MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài: Ngày nay hệ thống truyền động động cơ không đồng bộ với cấu trúc bộ biến tần bán dẫn – động cơ không đồng bộ đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Bên cạnh đó cùng với những tiến bộ vượt bậc về điều khiển cả về lý thuyết lẫn đảm bảo phần cứng, mở ra khả năng nghiên cứu đối với những hệ thống truyền động chất lượng cao, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu động học cũng như bền vững trong môi trường phụ tải biến động. Hệ truyền động không đồng bộ có thể là hệ scalar (vô hướng) và vector, trong đó hệ scalar làm việc dựa trên các đặc tính của quá trình xác lập nên gặp khó khăn khi đảm bảo các quá trình động học. Còn đối với hệ điều khiển vector, dựa trên các quá trình tức thời theo thời gian nên có thể kiểm soát hiệu quả các quá trình động học phức tạp.
Hệ điều khiển vector có thể là hệ điều khiển tựa theo từ thông rotor (FOC), hệ điều khiển trực tiếp mô-men (DTC), trong đó FOC có ưu điểm là phân ly được quá trình điều khiển từ thông và quá trình sinh mô-men, vì vậy FOC là hệ thống điều khiển vector nhận được sự quan tâm nhiều nhất từ trước đến nay. Như chúng ta đã biết, một hệ truyền động động cơ KĐB ghép nối với tải qua khớp cứng hay khớp mềm có đặc điểm như các quá trình điện từ xảy ra trong bộ biến đổi điện cơ, đó là bao gồm bộ biến đổi bán dẫn công suất và động cơ, với hằng số thời gian nhanh hơn nhiều so với quá trình cơ học. Đồng thời phải kể các loại phụ tải, mô-men quán tính, kết cấu cơ khí trục nối động cơ với phụ tải như hộp số và các trục chuyển động quay, khe hở…Bên cạnh đó về phần điều khiển hệ thống thường có dạng cấu trúc điều khiển thường có phân cấp (cascade), bao gồm các mạch vòng dòng stator bên trong tác động nhanh, đến mạch vòng từ thông và các mạch vòng bên ngoài như mạch vòng tốc độ, mạch vòng vị trí, hoặc các mạch vòng công nghệ khác với hằng số thời gian lớn hơn. Những thành phần này rất quan trọng, ảnh hưởng đến cải thiện, nâng cao chất lượng truyền động trong nghiên cứu lý thuyết cũng như triển khai xuống thực tiễn sản xuất.
Với cấu trúc FOC tiêu biểu nhận thấy có các mạch vòng điều khiển mô-men thông qua bộ điều khiển dòng stator và mạch vòng điều khiển tốc độ. Trong đó mạch vòng mô-men cho hệ truyền động KĐB gặp nhiều khó khăn, bởi vì trong mô hình động cơ KĐB là hệ đa biến, dòng stator có tính phi tuyến và xen kênh, hai biến trạng thái dòng rotor và từ thông là không thể thường xuyên đo được, điện trở rotor tăng lên theo nhiệt độ trong quá trình vận hành, làm ảnh hưởng đến chất lượng điều khiển truyền động điện. Mạch vòng điều khiển tốc độ thì phụ thuộc vào các loại tải, mô-men quán tính và cơ cấu ghép nối trục, …Những yếu tố này nếu được giải quyết triệt để, phù hợp với yêu cầu công nghệ thực tiễn, sẽ góp phần vào nâng cao chất lượng điều khiển truyền động điện. Chính vì vậy nhận thấy cấu trúc điều khiển FOC thường giải quyết vấn đề khó khắn trên bằng các phương pháp thiết kế tuyến tính hay gần đây là các phương pháp phi tuyến.
Trong đó phương pháp tuyến tính với bộ điều chỉnh PI được áp dụng cho hầu hết các hệ truyền động công nghiệp thông thường, có những giới hạn vì chỉ 9 luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep đúng cho các chế độ quanh điểm xác lập. Đối với các phương pháp điều khiển phi tuyến với yêu cầu tính toán phức tạp hơn, nhưng sẽ có vùng làm việc được chỉ ra rộng hơn nhiều so với chỉ các điểm xác lập. Qua nghiên cứu nhận thấy rằng có nhiều công trình nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển mô-men cũng như điều khiển tốc độ. Những kết quả nghiên cứu trước đây đạt được là áp đặt mô-men nhanh và chính xác, đáp ứng tốc độ nhanh, quá điều chỉnh nhỏ và biên độ mô-men nhỏ.
Tuy nhiên chưa thấy một công trình nào đánh giá và so sánh các phương pháp điều khiển tuyến tính và phi tuyến, để giải quyết triệt để những khó khăn mắc phải của bộ điều khiển mô-men và bộ điều khiển tốc độ. Đồng thời thông qua nghiên cứu tổng quan các phương pháp điều khiển mô-men và tốc độ động cơ KĐB trong cấu trúc FOC nhận thấy, các nghiên cứu thường chỉ tập trung áp dụng một phương pháp thiết kế nào đó, tuyến tính hay phi tuyến, để đảm bảo hay cải thiện một phần đặc tính của hệ truyền động. Chưa thấy công trình nào đưa ra cách kết hợp mạch vòng điều khiển tốc độ với mạch vòng mô-men nhanh và chính xác phù hợp với truyền động động cơ ghép với tải qua khớp nối điển hình (ghép nối cứng và ghép nối mềm). Chính vì vậy vấn đề cấp bách đặt ra hiện nay chính là “cần nghiên cứu các cấu trúc điều khiển vector kết hợp mạch vòng điều khiển tốc độ với mạch vòng điều khiển mô-men tác động nhanh, chính xác trong truyền động động cơ KĐB ghép với tải qua khớp nối điển hình, nhằm đưa ra một hệ truyền động chất lượng, có khả năng áp dụng trong thực tiễn bởi những công cụ điều khiển hiện đại”.
Đối tượng nghiên cứu: Cấu trúc điều khiển vector làm việc theo nguyên lý tựa từ thông rotor cho truyền động động cơ không đồng bộ ghép với tải qua khớp nối điển hình (khớp nối cứng và khớp nối mềm). Mục đích nghiên cứu: Phân tích, tổng hợp và hoàn thiện các phương pháp thiết kế điều khiển dòng stator, tốc độ trong điều khiển FOC cho động cơ KĐB, nhằm đưa ra cấu trúc phù hợp điều khiển hệ truyền động động cơ KĐB ghép với tải qua khớp nối điển hình, để cải thiện chất lượng truyền động. Phạm vi nghiên cứu: Điều khiển mô-men cho động cơ KĐB theo phương pháp FOC. Điều khiển hệ truyền động KĐB theo phương pháp FOC ghép với tải qua khớp nối điển hình (khớp nối cứng và khớp nối mềm) với mô-men quán tính J, mô-men cản không thay đổi, trong dải tốc độ cơ bản.
Phương pháp nghiên cứu: + Tổng hợp các phương pháp thiết kế điều khiển mô-men và tốc độ. + Đánh giá và hoàn thiện các phương pháp điều khiển mạch vòng dòng stator và tốc độ. + Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ phi tuyến cho truyền động động cơ KĐB với mạch vòng mô-men tác động nhanh và chính xác nhờ bộ điều khiển dòng stator, áp dụng cho động cơ ghép với tải qua khớp nối mềm. 10 luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep + Mô phỏng off-line Matlab/Simulink, mô phỏng thời gian thực HIL.
Ý nghĩa của đề tài: Đưa ra nghiên cứu tổng hợp cấu trúc điều khiển vector truyền động động cơ KĐB ghép với tải qua khớp nối cứng và mềm, đảm bảo chất lượng truyền động với khả năng ứng dụng thực tiễn. Từ đó tư vấn, giúp ích cho kỹ sư cách đánh giá khái quát khi kết hợp thiết kế các mạch vòng điều chỉnh, theo các phương pháp điều khiển khác nhau, để đạt được tiêu chí chất lượng điều khiển truyền động đặt ra. Từ các mục tiêu đặt ra ta sẽ dễ dàng khẳng định được: Ý nghĩa khoa học: Đề tài tổng hợp, đánh giá các phương pháp thiết kế các cấu trúc điều khiển hệ truyền động FOC hiện đại, kết hợp cả tuyến tính lẫn phi tuyến, có khả năng ứng dụng thực tiễn. Bên cạnh đó đưa ra giải pháp hoàn thiện bộ điều chỉnh dòng stator đảm bảo nhanh, chính xác và tách kênh.
Đồng thời đưa ra cấu trúc điều khiển vector truyền động động cơ không đồng bộ ghép với tải qua khớp nối cứng và mềm kết hợp mạch vòng mô-men tác động nhanh và chính xác. Tính đúng đắn của lý thuyết được minh chứng bằng mô phỏng off-line, mô phỏng thời gian thực HIL, mô hình thực nghiệm. Ý nghĩa thực tiễn: Đề xuất được cấu trúc điều khiển vector truyền động động cơ KĐB ghép với tải qua khớp nối mềm, với mạch vòng dòng stator thiết kế tốt, đảm bảo các yêu cầu về chất lượng truyền động điện. Với kết quả đóng góp của luận án là định hướng thiết kế cho các kỹ sư và ứng dụng các bộ điều khiển biến tần cho động cơ vào thực tiễn công nghiệp.