Bài giảng Điều khiển máy điện - Bài: Sensorless Control - Nguyễn Ngọc Tú

Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Điều khiển máy điện Sensorless Control Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Giới thiệu • Encoder có giá thành khá cao. • Cần thêm một nguồn DC +/- 5V • Tín hiệu encoder dễ bị nhiễu Sensorless control - Ước lượng tốc độ rotor từ các tín hiệu điện áp và dòng điện (model based method) - Điều chỉnh moment và từ thông ( >2-3Hz) rất tốt - Sai số xác lập chỉ ngang bằng so với encoder phân giải tốt - Chất lượng động không bằng điều khiển có cảm biến - Khó điều khiển moment tại tần số/tốc độ thấp Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Giới thiệu • Tốc độ ωr chỉ chính xác khi Rr được ước lượng chính xác • Nói chung, độ chính xác cao nhất đạt tới 4-8 vòng/phút, cho dù Rr chính xác (nếu Rr không được nhận dạng online thì sai số có thể lên 10-20 vòng/phút) • Tại tốc độ thấp ( 2-3Hz), Rs phải được ước lượng chính xác Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Giới thiệu Tại tốc độ thấp ωeLs rất nhỏ Xét mạch tương đương của động cơ ở xác lập Tốc độ càng thấp thì Vψ càng nhỏ, và Vr >> Vψ Nếu Rs không được chính xác  Vr sẽ không đúng. Vì thế Vψ cũng không chính xác  khó ước lượng góc từ thông và moment  Chất lượng của sensorless control phụ thuộc vào việc giải quyết vấn đề ở tốc độ thấp Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Ước lượng dùng phương trình định hướng trường rotor Định hướng trường Chứng minh? Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Ước lượng dùng phương trình định hướng trường rotor Giả sử động cơ hoạt động dưới tốc độ đồng bộ  imrd = ids Để định hướng trường, cho các giá trị lệnh bằng vsd và vsq, dψrd/dt = 0 và ψrq = 0 Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Ước lượng dùng phương trình định hướng trường rotor ωe là giá trị cần đưa vào động cơ, vì vậy nếu chính xác thì cũng chính xác ˆ sl ˆ ˆ r e sl    Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Ước lượng dùng phương trình định hướng trường rotor ωe được tính từ bộ điều khiển dòng isq (Nếu cần tăng moment thì ωe phải tăng để tạo thêm moment) isq được dùng để tính isd được dùng để điều khiển vsd ˆ sl Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Ước lượng dùng phương trình định hướng trường rotor ˆ slˆr và phụ thuộc vào độ chính xác của các thông số trong các phương trình điện áp X và Y phụ thuộc vào Rs  đưa đến vấn đề tốc độ thấp có giá trị lớn khi moment thay đổi nhanh  σLs không chính xác  định hướng trường kém Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Ước lượng độc lập với định hướng trường Nếu hệ qui chiếu quay với tốc độ zero (hệ qui chiếu gắn với stator) Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Ước lượng độc lập với định hướng trường is được đo bởi ADC vs lấy từ bộ phát PWM Sơ đồ bộ điều khiển định hướng trường trực tiếp Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Ước lượng độc lập với định hướng trường Có thể dùng hay không dùng cảm biến Việc tính λ phụ thuộc vào Rs: -Tại tốc độ thấp, λ và định hướng trường có thế không tốt -Cho dù dùng encoder, bộ điều khiển có thể không khởi động được (cần thêm 1 lượng boost voltage vào giá trị lệnh vsd*) Tại tốc độ trên 1 hay 2Hz, định hướng trường tốt như điều khiển gián tiếp Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Các phương pháp ước lượng tốc độ • Tính độ trượt • Tổng hợp trực tiếp từ các phương trình trạng thái • MRAS Model reference adaptive system • Speed adaptive flux observer • Bộ lọc Kalman mở rộng EKF Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Ước lượng bằng pp MRAS Từ thông được tính từ các phương trình stator và rotor, sau đó so sánh với nhau để tạo thành vector sai số (điều khiển để sai số về 0) Voltage Model Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Ước lượng bằng pp MRAS Ref: IMeq.pdf  Cho ωe = 0 Current Model Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Ước lượng bằng pp MRAS Hai vector từ thông phải bằng nhau Nếu chưa bằng thì được điều chỉnh cho tới khi sai số bằng 0 ˆ r Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Ước lượng bằng pp MRAS Chuyển hệ qui chiếu (HQC) stator αβ sang HQC rotor αβ: isαβ(stator) = isαβ(rotor).e -jθr θr là vị trí của rotor (góc giữa HQC tĩnh và HQC rotor) Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Ước lượng bằng pp MRAS High-pass filter: dùng để loại bỏ thành phần DC tạo bởi khâu tích phân, tần số cắt khoảng 1Hz Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Ước lượng bằng pp MRAS ˆ r ˆ V rphụ thuộc vào tr (và Rs qua ) , nhưng không phụ thuộc   tốt ở tốc độ trên 1Hz Nếu Rs chính xác, có thể điều khiển tốt xuống tới 0Hz đặc biệt nếu không tải Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Ước lượng bằng MRAS