eS ae ee SA eee ee eM eee ee ee rl fw ñ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO fe A TRUONG DAI HOC SU’ PHAM KY THUAT lì E THANH PHO HO CHi MINH lí | 1 nÌ hị il bj l l i E nl E I lỗ al i l th ll ] i LUAN VAN THAC Si ry hì NGUYÊN DUY QUANG lf, Ỉ [ : E “a : co ] dl THIET KE BO QUAN SAT TRUOT TRONG ĐIÊU KHIEN DỊ | VẬN TÓC DONG CO’ PMSM KHONG CAM BIEN fw 5 {| dl : Ỉ [ Ey e Ef E i TY al j A Ey i je i] ral al lĩ E [E dl : | fT nÌ : ef NGANH: KY THUAT DIEN - 8520201 TH = Un] il i 4 lf; Dị E F SKC 006578 l a a rl ra A Ey Ï [FE al l ra n Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05/2020 DI nl id ee eee eee ee ee ee ee eee ee ae ae LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày.
năm 2020 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Duy Quang LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy TS. Nguyễn Nhân Bỗn, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện quyền luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong KHOA VÀ TRƯỜNG, các cán bộ phòng Đào Tạo đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập và trong quá trình hoàn thành quyên luận văn này. Tôi xin cảm ơn các bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện đề tôi hoàn thành luận văn này.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn cha mẹ và người thân đã luôn ở bên tôi và động viên tôi rất nhiều đề tôi hoàn thành khóa học này. Nguyễn Duy Quang 1 TOM TAT Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) đã nhận được nhiều sự quan tâm trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau cho nhiều ứng dụng điều chỉnh tốc độ và vị trí. Các PMSM hiện đại có khả năng tạo ra mô-men xoắn không đổi, mật độ công suất cao, hiệu suất cao, động lực nhanh và cấu trúc chắc chắn. Thông thường, một cảm biến cơ học có độ chính xác cao được sử dụng đề thu được vị trí góc của rôto.
Tuy nhiên, sự tồn tại của cảm biến cơ học sẽ làm tăng chi phí sản xuất và kích thước của PMSM. Ngoài ra, cảm biến cơ học rất nhạy cảm với các hạn chế của môi trường như độ rung và nhiệt độ. Do đó, nó làm giảm độ tin cậy trong diéu khién. Điều khiển không cảm biến là một chủ đề thách thức được các nhà nghiên cứu quan tâm trong thập kỷ qua.
Việc không có cảm biến vật lý sẽ làm tăng độ tin cậy của hệ thống, giảm chỉ phí sản xuất và giảm thiêu kích thước của PMSM. Trình quan sát chế độ trượt (SMO) có các tính năng hấp dẫn về thiết kế toán học và độ mạnh đối với sự thay đổi tham số hệ thống, nhiễu và nhiễu so với các quan sát viên khác của phương pháp dựa trên mô hình. Trong luận văn này, một chiến lược mới cho SMO được đề xuất để cải thiện độ chính xác ước tính vị trí góc của rotor. Một SMO với mức tăng quan sát thích nghi và LPF xếp tầng với tần số cắt biến đổi được thiết kế để khắc phục các vấn đề SMO thông thường.
Độ lợi của bộ quan sát thích ứng nhằm mục đích giảm vấn đề chattering trong toàn bộ dãy tốc độ thay vì sử dụng một bộ quan sát với độ lợi cố định. Phân tích ổn định được thực hiện dựa trên đánh giá ổn định dùng hàm định luật Lyapunov. Kết quả thí nghiệm cũng cho thấy vị trí góc rôto ước tính trên các chiến lược được để xuất cho ước tính chính xác. 11 ABSTRACT A permanent magnet synchronous motor (PMSM) has been receiving high attention in various industry fields for much adjustable speed and position applications.
Modern PMSMs have the ability to produce constant torque, high power density, high efficiency, fast dynamics, and rugged structure. Usually, a high precision mechanical sensor such as an encoder or a resolver is used to obtain the rotor angular position. However, the existence of the mechanical sensor would increase the cost production and the size of the PMSM. In addition, the mechanical sensor is very sensitive to environmental constraints such as vibration and temperature.
Therefore, it spoils the control reliability and limits the applications. The sensorless control or encoderless control has been a challenging subject of interest to researchers for the last decade. The absence of the physical sensor will escalate the system reliability, reduce the cost of production, and minimize the size of the PMSM. The sliding mode observer (SMO) has attractive features of easiness in mathematical design and robustness to the system parameter variation, disturbance, and noise compared to other observers of the model- based method.
In this thesis, a new strategy for the SMO is proposed to improve the rotor angular position estimation accuracy. An SMO with adaptive observer gain and a cascade LPF with variable cut-off frequency are designed to overcome the conventional SMO problems. The adaptive observer gain is aimed to reduce the chattering problem in the entire speed operation instead of the constant gain observer and deduced from the Lyapunov stability analysis. Experimental results also show that the estimated rotor angular position on the proposed strategies gives precise estimation.
iv MỤC LỤC 0909. iv MUC LUCoeeeecesscsssesssesssesssssssssssssssssssssssssssssssssssssssusssusssssssusssusssssssesssssssusssesssesssesssessseeesess v MỤC LỤC CÁC HÌNH. viii MỤC LỤC CÁC BẢNG. xi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮTT.
- 22 2 + +SE+EE£EEE+EE+EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkrrkerrker xii 0›19/9)/6816)/909:)2/2NN,.2 Murc ti€u ctia LUAn Van.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.4 Phương pháp nghiên CỨU.---- - ¿11121 E1 1 19111 11101 HH HH Hàng 3 1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.- cá sen TH re 3 1.6 Bố cục luận văn.- -- 2 + ©k E9 kEE11211111111211111111 1111 1111111 111111 1 cty 3 CHƯƠNG 2: TÔNG QUAN ĐỘNG CƠ PMSM.2 Phương trình toán của PMSM.-- tàng HH nghi 6 2.1 Phương trình toán trong miền pha abc. Phương trình trong hệ tọa độ trực giao dq0.3 Giới thiệu về hệ thống điều khiển động cơ.1 Phương pháp điều khiển vô hướng.2 Phương pháp điều khiển dựa theo từ thông rotOr. Phương pháp điều khiển mô men trực tiẾp.4 Mô hình toán phương pháp điều khiển PMSM dựa trên hướng từ thông.1 Biến đối Clark. Điều khiển PI.
Biến đổi Park ngƯỢC. Biến đổi Clark ngược .--:-2++22++2c+tt2EkeEEkEEEkerkkrrrkrrrrkrrrrree 20 CHƯƠNG 3: DIEU KHIEN VAN TOC DONG CO PMSM KHONG CAM BIEN.1 Kỹ thuật ước lượng vị tri/van tốc rotor cho PMSM. Phương pháp tính toán trực tiẾp. Ước tính vị trí rotor PMSM dựa trên lực điện động tương đương.
Phương pháp bù thích ngÌ1. Phương pháp sử dụng chiến lược chế độ trượt thích ứng-MRAS.5 Phương pháp bơm tín hiệu điện áp xung tần số cao.2 Thuật toán quan sát vị trí góc rotor trong bộ quan được để xuắt.1 Mô hình động của PMSM.1 Thiết kế bộ quan sát chế độ trượt cho PMSM.2 Độ lợi bộ quan sát thích nghi đề xuất cho SMO.3 Bộ lọc thông thấp ghép tang với tần số cắt có thê thay đôi. 38 CHUONG 4: MO PHONG DIEU KHIEN VAN TOC ĐỘNG CƠ PMSM DỰA TRÊN BO QUAN SAT TRUOT CAI TIEN, oocescescssssssssssesssessesstsssessessvessessessvessesavsssessessesasesses 40 4.1 Mô hình hóa mô phỏng.1 Mô hình hóa động cơ PMSÌM.2 M6 hinh hoa b6O inverter.cc ccc cccceccsccssecesscesscesseeesecescessecesecesseeeeeeseeenee 42 4.3 Mô hình hóa bộ điều khiển. -- ¿2 ¿S22 E£EE£EEE+EEeEEEEEEEEkerkerkerrkee 43 4.1 Khối chuyển đổi toán học.-------¿©2+++cx22k2EEEEAEE1EEL.2 Bộ điều khiển vận tốc và bộ điều khiển dòng điện.3 Bộ ước lượng vi tri va vận tỐC TOOT.
2-5 S623 St SE EEEEE1111 11.4 Bộ điều khiển vòng hở.5 Các khối hiển thị đữ liệu.2 Kết quả mô phỏng.--2- 22 ©2++22E++2EEE+2EEEEEEEEEEE E217 221 221ecrrkrrrrree 47 4.1 Vận tốc động cơ 1000 rpm.2 Vận tốc động cơ 2000 rpm.--- 2-22 ©2£+2E£+EEE£EEEEEEEE2A222E221221rxeee 50 4. Vận tốc động cơ 3000 rpm.----2-©2¿-©22+2E£+2EE+EEEEEEEE2E2E2122212212Exeee 53 4. Khi tải thay đổi theo thời gian. Khi vận tốc thay đổi theo thời gian.
62 CHUONG 5: THUC NGHIEM DIEU KHIEN VAN TOC DONG CO PMSM DUA TREN BO QUAN SAT TRUOT CAI TIEN .1 XAy dung m6 hinh diéu khién dong co PMSM .1 BG kit thé mghiQm .2 Card điều Kni6t eo ecccecccecccccccscssesssesssesssesssesssecssesssesssessuesssssesssesssesssessseessess 67 5. SH HH HH HH HT TH HH Hit 69 5.2 Thực nghiệm điều khiển động cơ PMSM.-2-22-©22+222S2EZcEEEcrxeerkeerkee 72 CHƯƠNG 6ó: KÉT LUẬN VÀ KIÊN NGHHỊ,.--- -- 2 + £+EE+EE£EEE+EEeEkrreerxee 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO.- 2-52 2 SE9EE9EE9EEEEEESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE111E11 11.1 ExeE 78 vii MỤC LỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Mô hình tương đương cơ khí và điện của PMSM.2 Các kỹ thuật điều khiển phô biến trong PMSM.3 Sơ đồ khối điều khiển W/f.4 Sơ đồ khối phương pháp điều khiên FOC.5 Sơ đồ nguyên lý của phương pháp điều khiên DTC cơ bản.7 Biến đổi Park.8 Nguyên tắc hoạt động trong khối điều chỉnh PI.9 Chuyên đổi Park ngược.10 Biến đổi Clark ngược.1 Sơ đồ khối của truyền động PMSM với hai vòng điều khiên.2 Triển khai SMO dựa trên EME tương đương.3 Sơ đồ khối điều khiển sử dụng EMF tương đương.4 Khối điều khiến PMSM dựa trên xử lý tín hiệu PLL-SFF trong [43] .5 Sơ đồ khối ước tính tốc độ trong [444].------- «¿+2 ©+2+z+++zx+zx+zzxezzee 28 Hình 3.6 Sơ đồ khối của điều khiển cảm biến bơm tín hiệu điện áp tần số cao.7 Sơ đồ khối của một PMSM điều khiển vector với SMO.8 Sơ đồ khối của một SMO cơ bản với hàm bảo hòa.9 Sơ đồ khối của SMO được đề xuất với hàm bão hòa.1 Hệ thống điều khiển động cơ PMSM được đề xuất.2 Giao diện thông số động cơ P50B07030DXS trong mô phỏng.3 Giao dién khéi ngudn DC ooccccccscccseesssesssesssesssesssesssesssesssesssecssecsuecssecsnessnessseease 42 Hình 4.4 Giao diện khối bán dẫn công suất bộ nghịch lưu.5 Sơ đồ khối điều khiễn.---¿-22+©2++2CEE2EEEtSEEEtEEEEtEEErerrkrrrrrrerkrrrrks 43 Hình 4.6 Khối chuyên đổi Clark và Clark ngược .-:¿-++cx++czxrerxeezrxs 44 Vili Hình 4.7 Khối chuyên đôi Park và Park ngược.8 Mô phỏng khối điều khiển FOC .9 Bộ ước lượng vị trí và vận tỐC TOOT.10 Bộ điều khiển vòng hở.11 Khối hiển thị các thông số.---2- 2 ©2¿©££+E2EE£2EE+2EE2EE22EEEEtrxerrxee 47 Hình 4.12 Vận tỐc rotor trong tính toán và thực T1.13 Sức điện động phản kháng được ước lượng .14 Vị trí góc rotor trong tính toán và thực tẾ.----¿-++cx++czxrecxezrxs 49 Hình 4.15 Điện áp điều khiển inverter trong hệ trục tọa độ ơœƒ .16 Vận tỐc rotor trong tính toán và thực 1 .17 Sức điện động phản kháng được ước lượng.18 Vị trí góc rotor trong tính toán và thực tẾ.-----¿-++ccx++czxrecxeesrxs 52 Hình 4.19 Điện áp điều khiển inverter trong hệ trục tọa độ œÿ.20 Vận tỐc rotor trong tính toán và thực 1 .21 Sức điện động phan khang durgc w6c Wong. eee ects te eeeeeeeees 54 Hình 4.22 Vị trí góc rotor trong tính toán và thực tẾ.----¿-++cx++czxrerxxcrxs 55 Hình 4.23 Điện áp điều khiển inverter trong hệ trục tọa độ œÿ.24 Vận tỐc rotor trong tính toán và thực 1 .25 Sức điện động phản kháng được ước lượng.26 Vị trí góc rotor trong tính toán và thực tẾ.
