Luận án về điều khiển thích nghi hệ truyền động cho động cơ không đồng bộ sáu pha

• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Điều Khiển Thích Nghi Cho Động Cơ Không Đồng Bộ Sáu Pha
• Loại tài liệu: Luận Án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: MÔ HÌNH TOÁN CỦA SPIM VÀ CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VECTOR KHÔNG GIAN HỆ TRUYỀN ĐỘNG KHÔNG CẢM BIẾN SPIM
• 1.1. Giới thiệu tổng quan
• 1.2. Mô hình toán của SPIM và hệ truyền động SPIM
• 1.2.1. Mô hình toán của SPIM
• 1.2.2. Mô hình toán của hệ truyền động SPIM
• 1.2.3. Các kỹ thuật điều khiển động cơ không đồng bộ sáu pha bất đối xứng
• 1.3. Các kỹ thuật điều khiển vector cho hệ truyền động SPIM
• 1.3.1. Điều khiển tựa theo từ thông rotor
• 1.3.2. Điều khiển trực tiếp mômen (DTC)
• 1.3.3. Vấn đề tồn tại trong điều khiển vector của hệ truyền động SPIM truyền thống và hướng nghiên cứu
• 1.3.3.1. Điều khiển Backstepping
• 1.3.3.2. Điều khiển Hamiltonia
• 1.4. Các kỹ thuật ước lượng tốc độ cho điều khiển vector không cảm biến tốc độ hệ truyền động SPIM
• 1.4.2. Chiến lược không cảm biến dựa trên phân tích phổ
• 1.4.3. Chiến lược không cảm biến dựa trên mô hình
• 1.4.4. Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong các hệ thống truyền động điện
• 1.5. Những vấn đề tồn tại của kỹ thuật ước lượng dựa vào MRAS
• 1.5.1. Độ nhạy của thông số
• 1.5.2. Vấn đề tích phân thuần túy
• 1.5.3. Vấn đề điện áp stator và tính chất phi tuyến của biến tần
• 2. CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM ĐIỆN ÁP COMMON MODE CHO BIẾN TẦN NGUỒN ÁP SÁU PHA
• 2.1. Giới thiệu tổng quan
• 2.2. Kỹ thuật điều chế giảm điện áp common mode cho SPVSI
• 2.2.1. Nguyên lý điều khiển PWM giảm CMV biến tần nguồn áp sáu pha
• 2.2.1.1. Xác định hàm offset và áp điều khiển
• 2.2.1.2. Kỹ thuật sóng mang
• 2.2.2. Kỹ thuật điều khiển PWM giảm CMV cho BNL 6 pha
• 2.2.3. Các kỹ thuật RCMV 4S-CBPWM cho biến tần nguồn áp sáu pha
• 2.2.3.1. Kỹ thuật RCMV4S-CBPWM với CMV trung bình VcomMid
• 2.2.3.2. Kỹ thuật 4S-CBPWM với điện áp common mode tối ưu trị trung bình điện áp common mode vcomOpt
• 2.2.3.3. Kỹ thuật RCMV POD-CBPWM
• 2.2.4. Kết quả nghiên cứu
• 2.2.4.1. Kỹ thuật SIN PD_CBPWM
• 2.2.4.2. Kỹ thuật SIN POD CBPWM
• 2.2.4.3. Kỹ thuật RCMV 4S-PWM với VcomMid
• 2.2.4.4. Kỹ thuật RCMV4S-CBPWM với VcomOpt
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG SPIM
• 3.1. Giới thiệu sơ lược tình hình nghiên cứu
• 3.2. Điều khiển vector (FOC) cho hệ truyền động SPIM
• 3.2.1. Nguyên lý điều khiển FOC
• 3.2.2. Bộ điều khiển PI cho điều khiển vector hệ truyền động SPIM
• 3.2.3. Cấu trúc điều khiển phi tuyến trong điều khiển vector FOC của hệ truyền động SPIM
• 3.2.3.1. Kỹ thuật điều khiển BS đề xuất cho bộ điều khiển tốc độ và từ thông rotor vòng ngoài
• 3.2.3.2. Bộ điều khiển PCH đề xuất cho điều khiển dòng vòng trong
• 3.4. Kết quả nghiên cứu
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ BỘ QUAN SÁT TỐC ĐỘ THÍCH NGHI CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG SPIM KHÔNG CẢM BIẾN TỐC ĐỘ
• 4.1. Giới thiệu sơ lược tình hình nghiên cứu
• 4.2. Ứng dụng NN trong điều khiển không cảm biến hệ truyền động SPIM
• 4.2.1. Giới thiệu về NN
• 4.2.2. Cấu trúc của mạng nơ ron nhân tạo
• 4.2.3. Phân loại mạng nơ ron nhân tạo
• 4.2.4. Các phương pháp huấn luyện mạng nơ-ron
• 4.2.5. NN trong ứng dụng ước lượng tốc độ
• 4.3. Bộ quan sát tốc độ MRAS kinh điển dựa theo từ thông rotor (RF_MRAS)
• 4.4. Bộ quan sát tốc độ NN SM_SC_MRAS
• 4.4.1. Giải thuật ước lượng tốc độ
• 4.4.2. Nhận dạng từ thông rotor và ước lượng điện trở
• 4.4.2.1. Nhận dạng từ thông rotor
• 4.4.2.2. Ước lượng điện trở stator
• 4.5. Phân tích ổn định của bộ quan sát NNSM_SC_MRAS
• 4.6. Kết quả nghiên cứu
• 5. CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG HỆ TRUYỀN ĐỘNG CỦA XE ĐIỆN
• 5.2. Mô hình toán của hệ thống đẩy trong xe điện
• 5.3. Kết quả mô phỏng và phân tích
• KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TƯƠNG LAI
• 5.4. Đề xuất hướng nghiên cứu trong tương lai
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC HÌNH VẼ

I. Giới thiệu về động cơ không đồng bộ sáu pha

Động cơ không đồng bộ sáu pha (SPIM) đã thu hút sự chú ý đáng kể trong nghiên cứu và ứng dụng công nghiệp. SPIM mang lại nhiều lợi ích so với động cơ ba pha truyền thống, bao gồm khả năng hoạt động ổn định hơn và hiệu suất cao hơn. Tuy nhiên, việc điều khiển SPIM cũng gặp phải nhiều thách thức do tính phi tuyến và sự không chắc chắn trong các thông số. Các vấn đề này bao gồm nhiễu tải và độ nhạy của thông số máy điện. Do đó, việc phát triển các phương pháp điều khiển thích nghi cho SPIM là rất cần thiết để cải thiện hiệu suất và độ ổn định của hệ thống.

1.1. Các vấn đề trong điều khiển SPIM

Hệ thống điều khiển SPIM phải đối mặt với nhiều vấn đề phức tạp hơn so với động cơ ba pha. Tính phi tuyến của SPIM dẫn đến khó khăn trong việc thiết lập các mô hình điều khiển chính xác. Ngoài ra, sự không chắc chắn trong các thông số máy điện và nhiễu tải có thể làm giảm hiệu suất điều khiển. Các nghiên cứu hiện tại đã chỉ ra rằng việc áp dụng các kỹ thuật điều khiển phi tuyến như Backstepping và Hamiltonian có thể cải thiện đáng kể chất lượng điều khiển cho SPIM.

II. Cấu trúc điều khiển phi tuyến BS_PCH

Cấu trúc điều khiển phi tuyến BS_PCH được đề xuất nhằm cải thiện chất lượng điều khiển vector cho SPIM. Bộ điều khiển tốc độ vòng ngoài sử dụng kỹ thuật Backstepping kết hợp với thành phần tích phân sai số theo dõi để tăng độ chính xác. Điều này giúp cải thiện tính bền vững của bộ điều khiển trong các điều kiện thay đổi tham số máy điện và nhiễu tải. Bộ điều khiển PCH cho dòng vòng trong cũng được thiết kế để đảm bảo khả năng bám đuổi tham chiếu và ổn định trong quá trình hoạt động.

2.1. Lợi ích của cấu trúc BS_PCH

Cấu trúc BS_PCH không chỉ cải thiện độ chính xác mà còn tăng cường khả năng ổn định của hệ thống điều khiển. Việc sử dụng các bộ quan sát trạng thái chính xác là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng điều khiển tốt cho SPIM. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng BS_PCH có thể giúp giảm thiểu các vấn đề liên quan đến độ nhạy tham số và nhiễu tải, từ đó nâng cao hiệu suất tổng thể của hệ thống.

III. Bộ quan sát tốc độ NNSM_SC_MRAS

Bộ quan sát tốc độ NNSM_SC_MRAS được phát triển để cải thiện chất lượng ước lượng tốc độ cho SPIM, đặc biệt là trong vùng tốc độ thấp và gần bằng không. Bộ quan sát này sử dụng mô hình tham chiếu dòng stator và mạng nơ ron để ước lượng tốc độ rotor. Việc áp dụng mạng nơ ron tuyến tính Adaline với thuật toán LS giúp giảm nỗ lực tính toán và khắc phục một số nhược điểm của các phương pháp trước đó.

3.1. Tính năng của NNSM_SC_MRAS

Bộ quan sát NNSM_SC_MRAS hoạt động trong chế độ dự báo, giúp tăng tốc độ hội tụ của thuật toán và giảm sai số ước lượng tốc độ. Việc sử dụng mô hình tham chiếu dòng stator giúp tránh các vấn đề tích phân thuần túy và ảnh hưởng của thay đổi tham số động cơ. Điều này không chỉ cải thiện độ chính xác của tốc độ ước lượng mà còn nâng cao chất lượng điều khiển cho hệ thống SPIM.

IV. Kỹ thuật giảm điện áp common mode

Kỹ thuật giảm điện áp common mode (RCMV) cho biến tần nguồn áp sáu pha là một phần quan trọng trong việc nâng cao chất lượng điều khiển cho SPIM. Kỹ thuật này giúp triệt tiêu ảnh hưởng bất lợi của điện áp common mode, từ đó cải thiện hiệu suất và độ ổn định của hệ thống. Việc áp dụng RCMV không chỉ đơn giản mà còn hiệu quả về mặt kinh tế, giúp giảm điện áp common mode xuống mức thấp nhất có thể.

4.1. Ứng dụng RCMV trong SPIM

Kỹ thuật RCMV đã được áp dụng thành công trong các hệ thống điều khiển SPIM, giúp cải thiện đáng kể chất lượng điều khiển. Việc kết hợp giữa bộ quan sát NNSM_SC_MRAS và cấu trúc điều khiển phi tuyến BS_PCH đã tạo ra một hệ thống điều khiển mạnh mẽ, có khả năng bám đuổi tín hiệu đặt và ổn định trong các điều kiện thay đổi tham số. Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống này đáp ứng tốt các yêu cầu của hệ thống đẩy trong xe điện.