Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật điện: Phát triển giải thuật ước lượng thông số cơ điện và điều khiển servo động cơ không đồng bộ ba pha

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:143

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật điện "Phát triển giải thuật ước lượng thông số cơ điện và điều khiển servo động cơ không đồng bộ ba pha" trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan về những nghiên cứu ước lượng thông số cho các loại động cơ điện; Mô tả cấu tạo, nguyên lý, phương trình mạch điện tương đương và các phương pháp điều khiển động cơ điện; Lý thuyết điều khiển trượt; Ứng dụng lý thuyết điều khiển trượt được phát triển để ước lượng thông số động cơ xoay chiều đồng bộ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật điện: Phát triển giải thuật ước lượng thông số cơ điện và điều khiển servo động cơ không đồng bộ ba pha

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- NGUYỄN TẤN NÓ PHÁT TRIỂN GIẢI THUẬT ƯỚC LƯỢNG THÔNG SỐ CƠ ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN SERVO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ VÀ VIỄN THÔNG Hà Nội –2021
I BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Nguyễn Tấn Nó PHÁT TRIỂN GIẢI THUẬT ƯỚC LƯỢNG THÔNG SỐ CƠ ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN SERVO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 9520216 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1.Chức danh, tên HD1: TS. Trương Nguyên Vũ 2.Chức danh, tên HD2: PGS.TS. Nguyễn Tấn Tiến Hà Nội – 2021
II LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng các kết quả khoa học được trình bày trong luận án này là thành quả nghiên cứu của chính bản thân tôi trong suốt quá trình làm nghiên cứu sinh và chưa từng xuất hiện trong công bố của tác giả khác. Các kết quả đạt được là chính xác và trung thực. TÁC GIẢ LUẬN ÁN
III LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin trân trọng cảm ơn đến Ban Lãnh đạo Học Viện Khoa Học và Công Nghệ - Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn. Quý Thầy đã nhiệt tình định hướng, hỗ trợ tôi hoàn thành luận án. Xin cảm ơn Anh (Chị) cán bộ các phòng ban đã tạo điều kiện, trao đổi kinh nghiệm chuyên môn và hỗ trợ vật tư, kinh phí, thiết bị để tôi hoàn thành thực nghiệm luận án với kết quả tốt nhất. Cuối cùng, xin cảm ơn đến gia đình, bạn bè, người thân đã động viên và dành cho tôi những tình cảm, chia sẻ những lúc khó khăn. Hà Nội, ngày …… tháng ….. năm 20…… Tác giả luận án
IV MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA ...................................................................................................... I LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... II LỜI CẢM ƠN ...........................................................................................................III MỤC LỤC ................................................................................................................ IV DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .................................................. VIII DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................... X DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .................................................................. XI MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 Tính cấp thiết của luận án ...........................................................................................1 Mục tiêu, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu ........................................2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án .................................................................3 Các đóng góp mới của luận án ....................................................................................3 Cấu trúc nội dung của luận án .....................................................................................4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................................5 1.1. Đặt vấn đề .............................................................................................................5 1.2. Những công trình nghiên cứu liên quan ...............................................................7 1.3. Các vấn đề nghiên cứu trong luận án .................................................................14 1.4. Kết luận ..............................................................................................................15 CHƯƠNG 2. ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN ...................................................................................................................17 2.1. Động cơ điện một chiều .....................................................................................17 2.1.1. Cấu tạo .............................................................................................................17 2.1.2. Nguyên lý hoạt động .......................................................................................17
V 2.1.3. Mô hình động cơ điện một chiều .................................................................... 18 2.2. Chuyển đổi hệ tọa độ trong điều khiển động cơ xoay chiều .............................. 19 2.2.1. Chuyển đổi hệ tọa độ....................................................................................... 19 2.2.2. Hàm truyền Clarke .......................................................................................... 20 2.2.3. Hàm truyền Park ............................................................................................. 21 2.3. Động cơ PMSM ................................................................................................. 21 2.3.1. Cấu tạo động cơ PMSM .................................................................................. 21 2.3.2. Nguyên lý hoạt động ....................................................................................... 22 2.3.3. Mô hình toán động cơ PMSM ......................................................................... 23 2.4. Động cơ không đồng bộ ba pha ......................................................................... 24 2.4.1. Khái niệm ........................................................................................................ 24 2.4.2. Cấu tạo ............................................................................................................ 25 2.4.3. Nguyên lý hoạt động ....................................................................................... 26 2.4.4. Mô hình toán động cơ IM ............................................................................... 28 2.5. Các phương pháp điều khiển động cơ điện xoay chiều ..................................... 29 2.6. Kết luận .............................................................................................................. 37 CHƯƠNG 3. LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT VÀ ỨNG DỤNG TRONG ƯỚC LƯỢNG THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ ĐIỆN .................................................................. 38 3.1. Lý thuyết điều khiển trượt .................................................................................. 38 3.2. Phương pháp khắc phục chattering trong điều khiển trượt ................................ 42 3.2.1. Phương pháp thay thế hàm sign bằng hàm sigmoid ....................................... 42 3.2.2. Phương pháp điều khiển trượt bậc cao FONTSM .......................................... 44 3.3. Ứng dụng điều khiển trượt trong ước lượng thông số hệ thống ........................ 46 3.3.1. Sử dụng bộ trượt cổ điển ................................................................................. 48
VI 3.3.2. Sử dụng bộ trượt NTSM..................................................................................50 3.4. Kết luận ..............................................................................................................52 CHƯƠNG 4. ƯỚC LƯỢNG THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU..........54 4.1. Ước lượng thông số cơ điện của động cơ điện một chiều ..................................54 4.2. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm ....................................................................60 4.2.1. Kết quả mô phỏng ...........................................................................................60 4.2.2. Kết quả thực nghiệm .......................................................................................69 4.3. Kết luận ..............................................................................................................73 CHƯƠNG 5. ƯỚC LƯỢNG THÔNG SỐ CƠ ĐIỆN ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU (PMSM) ........................................74 5.1. Ước lượng thông số cơ điện động cơ PMSM.....................................................74 5.2. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm ....................................................................79 5.2.1. Kết quả mô phỏng ...........................................................................................79 5.2.2. Kết quả thực nghiệm .......................................................................................85 5.3. Kết luận ..............................................................................................................87 CHƯƠNG 6. ƯỚC LƯỢNG THÔNG SỐ CƠ ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ (IM) ....................................................89 6.1. Thiết kế bộ điều khiển trực tiếp mô-men ...........................................................89 6.2. Ước lượng thông số cơ điện động cơ không đồng bộ ........................................91 6.3. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm ....................................................................95 6.3.1. Kết quả mô phỏng ...........................................................................................95 6.3.2. Kết quả thực nghiệm .....................................................................................101 6.4. Kết luận ............................................................................................................104 CHƯƠNG 7. KẾT LUẬN .......................................................................................106 7.1. Những nội dung nghiên cứu chính của luận án ................................................106
VII 7.2. Những đóng góp khoa học mới của luận án .................................................... 107 7.3. Định hướng nghiên cứu phát triển ................................................................... 108 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ............................................... 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 110 PHỤ LỤC ................................................................................................................ 118
VIII DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu/ Đơn vị Ý nghĩa Viết tắt R Ω Điện trở cuộn dây động cơ điện một chiều L H Độ tự cảm i A Dòng điện động cơ điện một chiều Kt Nm/A Hằng số mô-men động cơ điện một chiều Ke V/(rad/sec) Hằng số Back-emf động cơ điện một chiều v V Điện áp động cơ điện một chiều  rad Góc rotor động cơ điện một chiều T Kg/m Mô-men động cơ điện một chiều Tl Nm Mô-men tải Tf Nm Mô-men ma sát tĩnh b Nms/rad Hệ số ma sát nhớt TL Nm Tất cả ngoại lực tác động bao gồm nhiễu hệ thống v   V Điện áp stator động cơ PMSM i   A Dòng điện stator động cơ PMSM Rs Ω Điện trở stator động cơ PMSM e Rad Góc rotor f Wb Từ thông np Số cặp cực động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu J Kg.m2 Mô-men quán tính vs   V Điện áp stator trên hệ tọa độ (α-β) is   A Dòng điện stator trên hệ tọa độ (α-β)  s   Wb Từ thông stator trên hệ tọa độ (α-β) vr   V Điện áp rotor trên hệ tọa độ (α-β) Rr Ω Điện trở rotor  r   Wb Từ thông rotor trên hệ tọa độ (α-β)
IX  Rad/s Vận tốc góc rotor Ls mH Cảm kháng Stator Lr mH Cảm kháng Rotor Lm mH Hỗ cảm te Kg.N.m2 Mô-men vsd q V Điện áp stator trên hệ di động (d-q) isd  q A Dòng điện stator trên hệ di động (d-q)  sd q Wb Từ thông stator trên hệ di động (d-q) s Rad/s Vận tốc góc từ thông stator PMSM Pernament Magnet Sychronous Motor IM Induction Motor DC Direct Current AC Alternate Current FOC Field Oriented Control DTC Direct Torque Control SLM Sliding Mode TSM Terminal Sliding Mode NTSM Nonsingular Terminal Sliding Mode HOTSM High-Order Terminal Sliding Mode FONTSM Full-Order Nonsingular Terminal Sliding Mode CNC Computer Numerical Control LPF Low Pass Filter
X DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Bảng đóng ngắt các khóa bán dẫn dựa vào mô-men và góc từ thông ..... 34 Bảng 2.2. So sánh giữa phương pháp điều khiển trực tiếp mô-men (DTC) và phương pháp điều khiển tựa từ thông (FOC). ....................................................................... 36 Bảng 4.1. Thông số động cơ điện một chiều được sử dụng trong mô phỏng .......... 60 Bảng 4.2. Bảng so sánh kết quả ước lượng tốc độ rotor của các bộ điều khiển ...... 61 Bảng 4.3. Kết quả sai số dòng điện ước lượng từ các bộ điều khiển ....................... 64 Bảng 4.4. Bảng kết quả ước lượng tốc độ khi Rˆ  1.5R, Lˆ  1.5L ......................... 66 Bảng 4.5. Bảng kết quả ước lượng tốc độ khi Rˆ  3R, Lˆ  2 L ............................... 67 Bảng 4.6. Bảng so sánh kết quả tốc độ ước lượng của các bộ điều khiển ............... 68 Bảng 4.7. Thông số động cơ điện một chiều thực nghiệm....................................... 69 Bảng 4.8. Đáp ứng tốc độ thực nghiệm của lý thuyết ước lượng ............................ 70 Bảng 4.9. Đáp ứng dòng điện thực nghiệm của lý thuyết ước lượng ...................... 72 Bảng 5.1. Thông số kỹ thuật động cơ PMSM sử dụng trong mô phỏng.................. 80 Bảng 5.2. Kết quả ước lượng tốc độ các bộ điều khiển ........................................... 81 Bảng 5.3. Kết quả ước lượng tốc độ các bộ điều khiển ........................................... 83 Bảng 5.4. Thông số động cơ PMSM thực nghiệm ................................................... 85 Bảng 5.5. Kết quả ước lượng tốc độ các bộ điều khiển ........................................... 86 Bảng 6.1. Thông số kỹ thuật động cơ IM được sử dụng trong mô phỏng ............... 95 Bảng 6.2. Kết quả ước lượng tốc độ các bộ điều khiển ........................................... 97 Bảng 6.3. Kết quả ước lượng tốc độ các bộ điều khiển ........................................... 99 Bảng 6.4. Thông số động cơ IM thực nghiệm........................................................ 101 Bảng 7.1. Bảng tổng hợp kết quả ước lượng .......................................................... 106
XI DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Sơ đồ điều khiển động cơ điện một chiều có tín hiệu hồi tiếp ...................5 Hình 1.2. Hiện tượng chattering trong điều khiển trượt ...........................................6 Hình 1.3. Các phương pháp điều khiển động cơ điện xoay chiều .............................7 Hình 1.4. Bộ ước lượng trong phương pháp điều khiển động cơ ..............................8 Hình 1.5. Các hàm điều khiển ứng dụng trong tín hiệu điều khiển trượt ................10 Hình 1.6. Mặt trượt Nonsingular Terminal Sliding Mode .......................................12 Hình 1.7. Sơ đồ bộ ước lượng thông số cơ điện của động cơ trong luận án .............14 Hình 2.1. Cấu tạo động cơ điện một chiều ...............................................................17 Hình 2.2. Sơ đồ mạch tương đương động cơ điện một chiều ..................................18 Hình 2.3. Mối liên hệ giữa hệ tọa độ abc và hệ tọa độ cố định (α – β) ....................20 Hình 2.4. Mối liên hệ giữa hệ tọa độ (α – β) và (d – q) ..........................................21 Hình 2.5. Rotor và stator động cơ PMSM ...............................................................22 Hình 2.6. Nguyên lý hoạt động của động cơ PMSM ...............................................23 Hình 2.7. Mạch chuyển đổi tương đương động cơ PMSM .....................................23 Hình 2.8. Động cơ không đồng bộ ba pha. ..............................................................24 Hình 2.9. Cấu tạo stator động cơ không đồng bộ ba pha ..........................................25 Hình 2.10. Cấu tạo rotor động cơ không đồng bộ ba pha ........................................26 Hình 2.11. Nguyên lý tạo ra từ tường bên trong Stator ...........................................26 Hình 2.12. Vị trí của động cơ trong một chu kì dòng điện cấp cho Stator ..............27 Hình 2.13. Dòng điện xuất hiện trong rotor .............................................................27 Hình 2.14. Sơ đồ mạch điện tương đương IM .........................................................28 Hình 2.15. Các phương pháp điều khiển động cơ điện xoay chiều .........................30 Hình 2.16. Kiến trúc cơ bản của phương pháp điều khiển FOC ..............................32
XII Hình 2.17. Sơ đồ phương pháp điều khiển trực tiếp mô-men DTC ........................ 33 Hình 2.18. Chọn véc-tơ điều khiển tương ứng với Sector ...................................... 34 Hình 3.1. Tín hiệu điều khiển ................................................................................... 40 Hình 3.2. Biến trượt.................................................................................................. 41 Hình 3.3. Mặt phẳng pha .......................................................................................... 41 Hình 3.4. Đáp ứng biến trạng thái ............................................................................ 41 Hình 3.5. Tín hiệu điều khiển ................................................................................... 42 Hình 3.6. Biến trượt.................................................................................................. 43 Hình 3.7. Mặt phẳng pha .......................................................................................... 43 Hình 3.8. Đáp ứng biến trạng thái ............................................................................ 43 Hình 3.9. Tín hiệu điều khiển ................................................................................... 45 Hình 3.10. Biến trượt................................................................................................ 45 Hình 3.11. Mặt phẳng pha ........................................................................................ 46 Hình 3.12. Đáp ứng biến trạng thái .......................................................................... 46 Hình 3.13. Ước lượng thông số sử dụng bộ trượt cổ điển ....................................... 50 Hình 3.14. Ước lượng thông số sử dụng bộ trượt NTSM ........................................ 52 Hình 4.1. Sơ đồ mạch tương đương động cơ điện một chiều ................................. 54 Hình 4.2. Kết quả ước lượng tốc độ rotor ................................................................ 61 Hình 4.3. Kết quả phóng to giá trị tốc độ ước lượng từ 0.155 (s)-0.169 (s) ............ 62 Hình 4.4. Đồ thị hiển thị sai số giữa tốc độ ước lượng và tốc độ thật ..................... 62 Hình 4.5. Đồ thị hiển thị sai số giữa dòng điện ước lượng và dòng điện thực ........ 63 Hình 4.6. Phóng to sai số giữa dòng điện ước lượng và dòng điện thật .................. 63 Hình 4.7. Tín hiệu điều khiển ................................................................................... 64 Hình 4.8. Giá trị ước lượng tốc độ rotor khi Rˆ  1.5R, Lˆ  1.5L .......................... 65
XIII Hình 4.9. Sai số ước lượng tốc độ rotor khi Rˆ  1.5R, Lˆ  1.5L .............................65 Hình 4.10. Kết quả sai số dòng điện khi Rˆ  1.5R, Lˆ  1.5L .................................65 Hình 4.11. Giá trị ước lượng tốc độ rotor khi Rˆ  3R, Lˆ  2L .................................66 Hình 4.12. Sai số ước lượng tốc độ rotor khi Rˆ  3R, Lˆ  2L .................................67 Hình 4.13. Kết quả sai số dòng điện khi Rˆ  3R, Lˆ  2L ........................................67 Hình 4.14. Tốc độ thật và tốc độ ước lượng khi có tải thay đổi ...............................68 Hình 4.15. Sai số dòng điện của các bộ ước lượng ..................................................68 Hình 4.16. Sơ đồ mô hình thực nghiệm ....................................................................69 Hình 4.17. Mô hình thực nghiệm ước lượng thông số động cơ một chiều ...............70 Hình 4.18. Tốc độ ước lượng và tốc độ thật .............................................................70 Hình 4.19. Sai số tốc độ ước lượng ...........................................................................71 Hình 4.20. Sai số giữa dòng điện quan sát và dòng điện thực tế ..............................71 Hình 4.21. Sơ đồ điều khiển tốc độ động cơ sử dụng giá trị tốc độ ước lượng ........72 Hình 4.22. Đáp ứng tốc độ ........................................................................................72 Hình 5.1. Sơ đồ phương pháp điều khiển FOC .........................................................74 Hình 5.2. Tốc độ động cơ và tốc độ ước lượng ........................................................80 Hình 5.3. Sai số giữa tốc độ thật và tốc độ ước lượng ..............................................81 Hình 5.4. Góc rotor ước lượng của động cơ .............................................................81 Hình 5.5. Tín hiệu điều khiển....................................................................................82 Hình 5.6. Sai số dòng điện stator ..............................................................................82 Hình 5.7. Tốc độ ước lượng khi thông số mô hình thay đổi .....................................83 Hình 5.8. Sai số tốc độ của các bộ ước lượng ...........................................................83 Hình 5.9. Đáp ứng tốc độ khi có tải thay đổi ............................................................84
XIV Hình 5.10. Sai số tốc độ khi có tải thay đổi ............................................................. 84 Hình 5.11. Đáp ứng tốc độ ước lượng ...................................................................... 86 Hình 5.12. Sai số giữa tốc độ ước lượng và giá trị tốc độ thật................................. 87 Hình 5.13. Sai số dòng điện quan sát và dòng điện thực tế ..................................... 87 Hình 6.1. Chuyển đổi dòng stator từ hệ tọa độ ba pha sang hệ tọa độ (α – β) ......... 89 Hình 6.2. Chuyển đổi điện áp từ hệ tọa độ ba pha sang hệ tọa độ (α – β) ............... 89 Hình 6.3. Tính toán mômen, từ thông, và góc từ thông. .......................................... 90 Hình 6.4. Chọn sector ứng với góc từ thông ............................................................ 90 Hình 6.5. Tạo ra trạng thái từ thông và mômen sau khi qua bộ so sánh .................. 90 Hình 6.6. Sơ đồ phương pháp điều khiển DTC. ....................................................... 91 Hình 6.7. Tốc độ ước lượng và tốc độ thật .............................................................. 96 Hình 6.8. Sai số giữa tốc độ ước lượng và tốc độ thật ............................................. 96 Hình 6.9. Sai số giữa từ thông ước lượng và từ thông thật ...................................... 97 Hình 6.10. Tín hiệu điều khiển sử dụng bộ trượt FONTSM .................................... 97 Hình 6.11. Sai số dòng điện sử dụng bộ trượt FONTSM ........................................ 98 Hình 6.12. Giá trị ước lượng tốc độ rotor khi Rˆ  1.5R, Lˆ  1.5L .......................... 98 Hình 6.13. Sai số giá trị tốc độ ước lượng ............................................................... 99 Hình 6.14. Giá trị tốc độ ước lượng và tốc độ thật khi có tải tác động .................. 100 Hình 6.15. Sai số giá trị tốc độ ước lượng ............................................................. 100 Hình 6.16. Đáp ứng tốc độ ước lượng so với tốc độ thật ....................................... 102 Hình 6.17. Sai số tốc độ ước lượng và tốc độ thật ................................................. 102 Hình 6.18. Dòng điện ước lượng ............................................................................ 102 Hình 6.19. Sai số dòng điện ước lượng .................................................................. 103 Hình 6.20. Từ thông rotor ước lượng ..................................................................... 103
XV Hình 6.21. Sai số từ thông rotor ước lượng ............................................................103 Hình 6.22. Mô-men ước lượng và mô-men thực tế ................................................104 Hình 6.23. Sai số giữa mô-men ước lượng và lượng và mô-men thực tế ...............104
1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của luận án Động cơ điện đóng vai trò vô cùng quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp, dụng cụ sinh hoạt gia đình, tự động hóa trong nhà máy, hoặc trong các ứng dụng điều khiển chính xác, lĩnh vực robot…Thông thường, các phương pháp điều khiển động cơ điện yêu cầu phải hồi tiếp những thông số như tốc độ và vị trí của trục động cơ, một số phương pháp điều khiển véc-tơ đòi hỏi cần phải xác định các thông số đặc tính điện như: từ thông, dòng điện và điện áp. Tuy nhiên, việc lắp đặt các cảm biến trực tiếp gặp nhiều bất lợi như tăng chi phí, ảnh hưởng diện tích cơ khí, các cảm biến nhạy cảm với môi trường làm việc…Chính vì thế, trong những năm gần đây, đã mở ra lĩnh vực nghiên cứu nhằm mục đích ước lượng thông số của động cơ bằng các giải thuật phần mềm thay vì phải sử dụng các cảm biến phần cứng, góp phần làm giảm chi phí sản xuất, xác định chính xác các thông số cơ điện của động cơ mà các loại cảm biến khó có thể lắp đặt, đo đạc được. Lý thuyết điều khiển trượt được xem là có nhiều ưu điểm, thích hợp cho thiết kế các bộ ước lượng thông số của động cơ điện, bởi vì có tính bền vững trước nhiễu hệ thống, phù hợp với mô hình có nhiều thông số thay đổi trong quá trình hoạt động như động cơ điện. Nhưng điểm bất lợi lớn nhất trong điều khiển trượt là tồn tại hiện tượng chattering, làm cho giá trị ước lượng luôn dao động quanh giá trị thật dẫn đến xuất hiện sai số, là nguyên nhân làm giảm chất lượng của kết quả ước lượng, gây rung động hư hỏng các chi tiết cơ cấu. Có những nghiên cứu khắc phục hiện tượng chattering trong điều khiển trượt như sử dụng hàm saturation hay hàm sigmoid thay cho hàm sign trong tín hiệu điều khiển, kết quả làm giảm hiện tượng chattering nhưng vẫn còn tồn tại khuyết điểm là xuất hiện sai số xác lập, mất đi tính bền vững của điều khiển trượt. Một số phương pháp khác đã thiết kế lại biến trượt và nâng bậc tín hiệu điều khiển như: phương pháp trượt bậc cao (HOSLM), Terminal Sliding Mode (TSM), Nonsingular Terminal Sliding Mode (NTSM), Full-Order Nonsingular Terminal Sliding Mode (FONTSM) nhằm làm giảm hiện tượng chattering và thời gian đáp ứng. Tuy nhiên do tín hiệu
2 điều khiển chỉ được nâng lên một bậc, nên các phương pháp này chưa giải quyết hiệu quả vấn đề ước lượng chính xác thông số cơ điện của động cơ. Với những lý do trên, luận án tập trung nghiên cứu “Phát triển giải thuật ước lượng thông số cơ điện và điều khiển servo động cơ không đồng bộ ba pha” dựa trên phát triển lý thuyết điều khiển trượt, thiết kế tích hợp thêm hai thành phần hiệu chỉnh tích phân và đạo hàm vào biến trạng thái của mặt trượt NTSM, làm cho biến trạng thái tiến nhanh về mặt trượt hơn các phương pháp nghiên cứu trước đây. Đồng thời, tính hiệu điều khiển được nâng lên thành bậc ba làm cho hiện tượng chattering gần như được triệt tiêu, kết quả ước lượng thông số cơ điện đạt được thời gian đáp ứng ngắn và ít sai số hơn các phương pháp khác, từ đó có thể được sử dụng để hồi tiếp trực tiếp cho các bộ điều khiển động cơ. Mục tiêu, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Đề xuất thuật toán ước lượng thông số cơ điện cho các loại động cơ dựa trên việc phát triển bộ điều khiển trượt nhằm làm giảm hiện tượng chattering và thời gian đáp ứng, ứng dụng cho các phương pháp điều khiển động cơ. Đối tượng nghiên cứu Với mục tiêu trên, đối tượng nghiên cứu của luận án được xác định bao gồm: động cơ điện một chiều, động cơ xoay chiều đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) và động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc (IM). Phạm vi nghiên cứu Động cơ điện một chiều, động cơ PMSM và động cơ IM. Thuật toán ước lượng thông số cơ điện của động cơ dựa trên phát triển bộ điều khiển trượt. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu thể hiện qua trình tự tiến hành công việc như sau: 1. Nghiên cứu các tài liệu, tìm hiểu công trình được công bố liên quan đến luận án, từ đó xác định rõ nội dung và tìm ra các điểm mới mà luận án cần giải quyết.