Nghiên cứu điều khiển thích nghi cho hệ truyền động động cơ không đồng bộ sáu pha

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

Abstract

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

1.4.1. Chiến lược không cảm biến dựa trên phân tích phổ

1.4.2. Chiến lược không cảm biến dựa trên mô hình

1.4.3. Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong các hệ thống truyền động điện

1.4.4. Những vấn đề tồn tại của kỹ thuật ước lượng dựa vào MRAS

1.4.4.1. Độ nhạy của thông số

1.4.4.2. Vấn đề tích phân thuần túy

1.4.4.3. 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

3.3. 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

5.1. Mô hình toán của hệ thống đẩy trong xe điện

5.2. Kết quả mô phỏng và phân tích

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TƯƠNG LAI

0.1. 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

DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC NHỮNG KÝ HIỆU

I. Giới thiệu tổng quan

Nghiên cứu về điều khiển thích nghi cho hệ truyền động động cơ không đồng bộ sáu pha (SPIM) đã thu hút sự quan tâm lớn từ các nhà nghiên cứu trong những thập kỷ gần đây. Hệ thống này không chỉ mang lại những ưu điểm vượt trội so với các hệ thống ba pha mà còn đối mặt với nhiều thách thức trong việc điều khiển do tính phi tuyến và sự không chắc chắn của các thông số. Các vấn đề như nhiễu tải và độ nhạy của thông số máy điện đã làm cho việc phát triển các phương pháp điều khiển hiệu quả trở nên cần thiết. Luận án này tập trung vào việc cải tiến chất lượng điều khiển cho hệ truyền động SPIM thông qua việc áp dụng các kỹ thuật điều khiển phi tuyến kết hợp với các bộ quan sát trạng thái chính xác.

1.1. Tình hình nghiên cứu hiện tại

Trong bối cảnh hiện tại, các nghiên cứu về hệ truyền động động cơ không đồng bộ sáu pha đã chỉ ra rằng việc nâng cao chất lượng của hệ thống điều khiển là rất quan trọng. Các phương pháp điều khiển truyền thống thường gặp khó khăn trong việc duy trì hiệu suất ổn định trong các điều kiện thay đổi. Do đó, việc phát triển các phương pháp điều khiển thích nghi, như công nghệ điều khiển Backstepping và công nghệ điều khiển Hamiltonian, đã được đề xuất nhằm cải thiện khả năng bám đuổi và độ ổn định của hệ thống.

II. Mô hình toán của SPIM và các kỹ thuật điều khiển

Mô hình toán của động cơ không đồng bộ sáu pha được xây dựng dựa trên các phương trình điện từ và cơ học. Việc áp dụng các kỹ thuật điều khiển vector cho hệ truyền động SPIM cho phép cải thiện đáng kể hiệu suất điều khiển. Các phương pháp như điều khiển tựa theo từ thông rotor và điều khiển trực tiếp mô men đã được nghiên cứu và áp dụng. Tuy nhiên, các vấn đề tồn tại trong điều khiển vector truyền thống vẫn cần được giải quyết, đặc biệt là trong các điều kiện không cảm biến tốc độ.

2.1. Các kỹ thuật điều khiển vector

Các kỹ thuật điều khiển vector cho hệ truyền động SPIM bao gồm nhiều phương pháp khác nhau, mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Việc áp dụng kỹ thuật điều khiển Backstepping cho bộ điều khiển tốc độ và từ thông rotor đã cho thấy khả năng cải thiện đáng kể trong việc duy trì độ chính xác và ổn định của hệ thống. Hơn nữa, việc kết hợp các bộ quan sát tốc độ như MRAS đã giúp nâng cao chất lượng điều khiển cho hệ thống không cảm biến tốc độ.

III. Kỹ thuật giảm điện áp common mode

Điện áp common mode cao trong các hệ thống biến tần nguồn áp sáu pha có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng cho hiệu suất của hệ thống. Luận án đã đề xuất một kỹ thuật điều chế mới nhằm giảm thiểu điện áp common mode, từ đó cải thiện chất lượng điều khiển cho hệ truyền động SPIM. Kỹ thuật này không chỉ đơn giản mà còn hiệu quả về mặt kinh tế, giúp giảm thiểu các tác động tiêu cực từ điện áp common mode.

3.1. Nguyên lý điều khiển PWM

Nguyên lý điều khiển PWM cho biến tần nguồn áp sáu pha được thiết kế để tối ưu hóa điện áp đầu ra và giảm thiểu điện áp common mode. Kỹ thuật này cho phép điều chỉnh điện áp một cách linh hoạt, đồng thời duy trì hiệu suất cao cho hệ thống. Việc áp dụng các phương pháp điều chế mới đã chứng minh được tính hiệu quả trong việc kiểm soát điện áp common mode, từ đó nâng cao chất lượng điều khiển cho hệ thống.

IV. Thiết kế bộ quan sát tốc độ thích nghi

Bộ quan sát tốc độ thích nghi là một phần quan trọng trong việc cải thiện chất lượng điều khiển cho hệ truyền động SPIM. Luận án đã đề xuất một bộ quan sát mới dựa trên mô hình tham chiếu dòng stator, giúp nâng cao độ chính xác trong việc ước lượng tốc độ rotor. Việc sử dụng mạng nơ ron trong bộ quan sát đã cho thấy khả năng cải thiện đáng kể trong việc xử lý các vấn đề liên quan đến độ nhạy thông số và nhiễu đo lường.

4.1. Ứng dụng mạng nơ ron

Mạng nơ ron được áp dụng trong bộ quan sát tốc độ nhằm cải thiện khả năng ước lượng tốc độ trong các điều kiện khác nhau. Việc sử dụng mạng nơ ron tuyến tính Adaline với thuật toán LS đã giúp giảm thiểu nỗ lực tính toán và nâng cao độ chính xác trong việc ước lượng tốc độ rotor. Kết quả cho thấy bộ quan sát này hoạt động hiệu quả trong cả trạng thái quá độ và xác lập, từ đó cải thiện chất lượng điều khiển cho hệ thống.

V. Ứng dụng trong hệ truyền động của xe điện

Luận án đã thực hiện ứng dụng hệ truyền động SPIM cho hệ thống đẩy trong xe điện, cho thấy khả năng đáp ứng tốt các yêu cầu của hệ thống này. Việc kết hợp giữa các phương pháp điều khiển và bộ quan sát tốc độ đã giúp nâng cao hiệu suất và độ ổn định của hệ thống. Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ thống truyền động SPIM có thể được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực giao thông vận tải và công nghiệp.

5.1. Kết quả mô phỏng

Các kết quả mô phỏng sử dụng MATLAB/Simulink đã được thực hiện để so sánh hiệu quả của các phương pháp điều khiển đề xuất với các phương pháp truyền thống. Kết quả cho thấy các giải pháp được đề xuất không chỉ cải thiện chất lượng điều khiển mà còn giảm thiểu các vấn đề liên quan đến độ nhạy thông số và nhiễu tải, từ đó mở ra hướng nghiên cứu mới cho các ứng dụng thực tế trong ngành giao thông vận tải.

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