Khảo sát đặc điểm ổn định của cấu trúc điều khiển động cơ không đồng bộ Rotor lồng sóc có tách kênh trực tiếp khi thực hiện điều kiện thời gian thực.

NGUYỄN THỊ DƯƠNG

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

---------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

TỰ ĐỘNG HÓA

NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

KHẢO SÁT ĐẶC ĐIỂM ỔN ĐỊNH CỦA CẤU TRÚC

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTOR

LỒNG SÓC CÓ TÁCH KÊNH TRỰC TIẾP KHI

THỰC HIỆN DƯỚI ĐIỀU KIỆN THỜI GIAN THỰC

NGUYỄN THỊ DƯƠNG

TN

2011 THÁI NGUYÊN 2011

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

---------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KHẢO SÁT ĐẶC ĐIỂM ỔN ĐỊNH CỦA CẤU TRÚC ĐIỀU

KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTOR LỒNG SÓC

CÓ TÁCH KÊNH TRỰC TIẾP KHI THỰC HIỆN DƯỚI

ĐIỀU KIỆN THỜI GIAN THỰC

NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

HỌC VIÊN: NGUYỄN THỊ DƯƠNG

NGƯỜI HD KHOA HỌC: GS.TSKH. NGUYỄN PHÙNG QUANG

THÁI NGUYÊN – 2011

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC

KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-----------------------

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : Nguyễn Thị Dương

Ngày tháng năm sinh : Ngày 06 tháng 06 năm 1985

Nơi sinh : Bắc Giang

Nơi công tác : Trường CĐ nghề cơ điện và xây dựng Bắc Ninh

Cơ sở đào tạo : Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Chuyên ngành : Tự động hóa

Khóa học : K12- TĐH

TÊN ĐỀ TÀI:

KHẢO SÁT ĐẶC ĐIỂM ỔN ĐỊNH CỦA CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN

ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTOR LỒNG SÓC CÓ TÁCH

KÊNH TRỰC TIẾP KHI THỰC HIỆN DƯỚI ĐIỀU KIỆN THỜI

GIAN THỰC

Người hướng dẫn khoa học: GS.TSKH. Nguyễn Phùng Quang

Trường Đại học Bách Khoa – Hà Nội

Ngày giao đề tài: ........./....../.........

Ngày hoàn thành: ......./....../.........

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

GS.TSKH. Nguyễn Phùng Quang

HỌC VIÊN

Nguyễn Thị Dương

BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 1 - Chuyên ngành tự động hóa

CBHDKH: GS.TSKH. Nguyễn Phùng Quang HV:Nguyễn Thị Dương

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Nguyễn Thị Dương

Sinh ngày 06 tháng 06 năm 1985

Học viên lớp cao học khoá 12 - Tự động hoá - Trường đại học kỹ thuật Công

nghiệp Thái Nguyên.

Hiện đang công tác tại Trường cao đẳng nghề cơ điện và xây dựng Bắc Ninh.

Xin cam đoan luận văn “Khảo sát đặc điểm ổn định của cấu trúc điều khiển

động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc có tách kênh trực tiếp khi thực hiện dưới

điều kiện thời gian thực” do thầy giáo GS.TSKH Nguyễn Phùng Quang hướng dẫn

là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn

gốc, xuất xứ rõ ràng.

Tác giả xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn đúng như yêu

cầu của thầy giáo hướng dẫn. Nếu có vấn đề gì trong nội dung của luận văn tác giả

xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình.

Thái Nguyên, ngày 10 tháng 11 năm 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 2 - Chuyên ngành tự động hóa

CBHDKH: GS.TSKH. Nguyễn Phùng Quang HV:Nguyễn Thị Dương

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trương và được sự hướng dẫn tận tình

giúp đỡ của thầy giáo GS.TSKH. Nguyễn Phùng Quang, luận văn với đề tài

“Khảo sát đặc điểm ổn định của cấu trúc điều khiển động cơ không đồng bộ

rotor lồng sóc có tách kênh trực tiếp khi thực hiện dưới điều kiện thời gian

thực” đã được hoàn thành.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới:

Thầy giáo hướng dẫn GS.TSKH. Nguyễn Phùng Quang đã tận tình chỉ dẫn,

giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn.

Thầy thầy giáo ThS. Phạm Tâm Thành –Nghiên cứu sinh Trường Đai học

Bách Khoa Hà Nội, cùng các thầy cô giáo Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp

Thái Nguyên và một số đồng nghiệp, đã quan tâm động viên, giúp đỡ tác giả trong

suốt quá trình học tập để hoàn thành luận văn này.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 3 - Chuyên ngành tự động hóa

CBHDKH: GS.TSKH. Nguyễn Phùng Quang HV:Nguyễn Thị Dương

MỤC LỤC

Nội dung Trang

Lời cam đoan 1

Lời cảm ơn 2

Mục lục 3

Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt 5

Danh mục các hình vẽ 8

LỜI NÓI ĐẦU 12

CHƯƠNG 1 : MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTOR LỒNG

SÓC

14

1.1. Mô hình trạng thái liên tục ĐCKĐB-RLS. 14

1.1.1. Các phương trình cơ bản 14

1.1.2. Mô hình trạng thái liên tục của ĐCKĐB-RLS trên hệ toạ độ dq 16

1.2. Mô hình trạng thái gián đoạn của ĐCKĐB- RLS 21

1.2.1. Xây dựng mô hình trạng thái gián đoạn 21

1.2.2. Mô hình trạng thái gián đoạn của ĐCKĐB-RLS trên hệ toạ độ dq 23

1.3. Đặc điểm phi tuyến của mô hình dòng ĐCKĐB- RLS 24

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TUYẾN TÍNH HÓA CHÍNH XÁC VÀ

CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CÓ TÁCH KÊNH TRỰC TIẾP

26

2.1. Tổng quan về phương pháp tuyến tính hóa chính xác. 26

2.1.1. Đặt vấn đề 26

2.1.2. Phương pháp tuyến tính hoá chính xác. 28

2.1.3. Ưu điểm của phương pháp tuyến tính hoá chính xác 35

2.2. Tuyến tính hóa chính xác mô hình dòng động cơ 35

2.2.1. Khả năng tuyến tính hóa chính xác mô hình dòng động cơ 36

2.2.2. Kiểm tra điều kiện tuyến tính hóa chính xác 38

2.2.3. Tuyến tính hóa chính xác mô hình dòng ĐCKĐB-RLS 40

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 4 - Chuyên ngành tự động hóa

CBHDKH: GS.TSKH. Nguyễn Phùng Quang HV:Nguyễn Thị Dương

2.3. Cấu trúc điều khiển có tách kênh trực tiếp 45

2.3.1. Cấu trúc hệ điều khiển tựa theo từ thông rotor 45

2.3.2. Cấu trúc điều khiển có tách kênh trực tiếp 47

CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN TÁCH KÊNH TRỰC TIẾP VÀ

ĐẶC ĐIỂM ỔN ĐỊNH KHI ĐIỀU KHIỂN THỜI GIAN THỰC

49

3.1. Thiết kế các bộ điều chỉnh 49

3.1.1. Thiết kế bộ điều chỉnh dòng Risd

49

3.1.2. Thiết kế bộ điều chỉnh dòng Risq

50

3.1.3. Thiết kế bộ điều chỉnh từ thông. 51

3.1.4. Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ. 52

3.2. Các tham số dùng cho mô phỏng 54

3.3. Xây dựng các khối mô phỏng bằng Matlab Simulink 55

3.3.1. Mô phỏng động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc. 55

3.3.2. Mô phỏng ĐCKĐB- RLS kết hợp bộ điều khiển phản hồi trạng

thái

57

3.3.3. Mô phỏng các bộ điều chỉnh . 58

3.3.4. Mô phỏng mô hình từ thông. 60

3.3.5. Sơ đồ mô phỏng cấu trúc hệ thống điều khiển tách kênh trực tiếp

ĐCKĐB-RLS.

61

3.4. Khảo sát đặc điểm ổn định của cấu trúc tách kênh trực tiếp ĐCKĐB￾RLS khi điều khiển dưới thời gian thực.

63

3.4.1. Khảo sát tính tuyến tính của mô hình khi tuyến tính hóa chính

xác.

63

3.4.2. Khảo sát tính tách kênh trực tiếp 68

3.4.3. Khảo sát đáp ứng tốc độ của động cơ 71

3.4.4. Khảo sát đặc điểm ổn định của hệ thống trên cơ sở quỹ đạo điểm

cực

72

3.4.4.1.Khảo sát ảnh hưởng của chu kỳ trích mẫu T đến độ ổn

định của hệ thống.

74

3.4.4.2.Khảo sát ảnh hưởng của các tham số động cơ đến độ ổn

định của hệ thống.

80

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 5 - Chuyên ngành tự động hóa

CBHDKH: GS.TSKH. Nguyễn Phùng Quang HV:Nguyễn Thị Dương

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1. Danh mục các kí hiệu

is

, ir Vector dòng điện Stator, vector dòng điện Rotor

isu, isv, isw Dòng điện pha Stator

is

s

, ir

r Vector dòng điện is

trên hệ toạ độ cố định Stator và Rotor

isd, isq Thành phần dòng Stator theo trục d, trục q

isα, isβ Thành phần dòng Stator theo trục α, trục β

mT, mM Mômen tải, mômen điện từ của động cơ

us Vetctor điện áp Stator

usd, usq Thành phần điện áp Stator theo trục d, trục q

usα, usβ Thành phần điện áp Stator theo trục α, trục β

us

s

, ur

r Vector dòng điện is

trên hệ toạ độ cố định Stator và Rotor

ω, ωs

, Vận tốc góc cơ, vận tốc góc mạch Stator

ψs

,ψr Vector từ thong stator, rotor

ψrd,ψrq Các thành phần trục d, q của từ thông roto

fs Tần số mạch stator

 , s

Góc cơ, góc pha từ thông

J Mômen quán tính

zp Số đôi cực

Rs

, Rr Điện trở stator, rotor

Ls

, Lr

, Lm Điện cảm stator, rotor, hỗ cảm

Lσs, Lσr Điện cảm tản phía stator, rotor

Ts

, Tr Hằng số thời gian stator, rotor

σ Hệ số từ tản toàn phần

Risd, Risq Các bộ điều chỉnh dòng

* *

,

sd sq i i Giá trị đặt cho bộ điều chỉnh dòng

R R,  

Bộ điều chỉnh tốc độ, từ thông

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 6 - Chuyên ngành tự động hóa

CBHDKH: GS.TSKH. Nguyễn Phùng Quang HV:Nguyễn Thị Dương

* *

,   rd

Giá trị đặt cho bộ điều chỉnh tốc độ, từ thông

2. Chỉ số viết nhỏ, góc phải phía trên.

f Đại lượng quan sát trên hệ tọa độ từ thông rotor

s Đại lượng quan sát trên hệ tọa độ stator

r Đại lượng quan sát trên hệ tọa độ rotor với trục thực là trục rotor

3. Chỉ số viết nhỏ, ở góc phải phía dưới.

 Chữ cái thứ nhất :

s Đại lượng của mạch stator

r Đại lượng của mạch rotor

 Chữ cái thứ hai :

d,q Đại lượng thuộc hệ tọa độ dq

u, v, w Đại lượng thuộc pha u, v, w

4. Ma trận, vector.

I Ma trận đơn vị



Ma trận rỗng

Vector Chữ nhỏ

Ma trận Chữ to

5. Các chữ viết tắt.

ĐK Điều khiển

ĐCKĐB Động cơ không đồng bộ

ĐCKĐB-RLS Động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn