Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
6 Điều khiển dựa vào mô hình

6 Điều khiển dựa vào mô hình

Tải bản đầy đủ - 0trang

Rs : điện trở stator

Rr : điện trở rotor

Lm : điện cảm mạch từ

Ls : điện cảm stator

Lr : điện cảm rotor



Phương pháp trên cũng được mô tả bởi Kusko và Galler năm 1983 và được đề

nghị thực hiện như trong hình 2.14. Tổn thất lõi có thể được đưa vào mơ hình

nhưng khi đó tần số stator tối ưu phải được định lượng như sau:

fs 



60n

a�

nb

zp



(3.4)



Các hệ số a và b phải được tính tốn off-line. Đề xuất cuối cùng là chỉ cần sử

dụng bảng tra tương tự như sơ đồ trong hình 3.10. hạn chế của các biểu thức (3.3)

và (3.4) của Kusko và Galler là mơ hình khơng bao gồm phần bão hòa của mạch từ,

như vậy sẽ không thể đạt được kết quả tốt trong thực tế.



Hình 3.10 Ví dụ về việc thực thi điều khiển dựa theo mơ hình trong động cơ vơ

hướng



33



Bose khẳng định trong một sáng chế về ý tưởng để tối ưu hiệu suất bằng việc sử

dụng mơ hình tổn hao. Dòng stator và từ thơng khe hở khơng khí được thu thập và

dùng để tính tốn tổn hao mơ hình, bao gồm tổn hao dây đồng của hài cơ bản và

các họa tần, các tổn hao lõi và đưa bão hòa vào tính tốn. Bằng việc đo dòng và áp

stator, cơng suất ngõ vào và vì thế hiệu suất cũng được tính tốn. Từ thơng khe hở

được thay đổi từng bước nhỏ cho đến khi tìm được hiệu suất tối ưu. Tần số trượt

được tính tốn từ từ thơng khe hở và moment tải. Thực hiện theo đề nghị trên sẽ

cho kết quả tốt tuy nhiên nó rất phức tạp vì phải đo đạc các thông số tốc độ, từ

thông khe hở, dòng stator và điện áp stator. Ý tưởng về việc tìm kiếm tổn hao nhỏ

nhất bằng cách sử dụng mơ hình tổn hao cũng được đề nghị bởi Kusko và Galler

năm 1983.

Pederen và Blaabjerg năm 1992 đã đề nghị 1 biểu thức mơ tả bằng điện trong

đó tham chiếu dòng điện từ tối ưu hiệu suất xác đinh theo hàm của tham chiếu

moment và tốc độ.

Một ý tưởng do Yamakawa phát minh năm 1994 về việc điều khiển động cơ

vòng hở. Cơng suất ngõ vào động cơ được đo đạc và tính tốn điện áp stator như

sau:

3 f

Vs  K � Pmotor ,in �

s



(3.5)



Năm 1996 Kioskeridis và Margaris sử dụng mơ hình động cơ trạng thái xác lập

để tính tốn từ thơng khe hở tối ưu:

 m,opt  I s Gs



1  m2 Ts2

1  m2 Tps2



(3.6)



Trong đó  m ,opt : từ thông khe hở tối ưu hiệu suất

Is



: dòng stator



Gs



: hằng số của một động cơ xác định bao gồm cả bão hòa



34



m



: vận tốc góc của trục



Ts



: hằng số thời gian của một động cơ xác định



Tps



: hằng số thời gian của một động cơ xác định



Biểu thức (3.6) được lập luận như sau: từ thông khe hở tăng theo tải, thể hiện

qua Is. Mẫu số thể hiện rằng ở trên một tốc độ nhất định từ thông phải được giảm

để giới hạn tổn hao lõi, và tử số mô tả là ở một tốc độ khác từ thông nên tăng lên

để giảm tổn hao tải tản do cảm ứng của phần ứng. Các hằng số G s, Ts, Tps được xác

định qua 3 thí nghiệm.

3.6.2 Bộ lái điều khiển vector hướng trường (Field Oriented Vector Controlled

Drives)

Hiển nhiên là sử dụng bộ điều khiển theo mô hình cho bộ lái hướng vectơ

trường bởi vì có sẵn thông tin tốt về tốc độ và một vài thông số mơ hình cũng đã

biết được. Chỉ chú ý rằng cần thiết phải có các mơ hình bão hòa từ và tổn hao lõi

chính xác để đạt được tối thiểu tổn hao thật tốt, và trong hầu hết các bộ lái điều

khiển theo vectơ trường thông thường cả tổn thất lõi và bão hòa từ bị bỏ qua.



Hình 3.11 Ví dụ về điều khiển tối ưu hiệu suất dựa trên mơ hình động cơ được

thực hiện trong khung tham chiếu hướng từ trường

Đa phần các đề nghị dựa trên hàm tổn hao khác biệt với các thông số liên quan

đến từ thơng để tìm tổn hao tối thiểu, với một moment tải và tốc độ cho trước. Có



35



nhiều cách khác nhau để thể hiện kết quả. Điều này phụ thuộc vào sự khác nhau

trong cách biểu diễn ví dụ như giữa điện trở tổn hao lõi và sai lệch trong thực tế,

nhưng về cơ bản thì ý tưởng giống nhau. Trong vài trường hợp giá trị tham chiếu

từ thông rotor tối ưu được tính trực tiếp như của Takahashi và Noguchi, Islam và

Somuah, nhóm Mendes, nhóm Baba, nhóm Matsuse, Chang và Kim. Trong các

trường hợp khác điểm hiệu suất tối ưu được diễn tả bởi tỉ số giữa trường từ và

moment như nhóm Garcia, nhóm Ashikaga

Nhóm của Mendes cũng tuyên bố tối thiểu hóa được tổn hao động. Tuy nhiên

điều này yêu cầu moment tải và tốc độ phải được biết trước. Việc này đúng trong

một vài ứng dụng, ví dụ như các máy công cụ làm việc trong cùng 1 dây chuyền kín.

Nhóm của Fetz đã thiết lập được một phương pháp khác để tối ưu hiệu suất của

một động cơ được điều khiển vector từ thông rotor. Họ sử dụng tiêu chuẩn cực đại

tỉ số moment trên dòng điện stator. Điều này cho phép tính tốn được các tham số

cường độ moment và cường độ trường tối ưu từ một tham số moment tải.

3.7 Điều khiển tìm kiếm (search control)

Điều khiển tìm kiếm còn được các tác giả khác gọi là điều khiển kiểm tra (testing

control), điều khiển thích nghi hay tối ưu hóa on-line. Dù tên gọi nào thì ngun tắc

điều khiển của nó là cực trị hóa một thơng số có nghĩa bằng phép thử và sai. Tiêu

chuản có thể là cực đại hóa hiệu suất, cực tiểu hóa cơng suất ngõ vào bộ inverter,

cực tiểu hóa cơng suất khâu DC, cực tiểu tổn hao trong động cơ, cực tiểu tổn hao

bộ lái, cực tiểu dòng stator hoặc dòng điện ở khâu DC.

3.7.1 Điều khiển tìm kiếm truyền thống

Nguyên tắc được đề cập đầu tiên trong một công bố của Geppert năm 1982 cho

một động cơ xe điện. Đề xuất đưa ra là khởi động động cơ với một tỉ số V/Hz danh

định, và khi đạt được moment u cầu khơng thay đổi thì giảm tỉ số V/Hz cho đến

khi tìm được cực tiểu dòng khâu DC.



36



Đối với một bộ lái phổ thơng thì ý tưởng được Kusko và Galler đề cập đầu tiên

vào năm 1983. Nhóm của Kirschen thực hiện mơ phỏng đầu tiên vào năm 1985.

Các kết quả thực nghiệm được báo cáo vào năm 1987. Họ đã thực hiện điều khiển

tìm kiếm với một sơ đồ điều khiển vectơ từ thông rotor, và đã tối thiểu cơng suất

ngõ vào bộ lái, duy trì ngõ ra động cơ không đổi bằng cách điều khiển tốc độ với giả

thiết đặc tính tải khơng đổi như trong hình 3.12. Một hệ thống tương tự cũng được

nghiên cứu bởi Chen và Yeh năm 1991.



Hình 3.12 thực thi điều khiển tìm kiếm cho bộ điều khiển theo từ thơng rotor

Ưu điểm chính của điều khiển tìm kiếm là nó khơng phụ thuộc vào các thơng số

của động cơ như các chiến thuật điều khiển khác mà vẫn tìm được hiệu suất tối ưu

thật sự. Mặc khác, nó cần thời gian hội tụ dài để đạt được hiệu suất tối ưu (khơng

dưới 4s) và có thể xuất hiện các xung nhiễu liên tục trong moment và tốc độ phụ

thuộc vào cách thức thiết kế giải thuật. Thuật tốn tìm kiếm có thể khó điều chỉnh

để đảm bảo hội tụ chính xác trong mọi trường hợp. Nếu tối thiểu cơng suất thì cần

thêm các cảm biến chính xác trừ khi dòng stator được tái tạo từ dòng khâu DC nhờ

vậy mà cơng suất ở khâu DC có thể dễ dàng thu thập được.

Nhóm Kirschen thảo về nhiễu loạn và tắt dần moment trong động cơ. Họ thấy

rằng ở gần điểm hiệu suất tối ưu các nhiễu loạn với một bước nhảy từ thông cho

trước sẽ lớn hơn và tắt dần chậm hơn, nhưng điều này có thể được bù bằng cách

tăng độ lợi của bộ điều khiển tốc độ nhờ vào việc lập trình độ lợi khá đơn giản.



37



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

6 Điều khiển dựa vào mô hình

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×