Điều khiển động cơ xoay chiều ba pha có nhiều tham số bất định sử dụng bộ ước lượng tốc độ

Bài báo khảo sát và đề xuất hệ thống điều khiển động cơ xoay chiều ba pha phối hợp phương pháp ước lượng tốc độ tự thích nghi và thuật toán điều khiển sử dụng mạng nơron để khắc phục tính bất định của nhiều tham số trong mô hình động lực của động cơ như điện trở của rotor, cũng như hệ số ma sát và tải thay đổi khi hệ thống hoạt động. Một số kết quả mô phỏng trên Matlab-Simulink được thực hiện để minh chứng cho phương pháp ước lượng và điều khiển tốc độ đề xuất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Điều khiển động cơ xoay chiều ba pha có nhiều tham số bất định sử dụng bộ ước lượng tốc độTạp chí Tin học và Điều khiển học, T.29, S.4 (2013), 313–324ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA CÓ NHIỀU THAM SỐ BẤTĐỊNH SỬ DỤNG BỘ ƯỚC LƯỢNG TỐC ĐỘLÊ HÙNG LINH1 , PHẠM THƯỢNG CÁT2 , PHẠM MINH TUẤN31 Trường2 ViệnĐại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông, Đại học Thái NguyênCông nghệ Thông tin, Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam3 ViệnCông nghệ vũ trụ, Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt NamTóm t t. Bài báo khảo sát và đề xuất hệ thống điều khiển động cơ xoay chiều ba pha phối hợpphương pháp ước lượng tốc độ tự thích nghi và thuật toán điều khiển sử dụng mạng nơron để khắcphục tính bất định của nhiều tham số trong mô hình động lực của động cơ như điện trở của rotor,cũng như hệ số ma sát và tải thay đổi khi hệ thống hoạt động. Một số kết quả mô phỏng trênMatlab-Simulink được thực hiện để minh chứng cho phương pháp ước lượng và điều khiển tốc độ đềxuất.Tkhóa. Động cơ cảm ứng, ước lượng tốc độ, điều khiển động cơ, mạng nơron.Abstract. This paper investigates and proposes a three-phase AC motor control system combiningan adaptive speed estimation method and control algorithms using neural networks to deal withuncertain parameters in dynamic models of the motor such as the rotor’s resistance, as well as thefriction coefficient and load changes when the system operates. Some simulation results on MatlabSimulink are provided to show the efficiency of the proposed speed estimation and speed controlmethod.Key words. Induction motor, speed estimation, motor control, neural network.1.ĐẶT VẤN ĐỀĐiều khiển tốc độ động cơ xoay chiều còn nhiều vấn đề cần giải quyết vì mô hình động cơphần phi tuyến có nhiều đại lượng bất định như điện trở của rotor, từ thông, hệ số ma sát vàtải thay đổi. Điều khiển động cơ xoay chiều đã là chủ đề của rất nhiều nghiên cứu trong mấychục năm gần đây [1, 2, 3, 9]. Một hướng được quan tâm nhiều là tìm các phương pháp điềukhiển mới không sử dụng bộ cảm biến tốc độ như: sử dụng bộ lọc Kalman, lọc phi tuyến haybộ quan sát theo chế độ trượt [8, 9] để ước lượng tốc độ động cơ. Các phương pháp điều khiểnnày làm giảm giá thành sản phẩm, nhưng hiệu quả điều khiển phụ thuộc vào thuật toán ướclượng và độ chính xác của mô hình động cơ. Do hệ động lực của động cơ xoay chiều có nhiềuđại lượng bất định nên việc điều khiển động cơ theo phương pháp truyền thống không đảmbảo chất lượng khi có tải thay đổi lớn. Trong trường hợp này, các phương pháp điều khiển tựthích nghi [4, 5, 6, 7], phương pháp nhận dạng on-line và điều khiển có sự hỗ trợ của mạngnơron thường được sử dụng.314LÊ HÙNG LINH, PHẠM THƯỢNG CÁT, PHẠM MINH TUẤNĐóng góp của bài báo này gồm 2 phần: một là đề xuất phương pháp ước lượng tốc độđộng cơ tự thích nghi và hai là đề xuất phương pháp điều khiển tốc độ động cơ sử dụng mạngnơron nhân tạo với thuật học on-line để bù các đại lượng bất định trong mô hình động lựccủa động cơ xoay chiều. Kết quả mô phỏng hệ điều khiển tích hợp hai phần ước lượng và điềukhiển tốc độ động cơ trên Matlab được thực hiện để kiểm chứng tính hiệu quả của các phươngpháp đề xuất.2.BỘ ƯỚC LƯỢNG TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ TỰ THÍCH NGHITrong hệ tọa độ (α, β), mô hình toán của động cơ cảm ứng 3 pha có thể biểu diễn bằngcác phương trình từ thông rotor và phương trình dòng điện stator như sau [9]ηdΨ=−dt−ωηdi=βdt−ωωηωηΨ−Ψ + ηLm iRS1+ βLm η i +uσLSσLSTT(1)(2)Tlần lượt là vectơ từ thông, u = uα uβ, i = iα iβtrong đó Ψ = Ψα Ψβrotor, vectơ dòng điện stator và vecto điện áp stator trong hệ tọa độ (α, β); ω là tốc độ củaRrL2Lmđộng cơ; η =là hằng số thời gian rotor; σ = 1 − m ; β =; Rs là điện trở củaLrLs LrσLs Lrcuộn dây stator; Rr là điện trở của cuộn dây rotor; Ls là điện cảm của dây quấn stator; Lr làđiện cảm của dây quấn rotor và Lm là hỗ cảm giữa cuộn dây stator và cuộn dây rotor. Cácđại lượng Ls , Lr , Rs ít thay đổi và có thể đo được chính xác, nhưng điện trở rotor Rr thườngbị thay đổi do nhiệt độ của động cơ thay đổi khi hoạt động. Do Rr thay đổi nên hằng số thờiRrgian rotor η =cũng bị thay đổi theo. Hai đại lượng dòng và áp có thể dễ dàng đo đượcLrchính xác với các cảm biến thông thường, nhưng tốc độ động cơ ω và từ thông động cơ Ψ chỉcó thể đo được bằng các cảm biến đắt tiền. Bài toán ước lượng tốc độ động cơ ω được đặt rađể giảm chi phí do không cần sử dụng các cảm biến đắt tiền đo ω và Ψ trong điều kiện cócác tham số bất định Rr và η. Các đại lượng cần đo là các điện áp và dòng điện của 3 cuộndây stator trong quá trình động cơ hoạt động.Phương pháp ước lượng tốc độ đề xuất được cải tiến từ phương pháp [9] gồm 2 bước làxây dựng bộ quan sát dòng stator và xây dựng bộ ước lượng tốc độ ω và hằng số thời gianrotor η của động cơ.a) Xây dựng bộ quan sát dòng statorCấu trúc bộ quan sát dòng stator được chọn như saudˆi=−dtRS ˆ1i+u+tσLSσLS(3)Ttrong đó ˆ = ˆα ˆ ...