Tổng hợp cấu trúc điều khiển vector truyền động động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc với tải có khớp nối mềm

Ngày nay, hệ thống truyền động động cơ không đồng bộ với cấu trúc
bộ biến tần bán dẫn – động cơ không đồng bộ đã đƣợc nghiên cứu và sử
dụng rộng rãi trong công nghiệp. Bên cạnh đó, cùng với những tiến bộ vƣợt
bậc về điều khiển cả về lý thuyết lẫn đảm bảo phần cứng, mở ra khả năng
nghiên cứu đối với những hệ thống truyền động chất lƣợng cao, đáp ứng đầy
đủ các yêu cầu động học cũng nhƣ bền vững trong môi trƣờng phụ tải biến
động. Hệ truyền động không đồng bộ có thể là hệ scalar (vô hƣớng) và
vector, trong đó hệ scalar làm việc dựa trên các đặc tính của quá trình xác
lập nên gặp khó khăn khi đảm bảo các quá trình động học. Còn đối với hệ
điều khiển vector, dựa trên các quá trình tức thời theo thời gian nên có thể
kiểm soát hiệu quả các quá trình động học phức tạp. Hệ điều khiển vector có
thể là hệ điều khiển tựa theo từ thông rotor (FOC), hệ điều khiển trực tiếp
mômen (DTC), trong đó FOC có ƣu điểm là phân ly đƣợc quá trình điều
khiển từ thông và quá trình sinh mômen, vì vậy FOC là hệ thống điều khiển
vector nhận đƣợc sự quan tâm nhiều nhất từ trƣớc đến nay.
Một hệ truyền động động cơ KĐB ghép nối với tải qua khớp cứng hay
khớp mềm có đặc điểm nhƣ các quá trình điện từ xảy ra trong bộ biến đổi
điện cơ, đó là bao gồm bộ biến đổi bán dẫn công suất và động cơ, với hằng
số thời gian nhanh hơn nhiều so với quá trình cơ học. Đồng thời, phải kể các
loại phụ tải, mômen quán tính, kết cấu cơ khí trục nối động cơ với phụ tải
nhƣ hộp số và các trục chuyển động quay, khe hở… Bên cạnh đó, về phần
điều khiển hệ thống thƣờng có dạng cấu trúc điều khiển thƣờng có phân cấp
(cascade), bao gồm các mạch vòng dòng stator bên trong tác động nhanh,
đến mạch vòng từ thông và các mạch vòng bên ngoài nhƣ mạch vòng tốc
độ, mạch vòng vị trí, hoặc các mạch vòng công nghệ khác với hằng số thời
gian lớn hơn. Những thành phần này rất quan trọng, ảnh hƣởng đến cải
thiện, nâng cao chất lƣợng truyền động trong nghiên cứu lý thuyết cũng nhƣ
triển khai xuống thực tiễn sản xuất.
Cấu trúc FOC tiêu biểu nhận thấy có các mạch vòng điều khiển
mômen thông qua bộ điều khiển dòng stator và mạch vòng điều khiển tốc
4
độ. Trong đó, mạch vòng mômen cho hệ truyền động KĐB gặp nhiều khó
khăn, bởi vì trong mô hình động cơ KĐB là hệ đa biến, dòng stator có tính
phi tuyến và xen kênh, hai biến trạng thái dòng rotor và từ thông là không
thể thƣờng xuyên đo đƣợc, điện trở rotor tăng lên theo nhiệt độ trong quá
trình vận hành, làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng điều khiển truyền động điện.
Trong khi đó, mạch vòng điều khiển tốc độ thì phụ thuộc vào các loại tải,
mômen quán tính và cơ cấu ghép nối trục,… Những yếu tố này nếu đƣợc
giải quyết triệt để, phù hợp với yêu cầu công nghệ thực tiễn, sẽ góp phần vào
nâng cao chất lƣợng điều khiển truyền động điện. Chính vì vậy, nhận thấy
cấu trúc điều khiển FOC thƣờng giải quyết vấn đề khó khắn trên bằng các
phƣơng pháp thiết kế tuyến tính hay gần đây là các phƣơng pháp phi tuyến.