1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN THỊ TRUNG TÍN

ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG
ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU 3 PHA DÙNG
MẠNG NƠRON THÍCH NGHI

Chuyên ngành : TỰ ĐỘNG HÓA
Mã số : 60.52.60
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2011

- Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng
3

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của ñề tài
Hiện nay trong các hệ truyền ñộng của các dây truyền sản
xuất hiện ñại, ñộng cơ xoay chiều ba pha không ñồng bộ (KĐB) rotor
lồng sóc ñang ñược sử dụng rộng rãi bởi có nhiều ưu ñiểm như cấu
tạo ñơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẻ, vận hành tin cậy và an toàn.
Với sự phát triển của lý thuyết ñiều khiển và các ngành có liên quan
làm cho ñộng cơ KĐB ñang chiếm dần ưu thế trong các hệ truyền
ñộng.
2. Mục ñích nghiên cứu
- Tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt ñộng và mô hình toán
học của ñộng cơ không ñồng bộ rotor lồng sóc.
- Tìm hiểu các phương pháp ñiều khiển tốc ñộ ñộng cơ KĐB
ba pha rotor lồng sóc.
- Tìm hiều cấu trúc của hệ truyền ñộng ñiện xoay chiều 3 pha
ñiều khiển trực tiếp moment (DTC).
- Tìm hiểu lý thuyết về bộ biến tần ma trận và ứng dụng bộ
biến tần ma trận cùng phương pháp DTC trong ñiều khiển ñộng cơ
KĐB.
- Tổng hợp và mô phỏng ñược bộ ñiều khiển ñộng cơ KĐB
xoay chiều ba pha không dùng cảm biến tốc ñộ
- Trình bày kết quả so sánh giữa bộ PI thông thường và bộ ñiều
khiển dùng mạng nơron thích nghi nhằm cho thấy sự thích nghi tốt
của bộ ñiều khiển tốc ñộ dùng mạng nơron thích nghi trong các ñiều
kiện thông số thay ñổi.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
5

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Đặt vấn ñề
1.2. Tổng quan về ñộng cơ không ñồng bộ ba pha
1.2.1. Giới thiệu
1.2.2. Cấu tạo
1.2.3. Nguyên lý hoạt ñộng
1.3. Các phương trình cơ bản của ĐCKĐB
1.4. Các phương pháp ñiều khiển tốc ñộ ñộng cơ KĐB
1.4.1. Điều khiển vô hướng ĐCKĐB (scalar)
1.4.2. Phương pháp ñịnh hướng trường(FOC)
1.4.3. Phương pháp ñiều khiển trực tiếp moment (DTC)
+ Ưu ñiểm của phương pháp DTC so với phương pháp FOC:
o Ít phụ thuộc vào thông số ñộng cơ.
o Không cần phải sử dụng các khối chuyển ñổi tương quan.
o Cho ñáp ứng momen nhanh hơn.
1.4.4. Giới thiệu bộ biến tần ma trận
Việc sử dụng biến tần ma trận có nhiều ưu ñiểm như:
o Biến tần ma trận có khả năng chuyển ñổi ñiện áp xoay chiều
có tần số và biên ñộ cố ñịnh ở ngõ vào thành ñiện áp xoay chiều có
tần số và biên ñộ thay ñổi.
o Cho phép tải hoạt ñộng trong cả 4 góc phần tư mặt phẳng V-
A của tải (four-quadrant operation).
o Không cần sử dụng nhiều tụ ñiện như trong bộ biến ñổi DC-
link.
o Ngăn chặn ñặc tính nguồn ngõ vào và làm tăng mật ñộ công

ñiện xoay chiều 3 pha.

7

CHƯƠNG 2
BIẾN TẦN MA TRẬN VÀ VẤN ĐỀ CHUYỂN MẠCH
2.1. Tổng quan về biến tần ma trận
2.1.1. Nguyên lý ñiều khiển bộ biến tần ma trận
Hình 2.1. Sơ ñồ nguyên lý biến tần ma trận 3x3
2.1.2. Các giải thuật ñiều chế phổ biến
2.1.2.1. Giải thuật ñiều chế sóng mang Venturini
2.1.2.2. Giải thuật
ñiều chế vô hướng (Roy)
2.1.2.3. Gi
ả
i thu
ậ
t
ñ
i
ề

: Ngắt IGBT ñang ở trạng thái không dẫn dòng trong
cặp IGBT chuẩn bị chuyển sang trạng thái ngắt.
o
B
ướ
c 2
: Đóng IGBT sẽ ở trạng thái dẫn dòng trong cặp
Nguồn 3 pha
ngõ vào
Khóa 2
chiều
8

IGBT chuẩn bị chuyển sang trạng thái ñóng.
o
B
ướ
c 3
: Ngắt IGBT ñang ở trạng thái dẫn dòng trong cặp
IGBT chuẩn bị chuyển sang trạng thái ngắt.
o
B
ướ
c 4
: Đóng IGBT sẽ ở trạng thái không dẫn dòng trong
cặp IGBT chuẩn bị chuyển sang trạng thái ñóng.
Giải thuật chuyển mạch 4 bước hiện nay có thể thực hiện dễ
dàng trên các kit FPGA.
2.3. Kết luận chương 2
Hiện nay, biến tần ma trận ñang trong quá trình nghiên cứu

khó khăn trong việc kiểm soát từ thông và momen ở tốc ñộ rất nhỏ
của ñộng cơ, dòng ñiện lớn và sự nhấp nhô của momen gây ra hiện
tượng thất thoát ñiện năng lớn và tiếng ồn khi ñộng cơ hoạt ñộng, tần
số ñóng ngắt hay thay ñổi.
3.2. Cấu hình DTC thông thường (Conventional DTC)
Hình 3.2. Mô hình phương pháp DTC cơ bản
3.2.1 Biến tần nguồn áp ba pha (VSI)
3.2.2. Điều khiển từ thông trực tiếp
3.2.3. Điều khiển momen trực tiếp
3.2.4. Lựa chọn trạng thái ñóng ngắt cho khóa
Chọn
Vector
ñiện áp

VSI
Ước lượng
từ thông
và mômem
10

3.3. Mô hình ước lượng từ thông stator
3.3.1. Ước lượng theo ñiện áp
Hình 3.13. Sơ ñồ cấu trúc phương pháp ước lượng theo thuật toán
của Hu và Wu

G
y
+
=
1

y

+

+

z

11

3.6. Ứng dụng biến tần ma trận trong kỹ thuật DTC

Hình 3.22. Sơ ñồ khối tổng quát của mô hình mô phỏng DTC
13

3.7.2. Động cơ không ñồng bộ

tốc ñộ dùng bộ PI
- Với sơ ñồ mô phỏng ñược thiết kế như trên, ñiện áp nguồn 3
pha 220V/50Hz, tần số ngõ ra yêu cầu 25Hz ta có một số kết quả mô
phỏng:
16

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
: iA
: iB
: iC
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
-600
-400
-200
0
200
400
600
 Dòng tải Hình 3.35. Dòng tải mô phỏng

-600
-400
-200
0
200
400
600 Hình 3.36. Áp dây tải V
ab
- Mô tả hoạt ñộng của mô hình (Hình 3.22):

+ Tại thời ñiểm t = 0, tốc ñộ ñặt của ñộng cơ là 1000
vòng/phút. Theo các hình tốc ñộ phản hồi ñang tăng dần theo hàm
dốc tốc ñộ ñặt.
+ Tại thời ñiểm t = 0.5s (sau khi tốc ñộ ñã ñạt trạng thái xác
lập), moment tải ñịnh mức có giá trị 0.13 Nm ñược ñặt vào ñộng cơ.
Khi ñó, tốc ñộ ñộng cơ có giảm ñi ñôi chút.
+ Tại thời ñiểm t = 1s, tốc ñộ ñặt là 500vòng/phút. Tốc ñộ
ñộng cơ do ñó giảm theo hàm dốc về 500vòng/phút.

 Dòng ñiện stator:

 Moment ñộng cơ:
Hình 3.37. Đáp ứng dòng ñiện stator của ñộng cơ
Dòng
ñ
i
ệ
n stator
Time (Sec)
Ampe (A)

Hình 3.38. Đáp ứng moment ñộng cơ
Time (Sec)
Moment (Nm)
19

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

tượng ñập mạch. Tuy nhiên, bản chất ñộng cơ là một bộ lọc thông
thấp với L lớn nên ñộng cơ hoạt ñộng với moment ñập mạch mà
không gây ra hư hỏng.

Hình 3.39.
Đáp
ứng tốc
ñ
ộ

: Tốc ñộ phản hồi
: Tốc ñộ ñặt
Speed (RPM)
Time
Khi có
moment tải
20

CHƯƠNG 4
THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN VẬN TỐC ĐỘNG CƠ KĐB
XOAY CHIỀU BA PHA DÙNG MẠNG
NƠRON THÍCH NGHI
4.1. Khái quát mạng nơron
4.1.1. Giới thiệu
Nơron sinh học có cấu tạo như hình 4.1. 4.1.2. Tế bào nơron nhân tạo
4.1.3. Các loại mạng nơron nhân tạo thường gặp và phương
pháp huấn luyện mạng

ron h
ồ
i quy m
ộ
t l
ớ
p.
4.1.3.4.
Mạ
ng n
ơ
ron h
ồ
i quy nhi
ề
u l
ớ
p.
4.1.4. Các phương pháp huấn luyện mạng nơron nhân tạo
4.1.4.1.
Họ
c
có giá
m
sá
t

4.1.4.2.
Họ
c

nơron thích nghi là 1 mạng nơron như sau (Hình 4.19). Lúc này, bộ ñiều khiển C có giải thuật ñiều khiển ñược trình
bày như sau:
- Bộ ñiều khiển C
11 11 11
1
( ) ( ) ( ) 1
N
j i
ij
i
p n w n E n
=
= +
∑

(4.21)

11 11
( ) ( ( ))
j j
q n p n
ϕ
=

(4.22)

1

1
11 11 11 11 11 11
1
( ) ( ) ( )(1 ( )) ( ) ( )
N
k
i
c
ij j j
k
w n K e n q n q n E n h n
η
=
∆ = −
∑
(4.24)
11 11 11 11
1
( ) ( ) ( )
c
j j
h n K e n q n
η
∆ =

(4.25)
4.3. Vòng ñiều khiển tốc ñộ với bộ ñiều khiển dùng mạng nơron
thích nghi với thuật toán MFA
Tác giả thay thế vòng ñiều khiển tốc ñộ với bộ PI cố ñịnh bằng
mạng nơron thích nghi.

24

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
: Toc do dat
: Toc do phan hoi
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
: Toc do dat
: Toc do phan hoi
 Đáp ứng tốc ñộ của ñộng cơ khi có khâu nơron thich nghi

600
700
800
900
1000
: Toc do dat
: Toc do phan hoi

Hình 4.26. Đáp ứng tốc ñộ ñộng cơ tại các thời ñiểm ñóng tải
4.5. Kết luận chương 4
Tác giả ñã tìm hiểu bộ ñiều khiển mạng nơron thích nghi với
thuật toán ñiều khiển MFA dùng ñiều khiển tốc ñộ ñộng cơ KĐB ba
pha rotor lồng sóc với mục ñích lấy kết quả xem xét với kết quả ñiều
khiển dùng bộ PI thông thường.
Ta nhận thấy, với bộ nơron thích nghi cho ñáp ứng tốc ñộ
khá tốt so với bộ PI thông thường. Tốc ñộ phản hồi bám chặt tốc ñộ
ñặt và không xảy ra hiện tượng giảm tốc nhiều như PI thông thường
khi có tải ñặt vào ñộng cơ.

hơn. Do ñó, sẽ làm giảm ñáng kể ñộ ñập mạch của moment, giúp
ñộng cơ vận hành êm ái.
- Thực hiện thực nghiệm thuật toán ước lượng tốc ñộ ñộng
cơ ñể ñiều khiển không cảm biến.