Truyền động động cơ không đồng bộ không cảm biến tốc độ với ước lượng điện trở rô to sử dụng mạng nơ ron nhân tạo

Bài viết trình bày hệ truyền động động cơ không đồng bộ ba pha không cảm biến tốc độ điều khiển véc tơ gián tiếp với điện trở rô to được ước lượng sử dụng mạng nơ ron nhân tạo. Việc ước lượng điện trở rô to đã cải thiện và nâng cao chất lượng của hệ truyền động.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Truyền động động cơ không đồng bộ không cảm biến tốc độ với ước lượng điện trở rô to sử dụng mạng nơ ron nhân tạoKỹ thuật điều khiển & Điện tử TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ KHÔNG CẢM BIẾN TỐC ĐỘ VỚI ƯỚC LƯỢNG ĐIỆN TRỞ RÔ TO SỬ DỤNG MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO Phạm Văn Tuấn1*, Phạm Hùng Phi1, Nguyễn Thanh Sơn1, Thái Hữu Nguyên2 Tóm tắt: Bài báo trình bày hệ truyền động động cơ không đồng bộ ba pha không cảm biến tốc độ điều khiển véc tơ gián tiếp với điện trở rô to được ước lượng sử dụng mạng nơ ron nhân tạo. Việc ước lượng điện trở rô to đã cải thiện và nâng cao chất lượng của hệ truyền động. Điện trở rô to được ước lượng sử dụng mạng nơ ron với luật cập nhật có hệ số mô men chỉnh hướng thích nghi theo từng chu kỳ lấy mẫu làm tăng nhanh tốc độ hội tụ và độ chính xác của việc ước lượng điện trở rô to. Tốc độ động cơ được ước lượng sử dụng các thành phần từ thông rò của mô hình điện áp động cơ không đồng bộ. Kết quả mô phỏng sử dụng phần mềm Matlab/ Simulink cho thấy tốc độ được ước lượng bám tốc độ thực, đồng thời sai số giữa điện trở rô to được ước lượng bằng mạng nơ ron với điện trở rô to danh định là rất nhỏ.Từ khóa: Mạng nơ ron nhân tạo (ANN); Điều khiển tựa từ thông gián tiếp (IFOC); Ước lượng tốc độ; Ướclượng điện trở rô to. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Nghiên cứu về điều khiển không cảm biến tốc độ động cơ không đồng bộ là một mảngquan trọng của nghiên cứu hệ truyền động động cơ không đồng bộ. Ở đó, tốc độ được ướclượng bằng một thuật toán để thay cho việc đo lường. Do vậy, ưu điểm của hệ truyền độngkhông cảm biến là: giảm sự phức tạp của phần cứng, giảm giá thành sản phẩm, giảm chiphí bảo dưỡng và nâng cao độ tin cậy ([1]÷[5]). Chất lượng của hệ truyền động động cơ không đồng bộ không cảm biến tốc độ phụthuộc vào giá trị điện trở rô to, tuy nhiên trong quá trình làm việc điện trở rô to có thể biếnthiên tới 100% do sự thay đổi nhiệt độ, tần số rô to và lấy lại các thông tin này với một môhình nhiệt hoặc một cảm biến nhiệt độ là rất khó khăn, phức tạp đặc biệt đối với động cơkhông đồng bộ rô to lồng sóc [5]; Do đó, việc ước lượng điện trở rô to trong quá trình làmviệc của động cơ sẽ cải thiện và nâng cao chất lượng của hệ truyền động. Thuật toán ước lượng điện trở rô to đã được đề cập trong nhiều tài liệu nghiên cứu như:Các phương pháp được đề cập trong [2], [3] dựa trên sự thích nghi tham chiếu mô hình(MRAS) của từ thông hoặc công suất phản kháng; bộ lọc Kalman mở rộng đã được sửdụng để nhận dạng điện trở rô to trong [4]. Các phương pháp ước lượng này đều trongđiều kiện trạng thái động lực của động cơ ổn định, do đó, trong quá trình làm việc thực tếcủa động cơ, tốc độ hội tụ về giá trị chính xác của điện trở rô to thường chậm và có sai sốlớn. Gần đây, phương pháp ước lượng điện trở rô to sử dụng mạng nơ ron nhân tạo đượcsử dụng rộng rãi, trong đó các trọng số có thể hiệu chỉnh của mạng nơ ron được cập nhậtsử dụng thuật toán lan truyền ngược sai số với hệ số học và hệ số mô men chỉnh hướng làcác giá trị được chọn trước và không thay đổi [5]. Bài báo này trình bày một phương pháp mới để ước lượng điện trở rô to sử dụng mạngnơ ron nhân tạo với luật cập nhật có hệ số mô men chỉnh hướng thích nghi theo từng chukỳ lấy mẫu để tăng tốc độ hội tụ và độ chính xác của việc ước lượng điện trở rô to. 2. ĐIỀU KHIỂN TỰA TỪ THÔNG RÔ TO GIÁN TIẾP HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ KHÔNG CẢM BIẾN TỐC ĐỘ2.1. Điều khiển tựa từ thông rô to Hiện nay, phương pháp điều khiển véc tơ tựa từ thông rô to (FOC) là phương pháp phổbiến để cải thiện hoặc nâng cao hiệu suất của hệ truyền động động cơ không đồng bộ [1].46 P. V. Tuấn, …, T. H. Nguyên, “Truyền động động cơ … mạng nơ ron nhân tạo.”Nghiên cứu khoa học công nghệNguyên lý FOC dựa trên mô hình hai pha của máy điện không đồng bộ. Véc tơ dòng điệnstato có thể phân tích thành hai thành phần: thành phần từ thông isd (thành phần tạo ra từthông) và thành phần mômen isq (tạo ra mômen của động cơ). Hai thành phần d/q của dòngđiện có thể tách rời và có thể được điều khiển một cách độc lập giống như trong máy điệnmột chiều. Đồ thị véc tơ phương pháp điều khiển FOC được trình bày như hình 1; Sơ đồtổng quát của FOC được trình bày như hình 2. Hình 1. Đồ thị véc tơ phương pháp điều khiển tựa từ thông rô to. Phương pháp FOC được chia thành hai loại: Điều khiển tựa từ thông rô to trực tiếp(DFOC) và điều khiển tựa từ thông rô to gián tiếp (IFOC).  DFOC: Trong điều khiển véc tơ tựa từ thông rô to trực tiếp, góc từ thông θ thu đượcbằng cách sử dụng cảm biến đo từ thông gắn bên trong động cơ để đo từ thông và tính toángóc từ thông rô to θ. Tuy nhiên, việc sử dụng cảm biến để đo từ thông rất khó thực hiện, vìđặt cảm biến bên trong động cơ chỉ có thể thực hiện trong quá trình sản xuất động cơ. Mộtphương án khác là có thể ước lượng từ thông rô to sử dụng mô hình điện áp [1] như đượcchỉ ra ở (1) và (2).  Lr    rd  L   (v sd  R s i sd ) dt  L s i sd  (1)  m  L   r  (v  R i ) dt  L i   rq L m   sq s sq s sq  L2m Ở đây: Ls  Ls , với   1  được gọi là hệ số từ thông rò. L r Ls Từ đó suy ra:    2   2  r rd rq (2)  1  rq   tan   rd Nhược điểm của việc sử dụng mô hình điện áp để ước lượng từ thông rô to là: Ở vùngtần số rất thấp (tốc độ động cơ gần bằng zero), ...