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.
