Sử dụng logic mờ trong điều khiển động cơ không đồng bộ

LÝ LỊCH KHOA HỌC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

ABSTRACT

MỤC LỤC

Lý lịch khoa học

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Danh sách các hình

Danh sách các chữ viết tắt

Danh sách các bảng

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về đề tài

1.2. Các phương pháp điều khiển

1.2.1. Điều khiển vô hướng động cơ không đồng bộ (scalar)

1.2.2. Phương pháp điều chế vector không gian

1.2.3. Điều khiển định hướng trường

1.2.4. Điều khiển định hướng từ thông rotor trực tiếp

1.2.5. Điều khiển định hướng từ thông rotor gián tiếp

1.2.6. Điều khiển độ rộng xung theo định hướng trường

1.3. Những kỹ thuật tiên tiến hiện nay

1.3.1. Điều khiển thông minh

1.3.2. Những kỹ thuật khác

1.4. Trình tự mô phỏng động cơ không đồng bộ

1.4.1. Xây dựng mô hình toán học của động cơ không đồng bộ cho cấu trúc điều khiển

1.4.2. Kiểm tra thiết bị truyền động AC

1.4.3. Phương pháp điều khiển, xây dựng và thiết kế bộ điều khiển đi kèm

1.5. Mục tiêu đề tài

1.6. Phạm vi nghiên cứu

1.7. Nội dung luận văn

1.8. Đề tài tham khảo

2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

2.1. Giới thiệu về động cơ không đồng bộ ba pha

2.2. Vector không gian của các đại lượng ba pha

2.2.1. Xây dựng vector không gian

2.2.2. Chuyển hệ tọa độ cho vector không gian

2.2.3. Biểu diễn các vector không gian trên hệ tọa độ từ thông rotor

2.3. Mô hình của động cơ không đồng bộ ba pha

2.3.1. Lý do xây dựng mô hình

2.3.2. Hệ phương trình cơ bản của động cơ

2.3.3. Các tham số của động cơ

2.3.4. Mô hình trạng thái của động cơ trên hệ tọa độ stator

2.3.5. Mô hình trạng thái của động cơ trên hệ tọa độ rotor

2.3.6. Ưu điểm của việc mô tả động cơ không đồng bộ ba pha trên hệ tọa độ từ thông rotor

3. CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TRƯỜNG

3.1. Đại cương về phương pháp FOC

3.2. Cấu trúc FOC

3.2.1. Giới thiệu cấu trúc cơ bản của FOC

3.2.2. Xây dựng thuật toán điều khiển

3.2.3. Cấu trúc hiện đại của FOC

3.3. Mô phỏng phương pháp FOC bằng Simulink/Matlab

3.3.1. Sơ đồ cấu trúc của phương pháp FOC trong Simulink/Matlab

3.3.2. Giải thích nguyên lí hoạt động

3.4. Kết quả mô phỏng điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp FOC

3.4.1. Tham số mô phỏng

3.4.2. Trình tự mô phỏng

3.4.3. Kết quả mô phỏng điều khiển FOC trong matlab Simulink

3.4.3.1. Khi động cơ ở chế độ không tải

3.4.3.2. Khi động cơ có moment mT=2 (N)

3.4.3.3. Khi động cơ có moment mT=5 (N)

3.4.3.4. Khi hãm động cơ (tăng tải của động cơ, cho mT=8 N)

3.4.3.5. Thay đổi tốc độ động cơ (mT=5)

3.4.3.6. Đảo chiều quay động cơ (mT=5)

3.5. Nhận xét kết mô phỏng điều khiển FOC

4. CHƯƠNG 4: DÙNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PID MỜ ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

4.1. Bộ điều chỉnh PI – Fuzzy

4.2. Quy tắc cơ bản thiết kế cho các đầu ra

4.3. Thiết kế của Fuzzy Logic Controller sử dụng MATLAB

4.4. Mô phỏng điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ

4.5. Kết quả mô phỏng điều khiển FOC trong matlab Simulink

4.5.1. Khi động cơ ở chế độ không tải

4.5.2. Khi động cơ có moment mT=2 (N)

4.5.3. Khi động cơ có moment mT=5 (N)

4.5.4. Khi hãm động cơ (tăng tải động, cho moment mT=8 N)

4.5.5. Thay đổi tốc độ động cơ (mT=5 N)

4.5.6. Đảo chiều quay động cơ (mT=5 N)

4.6. Phần So sánh với khâu PID mờ của đề tài Thạc sỹ Phạm Văn Lực

4.7. Cấu trúc bộ điều khiển PID mờ lai

4.8. Xây dựng các bộ điều khiển PI mờ

4.9. Mô phỏng điều khiển định hướng trường động cơ không đồng bộ dựa vào ước lượng từ thông rotor có bộ điều khiển mờ PI để điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ

4.10. Mặt tích cực và hạn chế trong luận văn so sánh

5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN, HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

5.1. Hướng phát triển

Tài liệu tham khảo

I. Tổng quan về đề tài

Đề tài 'Sử dụng logic mờ trong điều khiển động cơ không đồng bộ' tập trung vào việc cải tiến phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ bằng cách áp dụng logic mờ. Động cơ không đồng bộ ba pha là thiết bị chủ lực trong truyền động điện xoay chiều, nổi bật với cấu tạo đơn giản và hiệu suất cao. Tuy nhiên, việc điều khiển loại động cơ này gặp nhiều khó khăn do tính phi tuyến mạnh mẽ của nó. Phương pháp điều khiển định hướng trường (Field Oriented Control - FOC) đã được sử dụng phổ biến, nhưng vẫn cần cải tiến để đạt hiệu quả cao hơn. Luận văn này nhằm mục đích phát triển một phương pháp điều khiển PI mờ, cho phép thay đổi động các thông số Kp và Ki theo yêu cầu điều khiển tốc độ động cơ. Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp này mang lại hiệu quả rõ rệt trong việc điều khiển động cơ không đồng bộ.

1.1 Các phương pháp điều khiển

Trong lĩnh vực điều khiển động cơ không đồng bộ, có nhiều phương pháp khác nhau được áp dụng. Điều khiển vô hướng là phương pháp đơn giản nhất, cho phép điều chỉnh biên độ và tần số của dòng điện và điện áp. Phương pháp điều chế vector không gian (Space Vector Modulation - SVM) cũng được sử dụng rộng rãi, giúp tối ưu hóa hiệu suất điều khiển. Tuy nhiên, các phương pháp này vẫn có những hạn chế nhất định, đặc biệt là trong việc điều khiển động cơ ở các chế độ tải khác nhau. Việc áp dụng logic mờ vào điều khiển động cơ không đồng bộ có thể khắc phục những hạn chế này, mang lại sự linh hoạt và hiệu quả cao hơn trong quá trình điều khiển.

II. Mô hình toán động cơ không đồng bộ

Mô hình toán học của động cơ không đồng bộ là cơ sở để xây dựng các thuật toán điều khiển. Mô hình này giúp xác định các tham số quan trọng như từ thông, moment và tốc độ của động cơ. Việc xây dựng mô hình toán học cho động cơ không đồng bộ ba pha cần phải xem xét đến các yếu tố như cấu trúc điều khiển và các tham số động học. Mô hình này không chỉ giúp trong việc phân tích hiệu suất động cơ mà còn hỗ trợ trong việc thiết kế các bộ điều khiển hiệu quả. Sự chính xác của mô hình toán học sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của phương pháp điều khiển được áp dụng. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển mô hình toán học là rất cần thiết trong việc ứng dụng logic mờ vào điều khiển động cơ không đồng bộ.

2.1 Xây dựng mô hình toán học

Xây dựng mô hình toán học cho động cơ không đồng bộ bao gồm việc xác định các phương trình cơ bản mô tả hành vi của động cơ. Các phương trình này thường được xây dựng dựa trên các nguyên lý vật lý cơ bản và các tham số kỹ thuật của động cơ. Việc mô hình hóa cần phải đảm bảo tính chính xác và khả năng phản ánh đúng các đặc tính của động cơ trong thực tế. Mô hình toán học sẽ được sử dụng để kiểm tra và tối ưu hóa các thuật toán điều khiển, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ. Sự kết hợp giữa mô hình toán học và logic mờ sẽ tạo ra một hệ thống điều khiển thông minh, có khả năng tự điều chỉnh theo các điều kiện hoạt động khác nhau.

III. Điều khiển định hướng trường

Phương pháp điều khiển định hướng trường (FOC) là một trong những phương pháp tiên tiến nhất trong việc điều khiển động cơ không đồng bộ. FOC cho phép điều khiển độc lập từ thông và moment, giúp cải thiện đáng kể hiệu suất điều khiển. Tuy nhiên, việc áp dụng FOC cũng gặp phải một số thách thức, đặc biệt là trong việc xác định các tham số điều khiển chính xác. Luận văn này đề xuất việc kết hợp FOC với logic mờ để tạo ra một phương pháp điều khiển hiệu quả hơn. Sự kết hợp này không chỉ giúp cải thiện độ chính xác trong việc điều khiển động cơ mà còn tăng cường khả năng thích ứng với các thay đổi trong điều kiện hoạt động.

3.1 Cấu trúc FOC

Cấu trúc của phương pháp FOC bao gồm các thành phần chính như bộ điều khiển, cảm biến và động cơ. Bộ điều khiển sẽ nhận tín hiệu từ cảm biến và điều chỉnh các tham số điều khiển để đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả. Việc áp dụng logic mờ vào cấu trúc FOC sẽ giúp cải thiện khả năng điều chỉnh các tham số này, từ đó nâng cao hiệu suất điều khiển. Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc sử dụng logic mờ trong FOC mang lại những cải tiến đáng kể về mặt hiệu suất và độ ổn định của hệ thống điều khiển.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Luận văn đã trình bày một cách chi tiết về việc ứng dụng logic mờ trong điều khiển động cơ không đồng bộ. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng phương pháp điều khiển PI mờ có thể cải thiện đáng kể hiệu suất điều khiển so với các phương pháp truyền thống. Việc áp dụng logic mờ không chỉ giúp tăng cường khả năng điều chỉnh mà còn tạo ra một hệ thống điều khiển linh hoạt hơn. Hướng phát triển tiếp theo có thể bao gồm việc mở rộng ứng dụng của logic mờ trong các lĩnh vực khác của điều khiển tự động, cũng như nghiên cứu sâu hơn về các thuật toán điều khiển mới.

4.1 Hướng phát triển

Hướng phát triển trong tương lai có thể tập trung vào việc tối ưu hóa các thuật toán điều khiển dựa trên logic mờ. Nghiên cứu có thể mở rộng ra các loại động cơ khác nhau và các ứng dụng trong công nghiệp. Việc kết hợp logic mờ với các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và học máy cũng có thể mang lại những cải tiến đáng kể trong hiệu suất điều khiển. Sự phát triển này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả hoạt động của động cơ mà còn góp phần vào việc phát triển các hệ thống điều khiển thông minh trong tương lai.

Luận văn thạc sĩ HCMUTE về điều khiển động cơ không đồng bộ bằng logic mờ