Tài liệu điều khiển động cơ kđb 3 pha theo phương pháp dtc dùng bộ điều khiển pi mờ lai

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng 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. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn Bùi Mạnh Hà ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài này, tôi xin chân thành cảm ơn Qúy thầy cô Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP HCM đã tận tình truyền đạt, trang bị những kiến thức khoa học kỹ thuật quý giá cho tôi trong suốt quá trình học cao học tại trường. Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn đến thầy TS. Nguyễn Thanh Phương người đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt kinh nghiệm để tôi hoàn thành đề tài này. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến gia đình, đồng nghiệp, bạn bè đã động viên giúp đỡ tôi rất nhiều, đã tạo cho tôi niềm tin và nỗ lực cố gắng để hoàn thành luận văn này. TP HCM, Ngày 21 tháng 12 năm 2012 Học viên thực hiện Bùi Mạnh Hà iii TÓM TẮT Đô ̣ng cơ không đồng bô ̣ ba pha là thiết bị chủ lực trong truyền đô ̣ng điê ̣n xoay chiều vì các ưu điểm như: cấu tạo đơn giản, chắc chắn, vận hành tin cậy, ít bảo trì, sửa chữa, giá thành hạ, hiê ̣u suất cao so với đô ̣ng cơ khác. Tuy nhiên, việc điều khiển động cơ không đồng bộ là một vấn đề khó khăn, phức tạp vì động cơ không đồng bộ là một hệ phi tuyến mạnh và cần mô ̣t thuâ ̣t toán điều khiển hết sức chă ̣t che. Phương pháp điều khiển trực tiếp momen (Direct Torque Control - DTC), từ thông stator và momen có thể được điều khiển trực tiếp bằng cách lựa chọn véc tơ điện áp thích hợp, đang được sử dung phô biến để điều khiển đô ̣ng cơ. Tác giả kết hợp tính ưu việt của các phương pháp điều khiển khác nhau và cũng như với mong muốn tìm hiểu sâu về linh vực truyền đô ̣ng điê ̣n xoay chiều. Trong luận văn này, đề tài “Điều khiển động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp DTC dùng bộ điều khiển PI mờ lai” được thực hiện. Với muc đích cải tiến phương pháp điều khiển PI thông thường (với thông số Kp và Ki cố định) bằng cách đề xuất phương pháp điều khiển PI mờ lai (với sự thay đôi động các thông số Kp và Ki theo yêu cầu điều khiển tốc độ động cơ). Các kết quả mô ph́ỏng se ch́ th́́y h́iệu quả của ph́ơn̉ng ph́áp đê xúytt iv ABSTRACT Induction motor is the most widely used in the traditional of the alternating current. The advantages of induction motor such as simple construction, reliable operation, performance high the price is cheaper than other types of motors, as well as easy maintenance. However, the induction motor control is a difficult problem, complicated because induction motor is a strong nonlinear systems and requires control algorithm very closely. Direct Torque Control method (Direct Torque Control - DTC), flux stator and moment can be controlled directly by selecting an appropriate inverter state, is in using widely to control motor. Author combined advantages of the method different together with high expectation of wide & deep study of induction motor drivers. In this thesis, the theme: “Control three-phase induction motor with DTC method using the hybrid fuzzy PI controller” are presented. With an aim of improving the PI normal control method (with parameter point of Kp and Ki) by proposed the Hybrid Fuzzy PI control method (with variable parameter of Kp and Ki). Simulative results show the effectiveness of the proposed method. v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN...........................................................................................................i LỜI CẢM ƠN................................................................................................................ ii TÓM TẮT....................................................................................................................iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT..............................................................................ix DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................................x DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH....................................xi Chương 1: TỔNG QUAN..............................................................................................1 1.1 GIỚI THIỆU.....................................................................................................................1 1.1.1 Đặt vấn đề................................................................................................................1 1.1.2 Tính cấp thiết của đề tài.........................................................................................1 1.2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..............................2 1.2.1 Muc tiêu của đề tài.................................................................................................2 1.2.2 Nội dung nghiên cứu..............................................................................................3 1.2.3 Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................3 1.3 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU...........................................................3 1.3.1 Giới thiệu tông quan về phương pháp điều khiển DTC.....................................3 1.3.2 Tông quan tình hình nghiên cứu...........................................................................4 1.4 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN.....................................................................................7 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT...................................................................................8 2.1 ĐIỀU KHIỂN MỜ............................................................................................................8 2.1.1 Giới thiệu chung.....................................................................................................8 2.1.2 Cấu trúc của bộ điều khiển mờ.............................................................................8 2.1.3 Thiết kế bộ điều khiển mờ...................................................................................11 2.1.4 Điều khiển PID mờ [1]........................................................................................11 2.1.4.1 Sơ đồ điều khiển sử dung PID mờ........................................................12 2.1.4.2 Luật chỉnh định PID.............................................................................12 vi 2.1.4.3 Điều khiển PD mờ................................................................................13 2.1.4.4 Điều khiển PI mờ.................................................................................13 2.1.4.5 Điều khiển PID mờ..............................................................................14 2.1.5 Hệ mờ lai...............................................................................................................15 2.1.5.1 Hệ mờ lai không thích nghi..................................................................15 2.1.5.2 Hệ mờ lai cascade................................................................................16 2.1.5.3 Công tắc mờ.........................................................................................16 2.2 ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TRƯỜNG (FOC)......................................................16 2.2.1 Phương pháp điều khiển định hướng từ thông rotor trực tiếp.........................18 2.2.2 Phương pháp điều khiển định hướng từ thông rotor gián tiếp........................20 2.2.3 Ưu, nhược điểm của phương pháp điều khiển định hướng trường................21 2.3 ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMEN (DTC).............................................................21 2.3.1 Giới thiệu phương pháp điều khiển trực tiếp momen......................................21 2.3.2 Sự biến thiên các đại lượng của phương pháp DTC........................................23 2.3.2.1 Sự biến thiên của từ thông stator..........................................................23 2.3.2.2 Sự biến thiên của từ thông rotor...........................................................24 2.3.2.3 Sự biến thiên của điện áp stator............................................................27 2.3.2.4 Sự biến thiên của momen.....................................................................27 2.3.3 Phương pháp điều khiển trực tiếp momen (DTC)............................................29 2.3.3.1 Kỹ thuật đóng ngắt các khóa để điều khiển từ thông và momen..........30 2.3.3.2 Phương pháp điều khiển trực tiếp momen-DTC..................................36 2.3.3.3 Phân tích các khối trong sơ đồ nguyên lý.............................................38 2.3.3.3.1 Bộ so sánh từ thông........................................................................38 2.3.3.3.2 Bộ so sánh momen..........................................................................39 2.3.3.3.3 Bảng đóng cắt.................................................................................41 2.3.3.3.4 Bộ nghịch lưu.................................................................................44 2.3.3.3.5 Khâu ước lượng momen và từ thông...............................................45 2.3.3.4 Mô hình mô phỏng phương pháp DTC trong Matlab/simulink............46 Chương 3: MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA..................47 vii 3.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA..................................47 3.2 VECTOR KHÔNG GIAN VÀ CÁC ĐĐI LƯƠNG BA PHA..................................48 3.2.1 Xây dựng vector không gian...............................................................................48 3.2.2 Hệ tọa độ cố định stator (α-β).............................................................................49 3.2.3 Hệ tọa độ từ thông rotor (d-q).............................................................................51 3.3 MÔ HÌNH CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA...................................53 3.3.1 Lý do xây dựng mô hình......................................................................................53 3.3.2 Hệ phương trình cơ bản của động cơ.................................................................54 3.3.3 Các tham số của động cơ.....................................................................................56 3.3.4 Mô hình trạng thái của động cơ trên hệ tọa độ stator (α-β).............................56 3.3.5 Mô hình trạng thái của động cơ trên hệ tọa độ rotor (d-q)..............................59 3.3.6 Mô hình động cơ KĐB 3 pha trên hệ tọa độ stator trong Simulink của Matlab...............................................................................................................................60 3.3.6.1 Các giá trị cần thu thập của động cơ không đồng bộ 3 pha..................60 3.3.6.2 Mô hình động cơ trong simulink..........................................................61 3.3.6.3 Mô phỏng mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ...........................61 Chương 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PI MỜ LAI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA THEO PHƯƠNG PHÁP DTC................................................................64 4.1 BỘ ĐIỀU KHIỂN PI MỜ..............................................................................................64 4.2 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA THEO PHƯƠNG PHÁP DTC DÙNG BỘ PI MỜ LAI................................................................67 4.2.1 Bộ điều khiển PI mờ lai.......................................................................................67 4.2.2 Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp DTC dùng bộ điều khiển PI mờ lai...............................................................................72 4.2.3 Mô hình mô phỏng điều khiển động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp DTC dùng bộ điều khiển PI thường..............................................................................72 Chương 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG............................................................................74 viii 5.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP DTC DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PI MỜ LAI VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PI THƯỜNG..................................................................74 5.1.1 Động cơ chạy không tải với tốc độ đặt định mức:...........................................74 5.1.2 Động cơ chạy không tải với tốc độ đặt thay đôi:..............................................75 5.1.3 Động chạy không tải sau đó đóng tải:................................................................77 5.1.4 Động cơ chạy với tải định mức, tốc độ đặt thay đôi :......................................78 5.1.5 Động cơ chạy không tải sau đó đảo chiều quay :.............................................79 5.1.6 Động cơ chạy với tải thay đôi, tốc độ đặt định mức :......................................80 5.2 NHẬN XÉT KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.........................................................................81 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI....................................82 6.1 KẾT LUẬN......................................................................................................................82 6.2 HĐN CHẾ........................................................................................................................82 6.3 KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI...................................................83 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................84 ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DTC Direct Torque Control FOC Field Oriented Control PI Proportional Integrator PID Proportional Integral Derivative PWM Pulse Width Modulation ĐC KĐB Động cơ không đồng bộ x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Bảng phân tích khi vector từ thông ở sector I ........................................34 Bảng 2.2: Bảng phân tích khi vector từ thông ở sector II........................................34 Bảng 2.3: Bảng phân tích khi vector từ thông ở sector III .....................................34 Bảng 2.4: Bảng phân tích khi vector từ thông ở sector IV......................................34 Bảng 2.5: Bảng phân tích khi vector từ thông ở sector V ......................................35 Bảng 2.6: Bảng phân tích khi vector từ thông ở sector VI......................................35 Bảng 2.7: Bảng phân tích khi vector từ thông ở sector K bất kỳ ............................35 Bảng 2.8: Bảng đóng cắt tối ưu khi từ thông ở sector K................................42 Bảng 2.9: Bảng đóng cắt vector điện áp theo yêu cầu điều khiển..................42 Bảng 2.10: Giá trị thông số điều khiển quy đôi................................................43 Bảng 3.1: Các thông số của ĐCKĐB dùng để mô phỏng.......................................62 Bảng 4.1: Luật mờ của Kp.......................................................................................65 Bảng 4.2: Luật mờ của Ki ......................................................................................65 Bảng 4.3: Các thông số của ĐCKĐB dùng để mô phỏng.......................................73 xi DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống bộ điều khiển mờ cơ bản .................................................8 Hình 2.2: Cấu trúc bộ điều khiển mờ........................................................................9 Hình 2.3: Sơ đồ bộ điều khiển mờ cơ bản.................................................................9 Hình 2.4: Sơ đồ điều khiển sử dung PID mờ..........................................................12 Hình 2.5: Luật chỉnh định PID................................................................................12 Hình 2.6: Bộ điều khiển PD mờ dùng hệ quy tắc Mamdani....................................13 Hình 2.7: Bộ điều khiển PI mờ dùng hệ quy tắc Mamdani.....................................13 Hình 2.8: Bộ điều khiển PID mờ dùng hệ quy tắc Mamdani..................................14 Hình 2.9: Cấu trúc hệ mờ lai không thích nghi.......................................................15 Hình 2.10: Cấu trúc hệ mờ lai cascade....................................................................16 Hình 2.11: Công tắc mờ..........................................................................................16 Hình 2.12: Sơ đồ tông quát của hệ thống điều khiển định hướng trường................18 Hình 2.13: Sơ đồ điều khiển định hướng từ thông rotor trực tiếp...........................19 Hình 2.14: Sơ đồ điều khiển định hướng từ thông rotor gián tiếp...........................20 Hình 2.15: Sơ đồ cấu trúc phương pháp điều khiển DTC động cơ KĐB...............22 Hình 2.16: Các vector điện áp trong không gian..............................................27 Hình 2.17: Minh họa góc lệch pha giữa từ thông stator và rotor.............................29 Hình 2.18: Sáu sector trên mặt phẳng phức............................................................30 Hình 2.19: Minh họa cho từ thông ở sector I..........................................................31 Hình 2.20: Lựa chọn vector điện áp thích hợp cho từ thông stator và momen........31 Hình 2.21: Minh họa cho cho từ thông ở sector K bất kỳ.......................................35 Hình 2.22: Sơ đồ nguyên lý điều khiển từ thông và momen ..................................37 Hình 2.23: Hình minh họa cho bộ so sánh từ thông hai bậc....................................38 Hình 2.24: Mô phỏng bộ so sánh từ thông hai bậc trong Matlab-Simulink............39 Hình 2.25: Điều khiển vector không gian từ thông stator.......................................39 Hình 2.26: Hình minh hoạ cho bộ so sánh từ thông ba bậc.....................................40 Hình 2.27: Bộ so sánh momen ba bậc trong Matlab-Simulink................................41 xii Hình 2.28: Mô hình xác định vị trí từ thông stator trong mặt phẳng phức .............43 Hình 2.29: Mô hình bộ so sánh từ thông và momen trong Matlab/simulink...........44 Hình 2.30: Mô hình bảng đóng cắt trong Matlab/simulink.....................................44 Hình 2.31: Mô hình bộ nghịch lưu trong Matlab/simulink.....................................45 Hình 2.32: Mô hình khâu ước lượng momen và từ thông trong Matlab/simulink...46 Hình 2.33: Mô hình mô phỏng phương pháp DTC trong Matlab/simulink.............46 Hình 3.1: Vị trí không gian các pha........................................................................48 Hình 3.2: Xây dựng vector không gian từ các đại lượng pha..................................49 Hình 3.3: Hệ tọa độ stator ( α - β )..................................................................50 Hình 3.4: Mỗi liên hệ giữa tọa độ ( α - β ) và tọa độ(d-q)............................51 Hình 3.5: Biểu diễn các vector không gian trên hệ tọa độ (d-q)..............................52 Hình 3.6: Mô hình đơn giản của động cơ KĐB ba pha có rotor lồng sóc...............53 Hình 3.7: Mô hình mô phỏng của động cơ không đồng bộ ba pha..........................61 Hình 3.8: Mô hình mô phỏng mở máy trực tiếp động cơ KĐB 3 pha.....................61 Hình 3.9: Kết quả mô phỏng mở máy trực tiếp động cơ KĐB 3 pha......................63 Hình 4.1: sơ đồ bộ điều khiển PI mờ điều khiển ĐC KĐB theo pp DTC................67 Hình 4.2: Mô hình mô phỏng khối PI mờ lai..........................................................67 Hình 4.3: Mô hình khối Fuzzy logic.......................................................................68 Hình 4.4: Giao diện soạn thảo Fuzzy logic trên Matlab/simulink...........................68 Hình 4.5: Hàm thành viên sai số tốc độ E...............................................................68 Hình 4.6: Hàm thành viên của độ dốc sai số tốc độ DE..........................................69 Hình 4.7: Hàm thành viên Kp..................................................................................69 Hình 4.8: Hàm thành viên Ki..................................................................................69 Hình 4.9: Giao diện soạn thảo luật mờ trên Matlab/simulink.................................70 Hình 4.10: Luật mờ trong Matlab/simulink............................................................70 Hình 4.11: Chỉnh định Kp trong không gian...........................................................71 Hình 4.12: Chỉnh định Ki trong không gian............................................................71 Hình 4.13: Mô hình điều khiển ĐC KĐB 3 pha theo phương pháp DTC dùng bộ điều khiển PI mờ lai.................................................................................................72 xiii Hình 4.14: Mô hình điều khiển ĐC KĐB 3 pha theo phương pháp DTC dùng bộ điều khiển PI thường................................................................................................72 Hình 5.1: Kết quả mô phỏng động cơ chạy không tải với tốc độ định mức............75 Hình 5.2: Kết quả mô phỏng động cơ chạy không tải với tốc độ thay đôi..............76 Hình 5.3: Kết quả mô phỏng động cơ chạy không tải sau đó đóng tải....................77 Hình 5.4: Kết quả mô phỏng động cơ chạy với tải định mức, tốc độ thay đôi........78 Hình 5.5: Kết quả mô phỏng động cơ chạy không tải sau đó đảo chiều quay.........79 Hình 5.6: Kết quả mô phỏng động cơ chạy với tải thay đôi, tốc độ định mức........80 1 Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU 1.1.1 Đặt vấn đề Đô ̣ng cơ không đồng bô ̣ so với các loại đô ̣ng cơ khác có cấu tạo và vâ ̣n hành đơn giản, cạnh tranh về giá thành so với loại động cơ khác, làm viê ̣c tin câ ̣y nên được sử dung nhiều trong sản xuất và đời sống. Tuy nhiên viê ̣c điều khiển hoạt đô ̣ng của đô ̣ng cơ không đồng bô ̣ là tương đối khó do đă ̣c tính phi tuyến của đô ̣ng cơ. Ngày nay cùng với sự phát triển của thiết bị điê ̣n tử công suất và các bộ vi xử lý thì việc điều khiển ĐC KĐB trở nên dễ dàng hơn. Đă ̣c biê ̣t là các hê ̣ thống xử lý tín hiê ̣u số đã cho phép thực hiê ̣n các giải thuâ ̣t phức tạp để điều khiển đô ̣ng cơ không đồng bô ̣. Nhiều giải thuâ ̣t điều khiển đô ̣ng cơ không đồng bô ̣ đã được nghiên cứu và ứng dung rô ̣ng rãi trong linh vực truyền đô ̣ng điê ̣n như phương pháp momen trực tiếp, phương pháp điều khiển phi tuyến, phương pháp định hướng trường, phương pháp điều khiển vector không gian,…Trong đó, phương pháp sử dung mạng neural, fuzzy logic kết hợp với các phương pháp điều khiển thông thường đang là mô ̣t hướng nghiên cứu đầy tiềm năng trong điều khiển máy điê ̣n không đồng bô ̣. Với mong muốn tìm hiểu sâu về linh vực truyền đô ̣ng điê ̣n xoay chiều. Chính vì vậy đề tài “Điều khiển động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp DTC dùng bộ điều khiển PI mờ lai” được thực hiện. 1.1.2 Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, phương pháp DTC cũng là một lựa chọn mới trong các kỹ thuật điều khiển ĐC KĐB với những ưu điểm sau: - Đơn giản, không cần đến các khối chuyển đôi tương quan. - Tính linh hoạt cao - Khả năng điều khiển bền bỉ và chính xác 2 - Không cần phải sử dung các cảm biến đo từ thông trực tiếp - Không phu thuộc nhiều vào thông số động cơ - Khả năng bám tốc độ đặt cao, ngay cả khi tải thay đôi  Ưu điểm của phương pháp DTC so với phương pháp V/F - Tốc độ động cơ bám tốt do momen điện từ của động cơ được điều khiển trực tiếp - Đáp ứng tốc độ vẫn đảm bảo trong các điều kiện tải thay đôi hoặc thông số động cơ thay đôi trong quá trình làm việc. - Cho đáp ứng nhanh, chất lượng truyền động tốt, hiệu suất cao. - Từ thông của động cơ luôn được giữ tối ưu  Ưu điểm của phương pháp DTC so với phương pháp FOC - Ít phu thuộc vào thông số động cơ - Không cần phải sử dung các khối chuyển đôi tương quan - Cho đáp ứng momen nhanh hơn  Tuy nhiên, trong hướng nghiên cứu đề tài này kết hợp phương pháp DTC với bộ điều khiển PI mờ lai nhằm cải thiện chất lượng hệ thống khi hoạt động tốc độ thấp cũng như thay đôi momen yêu cầu. 1.2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.2.1 Mục tiêu của đề tài Đề tài này tập trung nghiên cứu bộ điều khiển PI mờ lai điều khiển động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp DTC nhằm cho thấy sự thích nghi tốt của bộ điều khiển mờ lai trong điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ. Việc thiết kế se được mô phỏng trên Matlab/simulink. 3 1.2.2 Nội dung nghiên cứu - Các phương pháp điều khiển động cơ KĐB 3 pha. - Đặc tính của máy điện không đồng bộ. - Xây dựng mô hình máy điện động cơ KĐB. - Xây dựng phương pháp điều khiển trực tiếp momen động cơ KĐB. - Xây dựng bộ điều khiển PI điều khiển tốc độ động cơ KĐB theo phương pháp DTC. - Xây dựng bộ điều khiển PI mờ lai điều khiển tốc độ động cơ KĐB theo phương pháp DTC. 1.2.3 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp tham khảo tài liệu: Bằng cách thu thập thông tin từ các tài liệu, bài báo liên quan, và truy cập mạng internet. - Phương pháp quan sát: Khảo sát một số mô hình mô phỏng thực tế đang có từ các luận văn trước và các bài báo trên mạng internet, từ đó mô phỏng lại bằng phần mềm Matlab/simulink để so sánh với kết quả đã có nhằm rút ra những kinh nghiệm trong việc mô phỏng. - Phương pháp mô phỏng: Phần nghiên cứu được kiểm chứng bằng việc thực hiện mô phỏng và đánh giá trên phần mềm Matlab/simulink. 1.3 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.3.1 Giới thiệu tổng quan về phương pháp điều khiển DTC - Kỹ thuật DTC điều khiển ĐC KĐB 3 pha được đưa ra đầu tiên bởi Takahashi vào 1986 và được xem như là giải thuật điều khiển động cơ cho đáp ứng momen nhanh và hiệu suất điều khiển cao. Kỹ thuật này cho phép điều khiển độc lập và cùng lúc từ thông động cơ và momen điện từ. 4 - Nếu từ thông stator được chọn là giá trị tham chiếu, giá trị ước lượng của từ thông và momen được tính toán chỉ dựa vào dòng điện và điện áp stator. Như vậy điện trở stator là thông số động cơ duy nhất cần đến. Đây chính là yếu tố tạo nên tính ưu việt cho kỹ thuật DTC. Những năm gần đây, các giải pháp được đề nghị cho các hệ thống điều khiển trực tiếp momen được cải tiến như sau: - Sử dung các bảng đóng cắt cải tiến. - Sử dung các bộ so sánh trễ hoặc không có trễ, hai ba bậc. - Ứng dung các sơ đồ DTC với tần số đóng ngắt không đôi, vận hành với kỹ thuật PWM hoặc điều chế véctơ không gian. - Ứng dung kỹ thuật điều khiển mờ hoặc mạng nơron mờ. - Sử dung các bộ ước tính từ thông phức tạp để cải tiến đặc tính ở vận tốc thấp. 1.3.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu  Tình hình nghiên cứu trên thế giới Trong thập kỷ qua, có rất nhiều cải tiến trong sơ đồ điều khiển trực tiếp momen cô điển (Takahashi & Noguchi, 1986) đã được thực hiện bởi: Romeral L., et al. (2003). Novel Direct Torque Control (DTC) Scheme With Fuzzy Adaptive Torque-Ripple Reduction, IEEE Trans. Ind. Electron., vol.50, pp.487–492,Jun. Chen L., et al., (2005). A scheme of fuzzy direct torque control for induction machine, IEEE Proceedings of the Fourth International Conference on Machine Learning and Cybernetics, Guangzhou, 18-21 Aug. Reddy T. B., at. al. (2006). Sensorless Direct Torque Control of Induction Motor based on Hybrid Space Vector Pulsewidth Modulation to Reduce Ripples and Switching Losses – A Variable Structure Controller Approach, IEEE Power India Conference. 5 Các muc tiêu của những cải tiến là nhằm để cải thiện việc khởi động của động cơ, các hoạt động trong điều kiện quá tải và trong miền tốc độ thấp. Các thay đôi cũng nhằm muc đích để giảm momen và dòng điện hài, giảm mức độ tiếng ồn và để tránh biến điệu tần số bằng cách sử dung các phương pháp chuyển mạch với tần số đóng cắt không đôi. Những nhược điểm cơ bản của sơ đồ DTC sử dung các bộ điều khiển trễ chuyển đôi tần số là xuất hiện dòng và momen gọn sóng. Sự chuyển động của vector từ thông stator trong quá trình thay đôi vòng quay các thanh dẫn tạo các sườn dao động đáng kể của momen điện từ. Một vấn đề khác là việc thực hiện các bộ điều khiển trễ đòi hỏi một tần số lấy mẫu cao. Khi một bộ điều khiển trễ được thực hiện bằng cách sử dung một bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số (DSP) hoạt động hoàn toàn khác với bộ tương tự. Trong bộ tương tự, hoạt động các giá trị của momen điện từ và độ lớn từ thông stator được giới hạn trong giải trễ mong muốn. Điều đó có nghia, biến tần có thể thay đôi trạng thái mỗi lần độ lớn từ thông hoặc momen đi qua một giới hạn nhất định. Nói cách khác, việc thực hiện kỹ thuật số sử dung thời gian mẫu cu thể mà trên đó momen và từ thông được kiểm tra nằm trong giới hạn mong muốn. Điều đó có nghia là momen và từ thông có thể vượt ra khỏi giới hạn mong muốn rất thường xuyên cho đến khi thời gian lấy mẫu kế tiếp. Đối với lý do này, gợn song momen và từ thông không mong muốn xuất hiện. Nhiều nhà nghiên cứu được định hướng kết hợp các nguyên tắc của DTC với một phương pháp tần số đóng cắt không đôi để điều khiển bộ biến tần bằng cách sử dung điều chế vector không gian. Điều này đòi hỏi tính toán trong các sơ đồ điều khiển vector điện áp tham chiếu mà cần phải có điều chế trong đầu ra bộ biến tần. Vì vậy, điều khiển trực tiếp momen với phương pháp điều chế không gian vector (DTC-SVM) được áp dung 6 Koutsogiannis Z. &, Adamidis G., (2007). Direct Torque Control using Space Vector Modulation and dynamic performance of the drive via a Fuzzy logic controller for speed regulation, in: proceedings of EPE. Ngoài ra, DTC-SVM có thể được áp dung bằng cách sử dung điều khiển momen vòng kín để giảm gợn sóng momen. Rất nhiều bài báo nói về điều khiển tốc độ của truyền động điện, trong đó sử dung các chiến lược khác nhau dựa trên trí tuệ nhân tạo như mạng lưới thần kinh nhân tạo và bộ điều khiển logic mờ đã trình bày. Đối với các bộ điều khiển tốc độ PI mờ có khả năng loại bỏ nhiễu và bền vững được chứng minh: Gadoue S. M. at. al., (2009). Artificial intelligence-based speed control of DTC induction motor drives-A comparative study, J. Electric Power Syst. Res.  Tình hình nghiên cứu trong nước Những năm gần đây, hướng nghiên cứu điện tử công suất ứng dung điều khiển tốc độ động cơ KĐB, trong đó kết hợp phương pháp DTC và biến tần ma trận đang được nhiều nhóm nghiên cứu quan tâm. Có nhiều nhiều công trình công bố những kết quả nghiên cứu về lý thuyết cũng như thực nghiệm. Một số công trình đáng chú ý do nhóm tác giả trong nước như: Direct torque control for matrix converter fed three-phase induction motor using an artificial neural network model. TS. Phan Quốc Dũng, Lê Minh Phương, Nguyễn Hoàng Vũ. Direct torque control for matrix converter fed induction motor drive using fuzzy logic controller.Nguyễn Phương Duy, Huỳnh Trung Nam, Huỳnh Thái Hoàng, Nguyễn Văn Nhờ. Direct torque control of induction motor drive fed by three-level NPC inverter with common mode voltage elimination.Phan Thành Minh, Nguyễn Văn Nhờ Tuy nhiên, các nghiên cứu trên hầu hết chỉ dừng ở mức đưa ra giải thuật hoặc mô phỏng với Matlab/Simulink. Rất ít nghiên cứu đề cập đến kết quả thực nghiệm. 7 Đề tài này luận văn này se đưa ra các giải thuật của bộ điều khiển PI mờ lai cho vòng hồi tiếp tốc độ ứng dung vào phương pháp điều khiển trực tiếp momen động cơ KĐB 3 pha. Tất cả lý thuyết, kết quả mô phỏng se được trình bày trong phần sau. 1.4 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN Nội dung chính của luận văn gồm các chương sau: Chương 1: Tông quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Mô hình toán động cơ không đông bộ 3 pha Chương 4: Thiết kế bộ điều khiển PI mờ lai điều khiển động cơ KĐB 3 pha theo phương pháp DTC Chương 5: Kết quả mô phỏng Chương 6: Kết luận và hướng phát triển đề tài