Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển chính xác cho động cơ PMSM ứng dụng trong sản xuất công nghiệp trên cơ sở phương pháp điều khiển trượt mờ thích nghi

Bài viết trình bày một giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển chính xác cho động cơ xoay chiều đồng bộ PMSM ứng dụng trong sản xuất công nghiệp trên cơ sở phương pháp điều khiển trượt mờ thích nghi. Thuật toán tổng hợp có ý nghĩa là nhằm đánh giá được chất lượng làm việc hệ thống truyền động điện bám trong công nghiệp và quân sự, kết quả được kiểm chứng mô phỏng trong môi trường Matlab-Simulink.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển chính xác cho động cơ PMSM ứng dụng trong sản xuất công nghiệp trên cơ sở phương pháp điều khiển trượt mờ thích nghi Kỹ thuật điều khiển & Điện tử NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC CHO ĐỘNG CƠ PMSM ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP TRÊN CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT MỜ THÍCH NGHI Trần Đức Chuyển1*, Đỗ Quang Hiệp1, Phùng Mạnh Hùng2*, Phạm Ngọc Sâm1 Tóm tắt: Trong bài báo này, tác giả trình bày một giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển chính xác cho động cơ xoay chiều đồng bộ PMSM ứng dụng trong sản xuất công nghiệp trên cơ sở phương pháp điều khiển trượt mờ thích nghi. Thuật toán tổng hợp có ý nghĩa là nhằm đánh giá được chất lượng làm việc hệ thống truyền động điện bám trong công nghiệp và quân sự, kết quả được kiểm chứng mô phỏng trong môi trường Matlab-Simulink. Từ khóa: Điều khiển phi tuyến; Điều khiển trượt mờ thích nghi; Điều khiển thông minh. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, động cơ xoay chiều đồng bộ nam châm vĩnh cửu được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền động điện công nghiệp và quân sự, nó được chế tạo thành các module chứa sẵn các chế độ; có điều chỉnh tốc độ chất lượng cao như xe điện, robot công nghiệp, các thiết bị y tế, các máy đóng viên thuốc trong ngành dược, .v.v…vì các đặc tính nổi trội của nó (dải tốc độ làm việc rộng, tỉ số momen/dòng điện lớn, ít nhiễu, bền vững, hiệu suất cao, điều khiển chính xác) [1, 2]. Để ứng dụng các vấn đề này, một bộ điều khiển thông minh-Bộ điều khiển trượt mờ thích nghi; hoạt động hiệu quả trong một dải tốc độ rộng (từ tốc độ thấp đến tốc độ định mức; tốc độ cao) là một lựa chọn hấp dẫn [2, 18, 20]. Để ứng dụng vào các hệ thống điều khiển chính xác với nhiều cấp tốc độ khác nhau đảm bảo được mô men, đặc biệt là các vùng làm việc với nhiều dải tốc độ khác nhau thì hệ thống điều khiển đòi hỏi cần có độ chính xác cao như các hệ bám trong máy móc của ngành dược (máy đóng viên thuốc); yêu cầu “rất khắt khe” và trong công nghiệp, [5, 6], thì còn nhiều vấn đề phải giải quyết. Trong tài liệu [5, 6], [8, 10], mới chỉ đề xuất các phương pháp điều khiển mờ cho PMSM. J t , t , M t , k J1 J 2 J3 J4 1 Ji Jn J5  2 i qi Ci Hình 1. Sơ đồ động học thể hiện mối quan hệ các phần tử trong phần cơ của một hệ thống truyền động điện. Nhằm tạo ra các cấu trúc thích hợp bảo đảm tính tối ưu cho hệ thống, khi thiết kế động học các hệ thống truyền động điện bám cần phải đưa ra các chỉ tiêu chất lượng, [1, 16]. Đây là bài toán điều khiển tối ưu đa mục tiêu và có nhiều cách giải quyết khác nhau. Bài 26 T. Đ. Chuyển, …, P. N. Sâm, “Nghiên cứu nâng cao chất lượng … trượt mờ thích nghi.” Nghiên cứu khoa học công nghệ báo này trình bày những nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển chính xác cho động cơ xoay chiều đồng bộ PMSM ứng dụng trong xưởng sản xuất công nghiệp; có tính đến yếu tố phi tuyến bất định, động học của động cơ chấp hành và các bộ biến đổi trên cơ sở phương pháp điều khiển trượt mờ thích nghi, [5, 6, 8, 16]. 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ KÍCH TỪ NAM CHAM VĨNH CỬU Trước hết ta đi xét: Mô hình toán học động cơ chấp hành ba pha PMSM với cấu trúc các cuộn dây stator và roto là nam châm vĩnh cửu được thể hiện như, [4]. Bằng cách lấy toạ độ rotor của động cơ PMSM như toạ độ tham chiếu, trên mặt phẳng hệ trục toạ độ d-q được biểu diễn bởi phương trình sau đây, [4, 8, 9]:   k1iqs  k2  k3TL  iqs  k4iqs  k5  k6Vqs  ids (1)  ids  k4ids  k6Vds  iqs trong đó, TL là mô men tải,  là tốc độ góc rotor, iqs; ids là dòng điện stator trục d và trục q đã được tuyến tính hoá, Vqs là điện áp trục q, Rs điện trở stator, Vds là điện áp trục d, và ki > 0, i = 1….6, là các giá trị tham số được tính bằng: 3 1 p2 B p R  1 k1  m , k2  , k3  , k 4  s , k5  m , k 6  (2) 2J 4 J 2J Ls Ls Ls Vqs  Rs iqs  Lq iqs   Lds ids  m (3) Vds  Rs ids  Ld ids   Lsq iqs (4) 3 p Te  miqs  ( Ld  Lq )idsiqs  (5) 22 2 2 Te  TL  B   J  (6) p p với Te là momen điện từ, p là số đôi cực, Rs điện trở stator, Ls điện cảm stator, J mô men quán tính rotor, B hệ số ma sát nhớt, m từ thông móc vòng và    ; khi đó bộ ước lượng trạng thái phi tuyến để ước lượng  , tốc độ rotor  , thành phần không đo được của động cơ. Một cách khác để tiện cho việc tính toán thì trên hệ toạ độ trục tham chiếu d-q của động cơ ta có thể viết, [4]:  Lm Lm   Rs   Ls p  Lse Lr p  Lr ...