0.2 giây, trong khi PI mất khoảng 0.25 giây để ổn định (Bảng 5.6).

2. Giảm dao động mô men: Mô phỏng cho thấy dao động mô men xoắn khi sử dụng FLC giảm khoảng 10-12% so với PI, đặc biệt trong các trường hợp tải thay đổi nhanh (Bảng 5.5). Điều này giúp giảm rung động và tăng tuổi thọ động cơ.

3. Số lượng luật điều khiển giảm: Bộ điều khiển logic mờ được thiết kế với số luật điều khiển ít hơn 30% so với các nghiên cứu trước, giúp giảm độ phức tạp và thời gian điều chỉnh mà vẫn đảm bảo hiệu suất điều khiển tốt (Chương 4).

4. Đáp ứng mô men và tốc độ trong điều kiện tải và tốc độ thay đổi: FLC thể hiện khả năng duy trì mô men và tốc độ ổn định tốt hơn PI trong các trường hợp thay đổi tải và tốc độ đặt, với sai số tốc độ giảm khoảng 5-7% (Bảng 5.9, 5.10).

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện hiệu suất điều khiển là do bộ điều khiển logic mờ có khả năng xử lý phi tuyến và không cần mô hình toán học chính xác của động cơ, giúp thích ứng tốt với các biến đổi tải và điều kiện vận hành thực tế. So với bộ điều khiển PI truyền thống, FLC giảm thiểu hiện tượng vọt lố mô men và dao động tốc độ nhờ khả năng điều chỉnh linh hoạt các tham số điều khiển dựa trên luật mờ.

Kết quả mô phỏng có thể được trình bày qua các biểu đồ đáp ứng tốc độ và mô men theo thời gian, so sánh trực quan giữa FLC và PI, cũng như bảng tổng hợp các chỉ số hiệu suất như thời gian ổn định, độ lệch tốc độ, và biên độ dao động mô men. So sánh với các nghiên cứu trước đây cho thấy FLC với số luật điều khiển tối ưu mang lại hiệu quả tương đương hoặc tốt hơn, đồng thời giảm thiểu độ phức tạp thiết kế.

Ý nghĩa của kết quả là mở ra hướng phát triển các bộ điều khiển thông minh cho động cơ không đồng bộ, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và độ bền thiết bị trong công nghiệp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai bộ điều khiển logic mờ FLC trong các hệ truyền động công nghiệp: Áp dụng FLC thay thế bộ điều khiển PI truyền thống để cải thiện độ ổn định và hiệu suất điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha. Thời gian thực hiện dự kiến trong vòng 6-12 tháng, do các đơn vị kỹ thuật và vận hành thực hiện.

2. Phát triển phần mềm mô phỏng và thiết kế bộ điều khiển mờ tích hợp trên Matlab-Simulink: Cung cấp công cụ hỗ trợ thiết kế và tối ưu bộ điều khiển cho các kỹ sư điện, giúp rút ngắn thời gian thiết kế và thử nghiệm. Chủ thể thực hiện là các trung tâm nghiên cứu và đào tạo kỹ thuật.

3. Đào tạo và nâng cao năng lực cho kỹ sư vận hành và bảo trì: Tổ chức các khóa đào tạo về điều khiển logic mờ và FOC để nâng cao kỹ năng vận hành hệ thống truyền động hiện đại, đảm bảo vận hành hiệu quả và an toàn. Thời gian đào tạo kéo dài 3-6 tháng.

4. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng điều khiển mờ kết hợp với các thuật toán tối ưu khác: Kết hợp FLC với mạng nơ-ron nhân tạo hoặc giải thuật bầy đàn để nâng cao khả năng thích ứng và tối ưu hóa hiệu suất điều khiển trong các điều kiện phức tạp hơn. Chủ thể thực hiện là các nhóm nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư và nhà thiết kế hệ truyền động điện: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về mô hình động cơ không đồng bộ và phương pháp điều khiển hiện đại, giúp thiết kế hệ thống điều khiển hiệu quả hơn.

2. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Tài liệu tham khảo quý giá cho việc giảng dạy và nghiên cứu về điều khiển động cơ, đặc biệt là ứng dụng logic mờ và FOC trong truyền động điện.

3. Doanh nghiệp sản xuất và bảo trì thiết bị điện công nghiệp: Hướng dẫn áp dụng bộ điều khiển logic mờ để nâng cao hiệu suất vận hành, giảm chi phí bảo trì và tăng tuổi thọ thiết bị.

4. Nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ điều khiển thông minh: Cung cấp cơ sở lý thuyết và kết quả thực nghiệm để phát triển các giải pháp điều khiển mới, tích hợp trí tuệ nhân tạo trong truyền động điện.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ điều khiển logic mờ FLC có ưu điểm gì so với bộ điều khiển PI truyền thống?
   FLC xử lý tốt các tín hiệu phi tuyến và không cần mô hình toán học chính xác, giúp giảm dao động tốc độ và mô men, đồng thời thích ứng nhanh với biến đổi tải. Ví dụ, trong mô phỏng, FLC giảm thời gian ổn định tốc độ khoảng 20% so với PI.

2. Phương pháp điều khiển FOC là gì và tại sao được sử dụng phổ biến?
   FOC tách dòng điện stator thành hai thành phần độc lập để điều khiển từ thông và mô men, tương tự như động cơ một chiều, giúp điều khiển chính xác và hiệu quả. Đây là phương pháp được áp dụng rộng rãi trong truyền động điện xoay chiều ba pha.

3. Số lượng luật điều khiển trong bộ FLC ảnh hưởng thế nào đến hiệu suất?
   Số luật điều khiển càng nhiều thì độ phức tạp và thời gian điều chỉnh tăng, nhưng không nhất thiết cải thiện hiệu suất. Luận văn đã thiết kế bộ FLC với số luật giảm 30% so với các nghiên cứu trước, vẫn đảm bảo hiệu quả điều khiển tốt.

4. Mô hình động cơ được xây dựng dựa trên giả thiết nào?
   Mô hình bỏ qua tổn hao sắt từ và bão hòa từ, coi điện trở và điện cảm không đổi, giúp đơn giản hóa mô hình nhưng vẫn phản ánh chính xác đặc tính động cơ trong phạm vi vận hành thông thường.

5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu này vào thực tế như thế nào?
   Kết quả mô phỏng cho thấy FLC có thể triển khai trong các hệ truyền động công nghiệp để nâng cao hiệu suất và độ ổn định. Việc tích hợp bộ điều khiển này vào bộ điều khiển động cơ hiện có sẽ giúp giảm chi phí bảo trì và tăng tuổi thọ thiết bị.

Kết luận

• Bộ điều khiển logic mờ FLC kết hợp với kỹ thuật điều khiển định hướng từ thông FOC nâng cao hiệu suất điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha so với bộ điều khiển PI truyền thống.
• Mô hình toán học động cơ được xây dựng chính xác trong hệ tọa độ dq và αβ, phù hợp cho việc thiết kế và mô phỏng điều khiển.
• Số lượng luật điều khiển trong FLC được tối ưu giảm 30%, giúp giảm độ phức tạp và thời gian điều chỉnh mà vẫn đảm bảo hiệu quả.
• Kết quả mô phỏng cho thấy FLC giảm thời gian ổn định tốc độ khoảng 20% và dao động mô men giảm 10-12% so với PI.
• Hướng phát triển tiếp theo là ứng dụng thực tế bộ điều khiển FLC trong các hệ truyền động công nghiệp và kết hợp với các thuật toán trí tuệ nhân tạo khác để nâng cao khả năng thích ứng.

Để tiếp tục phát triển, các nhà nghiên cứu và kỹ sư nên triển khai thử nghiệm thực tế bộ điều khiển FLC trên các hệ truyền động thực, đồng thời mở rộng nghiên cứu tích hợp các thuật toán tối ưu nhằm nâng cao hiệu quả điều khiển trong môi trường công nghiệp đa dạng. Hãy bắt đầu áp dụng các giải pháp điều khiển thông minh để nâng cao hiệu suất và độ bền cho hệ thống truyền động của bạn ngay hôm nay!

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 PHẠM THỊ HẰNG ÐIỀU KHIỂN TỐC ÐỘ ÐỘNG CƠ KHÔNG ÐỒNG BỘ BA PHA SỬ DỤNG LOGIC MỜ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 S K C0 0 5 9 9 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2017 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM THỊ HẰNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA SỬ DỤNG LOGIC MỜ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 62520202 Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 4 Năm 2017 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM THỊ HẰNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA SỬ DỤNG LOGIC MỜ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 62520202 Hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN MINH TÂM Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2017 Luan van Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I.

LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Phạm Thị Hằng Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 5/9/1989 Nơi sinh: Hà Nội Quê quán: Chuyên Mỹ-Phú Xuyên-Hà Nội Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Tổ 18-Ấp 5-Long Phước-Long Thành-Đồng Nai Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0979655489 Fax: E-mail: phamhang. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 2011 đến 2013 Nơi học (trường, thành phố): ĐH Lạc Hồng-Đồng Nai Ngành học: Điện Công Nghiệp Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 20/01/2013 tại ĐH Lạc Hồng Người hướng dẫn: 3.

Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 10/2015 đến 04/2017 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật điện Tên luận văn: Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha sử dụng logic mờ. Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Ngày 16/04/2017 tại Trường Đại học SPKT Tp.HCM Người hướng dẫn: TS Nguyễn Minh Tâm III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 01/2013 đến nay Trường CĐ CNQT LILAMA2 Giáo viên 10/2015 - 04/2017 Trường ĐH SPKT TP.HCM Học viên 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 Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201… (Ký tên và ghi rõ họ tên) Phạm Thị Hằng ii Luan van Lời cảm ơn Trải qua thời gian học tập và nghiên cứu tại trường, nay tôi đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp cao học của mình. Để có được thành quả này, tôi đã nhận được rất nhiều sự hỗ trợ và giúp đỡ tận tình từ thầy cô, gia đình, đơn vị chủ quản và bạn bè. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Thầy TS.

Nguyễn Minh Tâm, người đã tận tình trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện hoàn thành luận văn này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Lãnh đạo Trường CĐN Lilama 2, đã tạo điều kiện thuận tiện cho tôi về mặt thời gian để hoàn thành khóa học. Xin chân thành cảm ơn đến tất cả quý Thầy Cô của Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh đã dạy tôi những kiến thức rất bổ ích, đặc biệt xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Điện – Điện Tử đã tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong quá trình học tập cũng như trong thời gian làm luận văn này.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến đồng nghiệp, gia đình, bạn bè đã giúp đỡ cho tôi rất nhiều, đã tạo cho tôi niềm tin, tình cảm để tôi hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn ! Tp. Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 Học viên Phạm Thị Hằng iii Luan van SUMMARY Motors have many applications in the industries. This paper presents an intelligent speed control system based on fuzzy logic for an induction motor drive.

The fuzzy logic controller is implemented using the Field Oriented Control technique as it provides better control of motor speed. The motor model is designed and membership functions are chosen according to the parameters of the motor model. The simulated design is tested using various tool boxes in MATLAB. The simulation results demonstrate that the performance of the proposed controller is better than that of the conventional PI controller.

iv Luan van TÓM TẮT Động cơ điện ngày nay được sử dụng nhiều trong công nghiệp. Đề tài này đề cập tới một phương pháp điều khiển thông minh bằng cách sử dụng lý thuyết mờ để điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha. Logic mờ sử dụng điều khiển định hướng từ thông FOC là phương pháp điều khiển tốt nhất để điều khiển tốc độ động cơ. Mô hình động cơ được thiết kế và hàm liên thuộc được lựa chọn theo thông số mô hình.

Mô hình mô phỏng được thết kế bằng hộp công cụ của matlab. Kết quả mô phỏng được so sách với bộ PI truyền thống và có đáp ứng tốt hơn. iv Luan van MỤC LỤC TRANG Trang tựa Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục v Danh sách các chữ viết tắt vi Danh sách các hình vii Danh sách các bảng viii Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu 1 1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu 5 1. Tính cần thiết của đề tài 6 1.

Tính mới của để tài 7 1. Kết cấu của luận văn 5 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8 2. Động cơ không đồng bộ 3 pha 8 2. Mạch điện tƣơng đƣơng của động cơ không đồng bộ.

Vector không gian và các đại lƣợng ba pha. Các phƣơng trình cơ bản của động cơ không đồng bộ ba pha. Mô hình trạng thái động cơ trên hệ tọa độ stator 17 2. Mô hình trạng thái của động cơ trong hệ trục quay dq.

Các phƣơng pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 29 Chƣơng 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ 42 3. Xây dựng cấu trúc điều khiển hiện đại IFOC trong 42 Luan van Matlab/Simulink 3. Giải thích nguyên lý hoạt động 42 3. Phân tích các khối cơ bản trong sơ đồ 43 Chƣơng 4: XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC MỜ 51 4.

Lý thuyết hệ mờ 51 4. Điều khiển PID – Mờ 59 4. Xây dựng bộ điều khiển mờ FLC (PI) trong Simulink 63 Chƣơng 5: 68 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 68 5. Kết luận 83 Chƣơng 6: 84 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 84 6.

Hƣớng phát triển tiếp theo 85 TÀI LỆU THAM KHẢO 86 v Luan van MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT FLC: Fuzzy Logic Control j : Moment quán tính cơ. P : Số đôi cực của động cơ. ωr : Tốc độ góc của rotor. Cr, MT : Moment tải.

Ce : Moment điện từ. Ls =Lm + L s : Điện cảm stator. Lr =Lm + Lr : Điện cảm rotor. Ts=Ls/Rs : Hằng số thời gian stator.

Tr =Lr/Rr : Hằng số thời gian rotor.Lr) : Hệ số tiêu tán tổng Lm : Hỗ cảm giữa rotor và stator. Ls : Điện kháng tản của dây quấn stator. Lr : Điện kháng tản của dây quấn rotor. Rr : Điện trở rotor đã tính quy đổi về stator.

U rr : Vectơ điện áp rotor. irr  t  : Vectơ dòng rotor.  rr  t  : Vectơ từ thông rotor. iss(t) :Vectơ dòng stator được quan sát trên hệ tọa độ stator.

:Vectơ từ thông stator được quan sát trên hệ tọa độ stator Rs : Điện trở của cuộn dây pha stator. Ls Ts  : Hằng số thời gian stator. Rs Lr Tr  : Hằng số thời gian rotor. Rr Luan van L2m  1 : Hệ số từ tản tổng.

Ls L r DTC: Direct Torque Control-điều khiển trực tiếp moment FOC: Field Oriented Control-điều khiển định hướng từ thông RFOC: Rotor Field Oriented Control - điều khiển tựa theo từ thông rotor DFOC: Direct field Oriented Control - Phương pháp điều khiển trực tiếp IFOC: Indirect Field Oriented Control- Phương pháp điều khiển gián tiếp sl* : Tốc độ trượt ωs : Tốc độ góc của stator TH: Trường hợp  r : Góc lệch giữa hệ trục α-β và dq  : Góc lệch giữa trục rotor và trục α vi Luan van DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2. Máy điện KĐB 3 pha 8 Hình 2. Sơ đồ tương đương một pha của động cơ không đồng bộ 9 Hình 2. Thiết lập vector không gian từ các đại lượng pha 10 Hình 2.

Hệ tọa độ stator (  ,  ). Mối liên hệ giữa hai hệ tọa độ (  ,  ) và (d,q) 11 Hình 2. Biểu diễn vector không gian trên hệ tọa độ (d,q) 12 Hình 2. Hệ trục tọa độ abc và hệ trục tọa độ αβ 13 Hình 2.

Các vectơ sức từ động khi θ = ωt = 0 14 Hình 2. Các vecto sức từ động khi θ = ωt = 60o 14 Hình 2. Các thành phần của lực từ động trong hệ trục tọa độ stator 14 Hình 2. Mô hình đơn giản của động cơ không đồng bộ ba pha có rotor lồng 18 sóc Hình 2.

Vec-tơ dòng stator trên hệ tọa độ cố định αβ và hệ tọa độ quay dq 18 Hình 2. Mô hình động cơ không đồng bộ trong hệ toạ độ - 19 Hình 2. Mô hình động cơ KĐB ba pha trên tọa độ stato  23 Hình 2. Dòng điện stator is trong hệ tọa độ abc và hệ tọa độ αβ 23 Hình 2.

Vectơ không gian dòng stator trên hệ tọa độ αβ và hệ tọa độ dq 24 Hình 2. Mô hình động cơ khôngg đồng bộ trong hệ toạ độ dq 25 Hình 2. Mô hình động cơ KĐB ba pha trên tọa độ stato dq 28 Hình 2. Quan hệ giữa moment và điện áp theo tần số 31 Hình 2.

Sơ đồ khối phương pháp V/f vòng hở 32 Hình 2. Sơ đồ khối phương pháp V/f vòng kín 32 Hình 2. Sơ đồ nguyên lý điều khiển trực tiếp moment 33 Hình 2. Sơ đồ nguyên lý điều khiển FOC trực tiếp 34 Hình 2.

Sơ đồ khối cơ bản của phương pháp FOC 34 Luan van Hình 2. Sơ đồ nguyên lý điều khiển FOC gián tiếp 35 Hình 2. Cấu trúc hiện đại của hệ TĐĐ điều chỉnh tựa theo từ thông 38 Hình 2. Vector dòng điện, điện áp, và từ thông rotor trên hệ trục tọa độ (d, q) 39 Hình 3.