Xem mẫu
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
ĐOÀN PHƢỚC TRIỀU
THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP HỆ ĐIỀU KHIỂN
VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
XOAY CHIỀU 3 PHA DÙNG FPGA
Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số:
60.52.02.16
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Đà Nẵng - Năm 2015
Công trình đƣợc hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. ĐOÀN QUANG VINH
Phản biện 1: TS. LÊ TIẾN DŨNG
Phản biện 2: TS. NGUYỄN HOÀNG MAI
Luận văn đƣợc bảo vệ tại Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 13 tháng 12 năm 2015.
* Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Thông tin học liệu, Đại học Đà Nẵng
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Sự bùng nổ của tiến bộ khoa học trong lĩnh vực điện - điện tử tin học hiện nay đã có những thay đổi sâu sắc cả về mặt lý thuyết lẫn
thực tế lĩnh vực truyền động điện tự động. Trƣớc hết phải kể đến sự ra
đời và ngày càng hoàn thiện các bộ biến đổi điện tử công suất, với kích
thƣớc gọn nhẹ, độ tác động nhanh cao, dễ dàng ghép nối với các mạch
điều khiển dùng mach vi điện tử, vi xử lý…Các hệ truyền động điện tự
động ngày nay thƣờng sử dụng nguyên tắc điều khiển vector cho các
động cơ xoay chiều. Phần lớn các mạch điều khiển này dùng kỹ thuật
số với chƣơng trình phần mềm linh hoạt, dễ dàng thay đổi các cấu trúc tham
số hoặc các luật điều khiển, vì vậy làm tăng độ chính xác và hiệu suất cho
các hệ truyền động.
FPGA có nhiều ƣu điểm vƣợt trội so với các công nghệ khác và
kể cả chi phí, có lợi thế trong việc canh tranh với thị trƣờng. FPGA là
viết tắt của cụm từ tiếng anh Field -Programmable Gate Array (mảng
cổng lập trình đƣợc dạng trƣờng) là một loại vi mạch tích hợp dùng cấu
trúc mảng phần tử logic mà ngƣời dùng có thể lập trình đƣợc.
Xuất phát từ những vấn đề thực tế đã nêu trên, tôi đã chọn đề
tài luận văn tốt nghiệp thạc sĩ: “Thiết kế và lắp ráp hệ điều khiển vị
trí động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha dùng FPGA”
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
a. Ý nghĩa khoa học
Đề tài xây dựng hệ thống điều khiển kín, phản hồi tốc độ, sử
dụng bộ điều khiển PID số để điều khiển ổn định vị trí động cơ không
2
đồng bộ xoay chiều ba pha rotor lồng sóc theo phƣơng pháp vector
không gian sử dụng FPGA.
b. Ý nghĩa thực tiễn
Hệ thống này cho phép sử dụng có hiệu quả, nâng cao chất lƣợng
động cơ không đồng bộ trong các hệ thống truyền động điện các nhà máy
công nghiệp.
3. Mục tiêu đề tài
Trong thực tế, tốc độ động cơ bị ảnh hƣởng bởi các yếu tố bên
ngoài, thƣờng là do tải, vì vậy tốc độ của động cơ thƣờng không đạt tốc
độ nhƣ mong muốn của ngƣời điều khiển. Từ thực tế đó, đề tài nhằm
mục tiêu xây dựng hệ thống biến tần điều khiển động cơ không đồng bộ
xoay chiều ba pha với vị trí động cơ đƣợc điều khiển bám theo tín hiệu
đặt mong muốn trong trƣờng hợp không có tải và có tải.
4. Nội dung của đề tài
- Tìm hiểu động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha rotor
lồng sóc.
- Xây dựng mô hình toán học động cơ không đồng bộ xoay
chiều ba pha rotor lồng sóc.
- Tìm hiểu phƣơng pháp điểu khiển vector, điều khiển động cơ
dựa trên cơ sở điều chế vector không gian.
- Xây dựng cấu trúc hệ truyền động điều khiển vị trí động cơ
không đồng bộ xoay chiều ba pha.
- Tổng hợp toàn bộ hệ thống.
- Mô phỏng hệ thống trên Matlab Simulink và thiết kế phần
cứng, lập trình cho hệ thống.
5. Bố cục đề tài
Dự kiến bố cục luận văn có 4 chƣơng:
3
LỜI MỞ ĐẦU
CHƢƠNG 1. Tổng quan động cơ không đồng bộ xoay chiều 3
pha rotor lồng sóc.
CHƢƠNG 2. Biến tần và hệ thống biến tần - động cơ không
đồng bộ xoay chiều 3 pha lồng sóc.
CHƢƠNG 3. Điều khiển vị trí động cơ không đồng bộ xoay
chiều 3 pha rotor lồng sóc.
CHƢƠNG 4. Sử dụng FPGA thiết kế bộ điểu khiển vị trí động
cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha.
6. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu
a. Đối tượng nghiên cứu
- Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha rotor lồng
sóc (IM).
- Hệ thống biến tần.
- Phƣơng pháp điều khiển vector tựa theo từ thông rotor.
- FPGA, lập trình bộ điều khiển PID số.
- Matlab Simulink.
b. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết, tìm hiểu các tài liệu liên quan đến đề
tài, xây dựng đƣợc nội dung cần trình bày trong luận văn.
- Tính toán dựa trên lý thuyết đƣa ra các hệ thống điều khiển.
- Mô phỏng các kết quả đạt đƣợc trên Matlab Simulink.
- Thiết kế phần cứng dựa trên mô hình đã tính toán đƣợc.
nguon tai.lieu . vn
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
ĐOÀN PHƢỚC TRIỀU
THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP HỆ ĐIỀU KHIỂN
VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
XOAY CHIỀU 3 PHA DÙNG FPGA
Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số:
60.52.02.16
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Đà Nẵng - Năm 2015
Công trình đƣợc hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. ĐOÀN QUANG VINH
Phản biện 1: TS. LÊ TIẾN DŨNG
Phản biện 2: TS. NGUYỄN HOÀNG MAI
Luận văn đƣợc bảo vệ tại Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 13 tháng 12 năm 2015.
* Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Thông tin học liệu, Đại học Đà Nẵng
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Sự bùng nổ của tiến bộ khoa học trong lĩnh vực điện - điện tử tin học hiện nay đã có những thay đổi sâu sắc cả về mặt lý thuyết lẫn
thực tế lĩnh vực truyền động điện tự động. Trƣớc hết phải kể đến sự ra
đời và ngày càng hoàn thiện các bộ biến đổi điện tử công suất, với kích
thƣớc gọn nhẹ, độ tác động nhanh cao, dễ dàng ghép nối với các mạch
điều khiển dùng mach vi điện tử, vi xử lý…Các hệ truyền động điện tự
động ngày nay thƣờng sử dụng nguyên tắc điều khiển vector cho các
động cơ xoay chiều. Phần lớn các mạch điều khiển này dùng kỹ thuật
số với chƣơng trình phần mềm linh hoạt, dễ dàng thay đổi các cấu trúc tham
số hoặc các luật điều khiển, vì vậy làm tăng độ chính xác và hiệu suất cho
các hệ truyền động.
FPGA có nhiều ƣu điểm vƣợt trội so với các công nghệ khác và
kể cả chi phí, có lợi thế trong việc canh tranh với thị trƣờng. FPGA là
viết tắt của cụm từ tiếng anh Field -Programmable Gate Array (mảng
cổng lập trình đƣợc dạng trƣờng) là một loại vi mạch tích hợp dùng cấu
trúc mảng phần tử logic mà ngƣời dùng có thể lập trình đƣợc.
Xuất phát từ những vấn đề thực tế đã nêu trên, tôi đã chọn đề
tài luận văn tốt nghiệp thạc sĩ: “Thiết kế và lắp ráp hệ điều khiển vị
trí động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha dùng FPGA”
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
a. Ý nghĩa khoa học
Đề tài xây dựng hệ thống điều khiển kín, phản hồi tốc độ, sử
dụng bộ điều khiển PID số để điều khiển ổn định vị trí động cơ không
2
đồng bộ xoay chiều ba pha rotor lồng sóc theo phƣơng pháp vector
không gian sử dụng FPGA.
b. Ý nghĩa thực tiễn
Hệ thống này cho phép sử dụng có hiệu quả, nâng cao chất lƣợng
động cơ không đồng bộ trong các hệ thống truyền động điện các nhà máy
công nghiệp.
3. Mục tiêu đề tài
Trong thực tế, tốc độ động cơ bị ảnh hƣởng bởi các yếu tố bên
ngoài, thƣờng là do tải, vì vậy tốc độ của động cơ thƣờng không đạt tốc
độ nhƣ mong muốn của ngƣời điều khiển. Từ thực tế đó, đề tài nhằm
mục tiêu xây dựng hệ thống biến tần điều khiển động cơ không đồng bộ
xoay chiều ba pha với vị trí động cơ đƣợc điều khiển bám theo tín hiệu
đặt mong muốn trong trƣờng hợp không có tải và có tải.
4. Nội dung của đề tài
- Tìm hiểu động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha rotor
lồng sóc.
- Xây dựng mô hình toán học động cơ không đồng bộ xoay
chiều ba pha rotor lồng sóc.
- Tìm hiểu phƣơng pháp điểu khiển vector, điều khiển động cơ
dựa trên cơ sở điều chế vector không gian.
- Xây dựng cấu trúc hệ truyền động điều khiển vị trí động cơ
không đồng bộ xoay chiều ba pha.
- Tổng hợp toàn bộ hệ thống.
- Mô phỏng hệ thống trên Matlab Simulink và thiết kế phần
cứng, lập trình cho hệ thống.
5. Bố cục đề tài
Dự kiến bố cục luận văn có 4 chƣơng:
3
LỜI MỞ ĐẦU
CHƢƠNG 1. Tổng quan động cơ không đồng bộ xoay chiều 3
pha rotor lồng sóc.
CHƢƠNG 2. Biến tần và hệ thống biến tần - động cơ không
đồng bộ xoay chiều 3 pha lồng sóc.
CHƢƠNG 3. Điều khiển vị trí động cơ không đồng bộ xoay
chiều 3 pha rotor lồng sóc.
CHƢƠNG 4. Sử dụng FPGA thiết kế bộ điểu khiển vị trí động
cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha.
6. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu
a. Đối tượng nghiên cứu
- Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha rotor lồng
sóc (IM).
- Hệ thống biến tần.
- Phƣơng pháp điều khiển vector tựa theo từ thông rotor.
- FPGA, lập trình bộ điều khiển PID số.
- Matlab Simulink.
b. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết, tìm hiểu các tài liệu liên quan đến đề
tài, xây dựng đƣợc nội dung cần trình bày trong luận văn.
- Tính toán dựa trên lý thuyết đƣa ra các hệ thống điều khiển.
- Mô phỏng các kết quả đạt đƣợc trên Matlab Simulink.
- Thiết kế phần cứng dựa trên mô hình đã tính toán đƣợc.