Ứng dụng thuật giải di truyền (GA) để xác định thông số bộ PID trong điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha

Bài viết Ứng dụng thuật giải di truyền (GA) để xác định thông số bộ PID trong điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha trình bày vấn đề thiết kế bộ điều tốc động cơ không đồng bộ ba pha kiểu PI, sử dụng thuật giải di truyền (GA). Tác giả đã ứng dụng phương pháp điều khiển định hướng từ thông (FOC) cho động cơ, mô tả chi tiết và thiết kế mô hình có khâu ước lượng tốc độ sử dụng phương pháp mô hình thích nghi theo mẫu chuẩn (MRAS).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng thuật giải di truyền (GA) để xác định thông số bộ PID trong điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha 81 ỨNG DỤNG THUẬT GIẢI DI TRUYỀN (GA) ĐỂ XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ BỘ PID TRONG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA USING GENETIC ALGORITHM (GA) TO CREATE A PID SPEED CONTROLLER FOR THREE-PHASE INDUCTION MOTOR Trần Tấn Khang, Nguyễn Minh Tâm Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM TÓM TẮT Nội dung chủ yếu của bài báo này là trình bày vấn đề thiết kế bộ điều tốc động cơ không đồng bộ ba pha kiểu PI, sử dụng thuật giải di truyền (GA). Tác giả đã ứng dụng phương pháp điều khiển định hướng từ thông (FOC) cho động cơ, mô tả chi tiết và thiết kế mô hình có khâu ước lượng tốc độ sử dụng phương pháp mô hình thích nghi theo mẫu chuẩn (MRAS). Thông số PI của khâu hiệu chỉnh sai số tốc độ trong khâu ước lượng cũng được xác định bằng thuật giải di truyền (GA). Chương trình giải thuật điều khiển và mô hình mô phỏng được viết bằng ngôn ngữ Matlab – Simulink phiên bản 2009a. Bài báo so sánh kết quả đạt được với hai phương pháp điều khiển. Thứ nhất là xác định thông số PID bằng phương pháp logic mờ (Fuzzy logic) và thứ hai là thuật toán bầy đàn (PSO). Kết quả mô phỏng cho thấy thuật giải di truyền tối ưu hơn phương pháp logic mờ. Kết quả của hai phương pháp GA và PSO đều tối ưu như nhau. Từ khóa: Bộ điều khiển PID, giải thuật di truyền (GA), phương pháp điều khiển định hướng từ thông (FOC), phương pháp mô hình thích nghi theo mẫu chuẩn (MRAS), ngôn ngữ Matlab – Simulink, logic mờ (Fuzzy logic), thuật toán bầy đàn (PSO). ABSTRACT The aim of this paper is to create a PID speed controller for three-phase induction motor by using genetic algorithm (GA) and the field oriented control (FOC) method of induction motor. In addition, a speed-estimation process with the model referencing adaptive system (MRAS) was presented in detail. The estimated-modelling also used the GA to identify PI-index for tuning speed error. The Genetic PID-speed controller software was implemented using the Matlab-simulink version 2009a. This paper’s results are compared with two kinds of tuning methods of parameter for PID controller. One is the controller design by the Fuzzy logic and the other is the Particle swarm optimization (PSO). Results showed that the proposed PID parameters adjustment by the GA is better than the Fuzzy method. Results of the GA and PSO are at the same level. Keywords: Proportional integral derivative controller (PID), genetic algorithm (GA), field orientated control (FOC), model referencing adaptive system (MRAS), fuzzy logic, particle swarm optimization (PSO). 1.Giới thiệu Phương pháp điều khiển định hướng từ khiển độc lập. FOC là phương pháp điều thông (FOC) được sử dụng phổ biến với khiển dòng stator chủ yếu dựa vào biên độ hiệu suất cao trong việc điều khiển động cơ và góc pha và đặc trưng là các vector. Điều vì từ thông và moment có thể được điều khiển này cơ bản dựa vào sự tham chiếu về 82 thời gian và tốc độ trên hệ trục d – q đây là Hình 1: Cấu trúc cơ bản của FOC. hệ trục bất biến. Sự tham chiếu này nhằm Trên hệ tọa độ d  q  dòng isd được coi mục đích để hướng việc khảo sát động cơ là đại lượng điều khiển cho từ thông rotor, không đồng bộ thành việc khảo sát của tuy nhiên giữa hai đại lượng tồn tại khâu động cơ một chiều. Tuy nhiên do hệ động trễ bậc nhất với hằng số thời gian Tr [3]. lực của động cơ xoay chiều có nhiều tham số bất định nên việc điều khiển động cơ Lm  rd  .isd (1) theo các phương pháp cổ truyền có cảm 1  sTr biến hay không có cảm biến đều không Từ các giá trị đo được isd , isq và  ta đảm bảo chất lượng khi có tải thay đổi lớn. Trong trường hợp này các phương pháp tính được góc  . điều khiển thích nghi [1], phương pháp  i điều khiển PID kết hợp với mạng nơron, r  sq ' thuật toán di truyền (GA_PID) hoặc thuật  Tr . rd toán bầy đàn (PSO_PID) là các phương  s    r (2) pháp điều khiển tối ưu.   Thuật toán di truyền (Gientic algorithm-   s GA) được Holland đưa ra vào năm 1975 là s   giải thuật tìm kiếm lời giải tối ưu trên nguyên tắc phỏng theo quá trình tiến hóa và quy luật di truyền của sinh vật trong tự nhiên..Bản chất toán học của GA là thuật 2.2. Mô hình ước lượng tốc độ. giải tìm kiếm theo xác suất [2]. Thuật toán Tốc độ có thể được tính toán bởi hệ GA có thể giải quyết thành công nhiều bài thống thích nghi quy chiếu mẫu, trong đó toán ở nhiều lĩnh vực, đặc biệt là bài toán đầu ra của mô hình tham chiếu được so về tối ưu hóa tham số thì thuật giải GA là sánh với đầu ra của mô hình thích nghi hay một lựa chọn thích hợp [2]. mô hình điều chỉnh cho đến khi những sai 2. Nội dung. số giữa hai mô hình triệt tiêu. 2.1. Phương pháp FOC. ● Phương trình mô hình tham chiếu: Cấu trúc của hệ thống điều khiển định d rs L  di s  hướng từ thông rotor trong điều khiển động  r  u ss  Rs iss  Ls s  (3) ...