I. Giới thiệu
Luận văn thạc sĩ 'Tự Động Hóa Điều Khiển Thích Nghi Vị Trí Động Cơ Không Đồng Bộ' tập trung vào việc phát triển hệ thống điều khiển thích nghi cho động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) rotor lồng sóc. Động cơ này được sử dụng rộng rãi nhờ kết cấu vững chắc và giá thành hợp lý. Tuy nhiên, yêu cầu về độ chính xác trong điều khiển đòi hỏi các giải pháp tiên tiến. Điều khiển vector dựa trên định hướng từ trường đã được áp dụng để tách mô-men xoắn và thông lượng, tương tự như động cơ DC. Với sự phát triển của điện tử công suất và bộ vi xử lý, các hệ thống điều khiển ĐCKĐB đã đạt được hiệu quả cao. Tuy nhiên, các hệ thống tuyến tính vẫn bị ảnh hưởng bởi sự không chắc chắn về tham số và nhiễu phụ tải. Điều khiển chế độ trượt được đề xuất để giải quyết các vấn đề này, mang lại hiệu suất cao và khả năng chống nhiễu tốt.
1.1 Mục đích nghiên cứu
Mục đích chính của luận văn là xây dựng bộ điều khiển thích nghi cho ĐCKĐB, có khả năng đối phó với nhiễu tải bên ngoài và sự thay đổi thông số động cơ. Nghiên cứu này nhằm cải thiện độ chính xác và ổn định của hệ thống truyền động, đáp ứng yêu cầu thực tiễn trong các ứng dụng công nghiệp.
1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là ĐCKĐB 3 pha rotor lồng sóc. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc xây dựng hệ thống điều khiển thích nghi, tập trung vào việc xử lý nhiễu tải và sự thay đổi thông số động cơ. Nghiên cứu được thực hiện thông qua mô hình lý thuyết và mô phỏng, sau đó kiểm chứng bằng thực nghiệm.
II. Tổng quan về động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) là thiết bị được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp nhờ kết cấu đơn giản và giá thành thấp. Mô hình liên tục của ĐCKĐB được xây dựng dựa trên các phương trình điện áp stator và rotor, cùng với phương trình từ thông và mô-men quay. Mô hình này được biểu diễn trong hệ tọa độ 3 pha và hệ tọa độ dq. Trong hệ tọa độ dq, các phương trình được đơn giản hóa, giúp dễ dàng thiết kế các bộ điều khiển. Mô hình trạng thái của ĐCKĐB được sử dụng để thiết kế các khâu điều khiển và quan sát, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và chính xác.
2.1 Mô hình liên tục trong hệ tọa độ af
Mô hình liên tục của ĐCKĐB trong hệ tọa độ af được xây dựng dựa trên các phương trình điện áp stator và rotor. Các thành phần a và β của điện áp stator, dòng stator và từ thông rotor được biểu diễn dưới dạng vector. Mô hình này được sử dụng để thiết kế các khâu điều khiển và quan sát trên hệ tọa độ af, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.
2.2 Mô hình liên tục trong hệ tọa độ dq
Trong hệ tọa độ dq, các phương trình của ĐCKĐB được đơn giản hóa, giúp dễ dàng thiết kế các bộ điều khiển. Mô hình này bao gồm các phương trình điện áp stator và rotor, cùng với phương trình từ thông và mô-men quay. Mô hình trạng thái trong hệ tọa độ dq được sử dụng để thiết kế các khâu điều khiển, đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác và ổn định.
III. Điều khiển vector tựa theo từ thông rotor
Điều khiển vector tựa theo từ thông rotor (FOC) là phương pháp điều khiển hiện đại, được áp dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền động chất lượng cao. Phương pháp này dựa trên nguyên lý tách mô-men xoắn và thông lượng, tương tự như động cơ DC. Vector không gian và hệ tọa độ từ thông được sử dụng để biểu diễn các đại lượng điện từ trong động cơ. Điều chế vector không gian (SVPWM) được áp dụng để điều khiển nghịch lưu, giúp tạo ra các vector điện áp chuẩn, đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả.
3.1 Nguyên lý điều chế vector không gian
Nguyên lý điều chế vector không gian (SVPWM) dựa trên việc tạo ra các vector điện áp chuẩn từ các trạng thái đóng ngắt của các van bán dẫn. Các vector này được sử dụng để điều khiển nghịch lưu, giúp tạo ra dòng điện và từ thông mong muốn trong động cơ. Phương pháp này đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và ổn định.
3.2 Thiết kế bộ điều khiển tựa theo từ thông
Bộ điều khiển tựa theo từ thông được thiết kế dựa trên mô hình trạng thái của ĐCKĐB. Các khâu điều khiển và quan sát được thiết kế để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và chính xác. Bộ điều khiển này có khả năng đối phó với sự thay đổi thông số động cơ và nhiễu phụ tải, đảm bảo hiệu suất cao trong các ứng dụng thực tế.
IV. Điều khiển chế độ trượt vị trí động cơ không đồng bộ
Điều khiển chế độ trượt là phương pháp điều khiển phi tuyến, được sử dụng để đối phó với sự không chắc chắn về tham số và nhiễu phụ tải. Phương pháp này mang lại hiệu suất cao và khả năng chống nhiễu tốt. Lý thuyết ổn định Lyapunov được sử dụng để phân tích sự ổn định của bộ điều khiển. Bộ điều khiển trượt được thiết kế để điều khiển tốc độ và vị trí của ĐCKĐB, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và chính xác trong các điều kiện khác nhau.
4.1 Thiết kế bộ điều khiển trượt
Bộ điều khiển trượt được thiết kế dựa trên lý thuyết ổn định Lyapunov. Các tham số của bộ điều khiển được điều chỉnh để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và chính xác. Bộ điều khiển này có khả năng đối phó với sự thay đổi thông số động cơ và nhiễu phụ tải, đảm bảo hiệu suất cao trong các ứng dụng thực tế.
4.2 Ứng dụng điều khiển trượt trong điều khiển vị trí
Bộ điều khiển trượt được áp dụng để điều khiển vị trí của ĐCKĐB. Các kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy bộ điều khiển này có khả năng bám theo quỹ đạo tốt và ổn định với sự thay đổi tham số và nhiễu phụ tải. Phương pháp này mang lại hiệu suất cao và khả năng chống nhiễu tốt, đáp ứng yêu cầu thực tiễn trong các ứng dụng công nghiệp.
V. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm
Các kết quả mô phỏng và thực nghiệm được thực hiện để kiểm chứng hiệu quả của bộ điều khiển trượt. Mô phỏng điều khiển PI và điều khiển trượt được thực hiện để so sánh hiệu suất của hai phương pháp. Kết quả cho thấy bộ điều khiển trượt có khả năng bám theo quỹ đạo tốt và ổn định với sự thay đổi tham số và nhiễu phụ tải. Thực nghiệm điều khiển PI và điều khiển trượt cũng được thực hiện để kiểm chứng kết quả mô phỏng. Các kết quả thực nghiệm cho thấy bộ điều khiển trượt mang lại hiệu suất cao và khả năng chống nhiễu tốt, đáp ứng yêu cầu thực tiễn trong các ứng dụng công nghiệp.
5.1 Kết quả mô phỏng
Các kết quả mô phỏng cho thấy bộ điều khiển trượt có khả năng bám theo quỹ đạo tốt và ổn định với sự thay đổi tham số và nhiễu phụ tải. So sánh với bộ điều khiển PI, bộ điều khiển trượt mang lại hiệu suất cao hơn và khả năng chống nhiễu tốt hơn. Các kết quả này khẳng định hiệu quả của phương pháp điều khiển trượt trong các ứng dụng thực tế.
5.2 Kết quả thực nghiệm
Các kết quả thực nghiệm cho thấy bộ điều khiển trượt có khả năng bám theo quỹ đạo tốt và ổn định với sự thay đổi tham số và nhiễu phụ tải. So sánh với bộ điều khiển PI, bộ điều khiển trượt mang lại hiệu suất cao hơn và khả năng chống nhiễu tốt hơn. Các kết quả này khẳng định hiệu quả của phương pháp điều khiển trượt trong các ứng dụng thực tế.
VI. Kết luận và hướng phát triển
Luận văn đã trình bày các phương pháp điều khiển thích nghi cho ĐCKĐB, tập trung vào điều khiển chế độ trượt. Các kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy bộ điều khiển trượt mang lại hiệu suất cao và khả năng chống nhiễu tốt. Phương pháp này có thể được áp dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp, đáp ứng yêu cầu thực tiễn. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm việc cải tiến các thuật toán điều khiển và tích hợp các công nghệ mới để nâng cao hiệu suất và độ chính xác của hệ thống.
6.1 Kết luận
Luận văn đã trình bày các phương pháp điều khiển thích nghi cho ĐCKĐB, tập trung vào điều khiển chế độ trượt. Các kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy bộ điều khiển trượt mang lại hiệu suất cao và khả năng chống nhiễu tốt. Phương pháp này có thể được áp dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp, đáp ứng yêu cầu thực tiễn.
6.2 Hướng phát triển
Hướng phát triển trong tương lai bao gồm việc cải tiến các thuật toán điều khiển và tích hợp các công nghệ mới để nâng cao hiệu suất và độ chính xác của hệ thống. Nghiên cứu cũng có thể mở rộng sang các loại động cơ khác và các ứng dụng mới trong công nghiệp.
