BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - TRẦN MINH NGUYÊN HÀ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN PHA THEO BIÊN DẠNG TỐC ĐỘ TRONG ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Mã ngành: 60520114 TP HCM, tháng năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - TRẦN MINH NGUYÊN HÀ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN PHA THEO BIÊN DẠNG TỐC ĐỘ TRONG ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Mã ngành: 60520114 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Võ Tường Quân TP HCM, tháng năm 2016 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học :Võ Tường Quân Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 05 tháng năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: TT Họ tên TS Võ Hoàng Duy PGS TS Nguyễn Tấn Tiến PGS TS Nguyễn Thanh Phương TS Đặng Xuân Kiên TS Nguyễn Văn Nhanh Chức danh Hội đồng Chủ tịch Phản biện Phản biện Ủy viên Ủy viên, Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng vàđược hướng dẫn khoa học TS Võ Tường Quân Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa công bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giảthu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngoài ra, luận văn sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền gây trình thực (nếu có) TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2015 ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS Võ Tường Quân tận tình hướng dẫn suốt trình viết Luận văn tốt nghiệp Em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô khoa Sau Đại học khoa Cơ – Điện – Điện tử, Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh tận tình truyền đạt kiến thức năm em học tập Với kiến thức tiếp thu trình học không tảng cho trình nghiên cứu khóa luận mà hành trang quí báu để em ứng dụng công việc cách vững tự tin Cuối em kính chúc quý Thầy, Cô dồi sức khỏe thành công nghiệp cao quý Đồng kính chúc học viên lớp cao học 13SCĐ21 dồi sức khỏe, đạt nhiều thành công tốt đẹp công việc iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ CÁC ĐỊNH NGHĨA v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ix CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tính cấp thiết đề tài: 1.3.Giới thiệu tổng quan hệ thống điều khiển đoàn tàu .2 1.3.1 Hệ thống quản lý vận tốc đoàn tàu: .2 1.3.2 Hệ thống đo tốc độ đoàn tàu 1.3.3.Hệ thống cân đoàn tàu: .5 1.4 Lựa chọn phương pháp điều khiển truyền động điện .5 1.4.1Các kỹ thuật điều khiển: 1.4.1.1Điều khiển vô hướng: 1.4.1.2 PWM dạng sin (PWM Sinusoidal) 1.4.1.3 Phương pháp điều chế độ rộng xung sáu – bước: .7 1.4.1.4 Điều chế độ rộng xung véc tơ không gian (SVMPWM): 1.4.1.5 Điều chế độ rộng xung với mô đun hóa vọt lố (overmodulation) véc tơ không gian [6]: 1.4.2 Điều khiển véc tơ .7 1.4.3 Điều khiển mô men trực tiếp – Direct Torque Control (DTC) 1.5 Tổng quan tình hình nghiên cứu 10 1.5.1 Tình hình nghiên cứu giới: .10 1.5.2 Tình hình nghiên cứu nước: 12 1.6 Mục tiêu đề tài: 13 1.7 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 13 1.7.1 Đối tượng nghiên cứu: .13 1.7.2 Giới hạn phạm vi thực đề tài 14 iv 1.8 Phương pháp luận phương pháp nghiên cứu .15 1.9 Tóm tắt nội dung thực luận văn: .15 CHƯƠNG 2: ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ (SPEED PROFILE) .16 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG 21 3.1 Tóm tắt quy trình mô hình hóa hệ thống cho luận văn: 21 3.2 Mô hình hóa hệ thống: 24 3.2.1 Xây dựng mô hình chuyển động đoàn tàu: 24 3.3.2 Các lực moment thành phần 28 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 33 4.1 Tổng quát phương pháp điều khiển hướng từ trường gián tiếp – IFOC: 33 4.2 Truyền động điện cho động phương pháp điều khiển hướng từ thông gián tiếp – IFOC: 33 4.2.1 Biến đổi dòng điện đo từ khung điện áp pha (abc) sang điện áp pha hệ tọa độ tĩnh (  ,  ) (biến đổi Clarke) .38 4.2.2 Mô hình dòng điện (bộ ước lượng từ thông rotor – nhằm xác định góc từ thông rotor)–theo [40] 38 4.2.3 Biến đổi dòng điện pha hệ tọa độ tĩnh (  ,  ) sang hệ tọa độ xoay (dq) (biến đổi Park): 40 4.2.4 Tính toán thông số tham chiếu đầu vào I.F.O.C: 41 4.2.5 Thiết kế điều khiển dòng cấp cho động cơ: 43 4.2.5.1 Lựa chọn kỹ thuật điều khiển: 43 4.2.5.2 Thiết kế điều khiển: 44 4.2.6 Tính điện áp tham chiếu (Vd ,Vq ) từ dòng idref , iqref : 44 4.2.7 Biến đổi áp từ trục tọa độ (d,q) sang (α,β) (Biến đổi Park ngược) 45 4.2.8 Điều chế độ rộng xung phương pháp vector không gian (SVPWM) – Điều khiển điện áp cấp cho pha động cơ: 46 4.2.2 Mô men thực tế sinh động cơ: 50 CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG .51 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 57 6.1 KẾT LUẬN .57 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN: 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ CÁC ĐỊNH NGHĨA ATP:Automatic train protection – hệ thống Bảo vệ đoàn tàu tự động CBTC: Communication – based train control - Hệ thống Điều khiển đoàn tàu dựa liên lạc Những tính chất hệ thống CBTC sau: + Xác định xác vị trí đoàn tàu, với độ xác cao, độc lập với mạch điện đường ray; + Một mạng lưới liên lạc phương diện địa lý liên tục đoàn tàu với thiết bị dọc đường ray thiết bị dọc đường ray với đoàn tàu để chấp nhận truyền dẫn tín hiệu điều khiển thông tin trạng thái đáng kể hệ thống truyền thống + Thiết bị doc đường ray xử lý quan thuộc đoàn tàu xử lý (tính toán) liệu điều khiển cung cấp liên tục hệ thống bảo vệ đoàn tàu tự động (ATP), vận hành đoàn tàu tự động (ATO) giám sát đoàn tàu tự động (ATS) cung cấp, yêu cầu ứng dụng cụ thể DTC: Direct Torque Control –Điều khiển mô men trực tiếp ĐCĐKĐB: Động điện không đồng Điều khiển vec tơ: (Điều khiển mô men gián tiếp – Indirect Torque Control) F.O.C: Điều khiển hướng từ trường I.F.O.C:Điều khiển gián tiếp hướng từ trường PWM: Điều chế độ rộng xung SVPWM: Phương pháp điều chế vector không gian vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Các trạng thái vận hành dựa hợp lực vận tốc đoàn tàu…….19 Bảng 4.1: Tính toán thời gian đóng ngắt cho góc phần (sectors)……….51 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Minh họa đoàn tàu tích hợp nhiều loại cảm biến khác (Nguồn: Application of Sensor Fusion to Railway System [13]) .4 Hình 1.2: Minh họa hệ thống cân đoàn tàu tiêu biểu [27] Hình 1.3: Minh họa cân đoàn tàu động với load cell hãng Kyowa [27] Hình 2.1: Bốn chế độ đặc tính di chuyển đoàn tàu [34] .16 Hình 2.2: Minh họa đường đặc tính tốc độ dạng đơn giản [44] 17 Hình 2.3: Minh họa đường đặc tính tốc độ thực tế với thông số thực tế tuyến [44] 17 Hình 2.5: Đường đặc tính tốc độ đề xuất Hitachi 18 Hình 2.6: Đường đặc tính tốc độ có dạng đường cong [16] .19 Hình 2.7: Minh họa tuyến tính hóa đường đặc tính tốc độ cho trước có dạng hàm bậc thành đoạn tuyến tính .20 Hình 3.1: Giải thuật tổng quát luận văn .23 Hình 3.2: Giản đồ Lực – Khối lượng đoàn tàu di chuyển (tài liệu [25]) 24 Hình 3.3: Mô hình hóa tổng quát luận văn 25 Hình 3.4: Mô hình lực tác động lên bánh xe đoàn tàu (nguồn [24]) 29 Hình 4.1: Sơ đồ khối I.F.O.C (điều khiển dựa (từ) thông gián tiếp) 35 Hình 4.2: Sơ đồ biến đổi (dòng) dùng biến đổi Clarke –Park 36 Hình 4.3: Giải thuật cho IFOC dùng luận văn 37 Hình 4.4: Vector không gian dòng stator hình chiếu[22] 38 Hình 4.5: Mạch điện tương đương (dòng từ hóa – magnetizing current) (nguồn [40]) 39 Hình 4.6: Áp dụng Khung tham chiếu tổng quát (Biến đổi Park) 40 Hình 4.7: Module khối biến đổi Park [40] .40 Hình 4.8: Các thành phần điện áp biến đổi Park ngược [40] 45 Hình 4.9: Module biến đổi Park ngược [40] 45 Hình 4.10:Biến đổi đại lượng áp thành vector không gian .46 Hình 4.11: Cấu hình biến tần dùng SVPWM [23] (Jin Woo Jung) 46 Hình4.12: Các vector không gian hình chiếu điện áp không gian[22] 47 Hình 4.13: Các phân vùng đóng ngắt phân vùng [23] 47 Hình4.14: Vector không gian điện áp thành phần 48 52 Với ngõ vào sau SP: giá trị cài đặt tốc độ moment Tốc độ hàm bước (step) tỷ lệ thay đổi tốc độ tuân theo độ dốc (ramp) tăng/giảm tốc Nếu momen tải tốc độ tăng/giảm trái chiều biến thiên mô men (accelearation torque) tổng mô men tải mô men điện từ Tm Wm: ngõ vào khí: mô men tải (load torque) tốc độ động Trong chế độ A, B, C: giá trị điện áp cung cấp cho động Wm, Te S: Giá trị ngõ động cơ: tốc độ động (Wm), mô men điện từ (Te) cổng xoay khí Motor: cung cấp thông số vector đo lường động Vector cho phép quan sát giá trị động thông qua sử dụng khối Bus selector Conv: Vector đo lường converter pha Vector bao gồm:  Bus điện áp DC (The DC bus voltage)  Dòng ngõ chỉnh lưu ( rectifier output current)  Dòng ngõ vào biến tần (inverter input current) Ctrl: Vector đo lường điều khiển Vector bao gồm:  Giá trị mô men mong muốn (The torque reference)  Sai số vận tốc (speed error )  Độ dốc vận tốc mong muốn mô men mong muốn ( speed reference ramp or torque reference) Khi thông số Output bus mode chỉnh sang cihế độ Single output bus, ngõ khối Motor, Ctrl, Conv nhóm lại thành tín hiệu (bus) ruy 53 Theo hướng dẫn Matlab khối F.O.C bao gồm khối nhỏ sau– [29]: Hình 5.2: Giản đồ tổng thể IFOC Với khối hình sau: - Three – phase diode rectifier: khối chỉnh lưu điều khiển pha - Three phase inverter: khối nghịch lưu áp pha - Induction motor: động không đồng pha - F.O.C: khối điều khiển dựa theo từ trường, bao gồm khối nhỏ biến đổi Clarke Park, tính toán dòng iqs* ids* - Speed controller: khối điều khiển vận tốc - Braking – Chopper: băm điện áp chiều  Từ ta tạm nhận xét sau: Mô hình hóa điều khiển Điều khiển tựa từ thông hoàn toàn tương thích sơ đồ khối nêu chương Một số điểm cần lưu ý mô sau: Mô hình mô khối rời rạc Trong SimPowerSystems,khốiField-Oriented Control Induction Motor Drive gọi AC3 motor drive Các khối speed controller, braking chopper, FOC tạo thành từ khối cung cấp sẵn thư viện Electric Drives 54 Các mô hình động không đồng (induction motor), biến tần, chỉnh lưu pha diode (three-phase diode rectifier) lấy từ khối cung cấp sẵn thư viện SimPowerSystems™ Hình 5.3: Giản đồ Simulink khối Field-Oriented Control Induction Motor Drive (nguồn: [29]) Bộ braking chopper bao gồm tu điện DC (DC bus capacitor) ngắt phanh tái sinh(dynamic braking chopper), dùng để hấp thu lượng động tạo lúc giảm tốc Hình 5.4: Mô mẫu khối Field-Oriented Control 55 Induction Motor Drive (nguồn: file ac3_example Matlab) Mô động (số liệu lấy từ [37]có thông số sau: Công suất: 50 (HP) Điện áp định mức 460 (V) Tần số định mức: 60 (Hz) Tốc độ định mức: 1780(rpm) Số cực: Rr: 0.228 (ohm) Lm:34.7 (mH) Lr: 35.5 (mH) Tr = Lr/Rr = 0.1557 (s) Vận tốc mô men tham chiếu hàm bậc thang Hình 5.5: Mô khối IFOC dùng luận văn với tín hiệu tham khảo đầu vào (dạng step thay đổi) vận tốc mô men 56 Hình 5.6 Kết mô thực tế từ xuống dòng stator,tốc độ động cơ, moment điện từ điều khiển IFOC 57 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Tính toán điều khiển chuyển động đoàn tàu thông qua động đoàn tàu toán cần thiết phức tạp Để thực cần làm vấn đề sau: +Tính toán đường đặc tính tốc độ - speed profile đoàn tàu (phần không thuộc phạm vi luận văn) +Động học đoàn tàu: bao gồm lực cản, lực thắng lực kéo.Tính toán lực cản (bao gồm lực cản tốc độ - thường hàm bậc vận tốc, lực độ dốc gây ra, lực bán kính cong gây ra) Tính vận tốc tham chiếu thời điểm gia tốc cần thiết để tính lực kéo cần thiết + Mô hình hóa động chọn điều khiển phù hợp + Thiết kế nghịch lưu phương pháp điều khiển nghịch lưu (nếu sử dụng động pha) Các vấn đề vừa nêu thường không nằm tài liệu mà nằm rải rác tài liệu khác nhau.Trong luận văn với thời gian kiến thức hạn hẹp người viết cố gắng đưa mô hình động học phù hợp đoàn tàu, thiết kế điều khiển động để đạt giá trị đầu mong muốn vận tốc lực kéo Từ kết mô ta nhận thấy phương pháp IFOC (sử dụng nghịch lưu bậc 2) điều khiển tốt tốc độ Kết mô mô men điện từ (electromagnetic torque) so với tài liệu Speed Control of Induction Motor using Vector or Field Oriented Control chấp nhận Tuy nhiên tuyến đường sắt đô thị để tạo cảm giác êm dịu cho hành khách cần xét thêm độ nhấp nhô (ripple) mô men chấp nhận với hành khách hay chưa Để thực đánh giá tác động với hành khách phải cần chạy thử với đoàn tàu thật, nhiên có số giải pháp sử dụng nghịch lưu đa bậc thay điều khiển PI điều khiển PID sử dụng thuật toán truyền để giảm độ nhấp nhô 58 Theo nhận xét chủ quan tác giả (do tiếp cận cách hạn chế thiết kế Hitachi) cho thấy hãng Hitachi ứng dụng thành công điều khiển với phương pháp tương tự dùng hệ thống điều khiển sức kéo đoàn tàu tuyến metro số thành phố Hồ Chí Minh Ngoài số hãng Texas Instruments bán bo mạch kèm phần mềm lập trình sẵn tảng sử dụng phương pháp FOC (với biến thể giải thuật nâng cao), tài liệu [43], vấn đề sai số giảm Do phương pháp IFOC hoàn toàn dùng để điều khiển sức kéo tốc độ đoàn tàu thông qua động không đồng 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN: Trên sở kết đạt luận văn phát triển theo hướng sau: - Thiết kế điều khiển F.O C không gắn encoder vào trục động Trên sở so sánh kết điều khiển theo F.O.C có encoder - Bộ vi xử lý tự tính toán thiết lập đường đặc tính tốc độ dựa khoảng cách đoàn tàu phía trước (như ứng dụng hệ thống CBTC dùng đường sắt đô thị) lực cản lực thắng tương ứng đoàn tàu.Bộđiều khiển I.F.O.C điều khiển động cho thỏa mãn tốc độ bám theo đường cong đặc tính tốc độ cho trước hệ thống đường sắt đô thị - Thiết kế điều khiển cho hệ thống động dạng I.F.OC hệ thống thắng để điều khiển lực kéo tốc độ đáp ứng đường đặc tính tốc độ đoàn tàu 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trong nước: [1] Đại học Bách Khoa, Bài giảng kỹ thuật điện điện tử - Chương [2] Hồ Phạm Huy Ánh, Điều khiển máy điện ứng dụng tính toán mềm – Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2014 [3] Lê Văn Doanh (chủ biên), Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh; Điện tử công suất - Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [4] Nguyễn Thị Phương Hà (chủ biên), Huỳnh Thái Hoàng, Lý thuyết điều khiển tự động – Nhà xuất Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh [5]PGS.TS Nguyễn Thương Ngô, Lý thuyết điều khiển tự động Thông thường đại – Quyển 2: Hệ xung số - Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [6] Nguyễn Văn Nhờ, Giáo trình điện tử công suất – Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2002 [7] Thiết kế tuyến metro số thành phố Hồ Chí Minh (Bến Thành – Suối Tiên) [8] Thiết kế tuyến metro số – giai đoạn 2, thành phố Hồ Chí Minh (Bến xe Cần Giuộc – Cầu Sài Gòn) [9] TCVN 8585 – 2011 Tiêu chuẩn đường sắt đô thị - Loại hình vận chuyển nhanh khối lượng lớn (MRT) – Yêu cầu kỹ thuật chung, Cục đường sắt Việt Nam (2011) [10] Trần Công Bình, Bài giảng Truyền động Điện DC & AC – Đại học Nha Trang, www4.hcmut.edu.vn\Courses\nhatrang Nước ngoài: [11] A Arias Pujol, Direct Torque Control Principles and Generalities (www.tdx.cat/bitstream/10803/6317/7/07Chapter2.PDF) [12] ABB, Traction systems for locomotives and high-speed applications [13] A Mirabadi, N Mort, F Schmid; Application of Sensor Fusion to Railway 60 System [14]B.Ning (biên tập), 2010, Advanced train control systems – Nhà xuất WITpress [15]Bing Bu, Jingwei Yang, Shuhuan Wen Li Zhu, Predictive Function Control for Communication-Based Train Control (CBTC) Systems, International journal of Advanced Robotic Systems, 2013, Vol 10 [16] Baek Jong hyen, Kim Young Kyu, The Development of train separation control technology for Train control system, The 6th International Conference on information Technology and Applications (ICITA 2009) [18] Fersil, Contrôle Ponctuel de Vitesse Autonome: système KPVA (brevet RATP)http://www.fersil-railway.com/systemes-securitaires/freinage-arretautomatique-train/controle-vitesse-kpva/ [19]Francesco Flamini, Model-Based Approaches for Railway Safety, Reliability and Security: The Experience of Ansaldo STS, Dependable Control of Discrete Systems (DCDS’09) Bari 10 – 12 May 2009 (https://www.slideshare.net) [20] HengYu Luo HongZe Xu, Direct Robust Adaptive Control of High-Speed Train Based on Nonlinear and Time-Varying Models; International Journal of Control and Automation Vol No 4, August 2014 [21] IEEE, IEEE 1474- 2004 IEEE standard for Communication – based Train control (CBTC) perfomance and functional requirements (tiêu chuẩn) [22] J Lepka Petr Stekl, 3-Phase AC Induction Motor Vector Control Using DSP56F80x, University of Pardua (bản quyền thuộc Motorola), Rev 0, 10/2002 [23] Jin Woo Jung Ali Keyhani, Project #2 Space Vector PWM Inverter, Mechatronic System Laboratory Department of Electrical and Computing Engineering TheOhio State University, state.edu/ems/PowerConverter/SpaceVector_PWM_Inverter.pdf www2.ece.ohio- 61 [24] Jose A Lozano, Jesus Felez, Juan se Dios Sanz Jose M Mera - Railway traction [25]Jyh-Cherng Jong, Sloan Chang – Algorithms for generating train speed profiles, Journal of Eastern Asia Societies for Transportation Studies [26] Kazuyoshi Kotake, Takeshi Tawazoe Tadashi Takaoka, US005248926 Control apparatus for induction motor and electric rolling stock (bằng sáng chế), Hitachi Ltd, 1993 [27] Kyowa, Axle load measuring instrument Wheel load weighing system (direct load cell method) http://www.kyowa-ei.com/eng/product/sector/railroad/application_022.html http://www.kyowa-ei.com/eng/product/sector/railroad/application_105.html [28] Marin Despalatovic, Martin Jadric Bozo Terzic, Identification of Induction Motor Parameter from free acceleration and deceleration tests, Automatika 46 (2005) 3-4, 123 – 128 [29] Matlab R2013, Help (hướng dẫn sử dụng phần mềm Matlab R2013) [30] Micheal Uhlig, Phê duyệt bởi: Stephen White, tiêu chuẩn nội bộ:ESR 0331 Wheel and Axles reference Manual Version 1.1 Issued May 2013, tập đoàn RailCorp [31] Microsemi,Park, Inverse Park and Clark, Inverse Clarke Transformation MSS Software Implementation User Guide [32] Min Soo Kim Huyn Moo Hur, Application of Braking / Traction Control systems to the Scaled Active Steering Testbed in Railway Vehicle,WSEAS Transactions on Systems and Control, Issue 7, Vol 4, Jul 2009, Korea Railroad Research Institute [33] Mohamadali A Vali Monfared, Mehdi Amiri Dehchesmeh Hadi Givi – A novel approach for controlling the electric drives used in electric trains, , Acta Polytechnica Hungarica Vol 11 No.7 2014 62 [34] Ning Zhao, Clive Roberts, Stuart Hillmansen, Paul Western, Lei Chen, Zhongbei Tian, Tingyu Xin – Train trajectory optimisation of ATO systems for metro lines, 2014 IEEE 17th International Conference on Intelligent Transportation System (ITSC), [35] Peter Zelinski, Understanding NURBS Interpolation (Article from: 7/1/1999), Modern Machine Shop,http://www.mmsonline.com/articles/understanding-nurbsinterpolation [36] Rakesh Parekh, AN887 AC Induction motor fundamental,MicrochipTechnology Inc [37] Sandeep Goyat, Rajesh Kr Ahuja – Speed Control of Induction motor using Vector or Field oriented control, International Journal of Advances in Engineering and Technology , July 2012 ISSN: 2231 – 1963 [38] Seiji Yasunobu, Shoji Miyamoto Hirokazu Ihara, A Fuzzy Control for Train Automatic Stop Control, Trans of the Society of Instrument and Control Engineers, Vol E-2, No 1, 1/9 (2002) [39] Seong Ho-Han, Su Gil Lee, Tae-ki Ahn, Development and running test of the ATO (Automatic train operation) for Korean Standard EMU tandford University, Rolling Stock R&D Division, Korea Railroad Research Institute [40] STMicroelectronics, AN2388 Application note Sensor field oriented control (IFOC) of three phase AC induction motors using ST10F276,www.st-webui/static/active/en/resource/technical/document/application_note/CD00116774 [41] Tejas H Panchal, Amit N Patel Sagar Sonigra; Simulation and analysis of Indirect Field Oriented Control (IFOC) of Three phase Induction Motor with Various PWM Techniques; International Journal of New Technologies in Science and Engineering Vol.2, Issue 2, Aug ww.ijntse.com/upload/1440756161ICRTET_Paper_IJNTSE_sagar.pdf 2015, 63 [42] Texas Instruments, InstaSPIN-FOCTM and InstaSPIN-MotionTM User’s Guide, số tài liệu (literature number): SPRUHJ1F, phiên Tháng 2013– Chỉnh sửa tháng 2014 [43] Texas Instruments, TMS320F28069M, TMS320F28068M InstaSpinTM –Motion Software Technical Reference Manual, Apr 2013 – Revised March 2014, Literature Number: SPRUHJ0B [44] H.Ko, T.Koseki M.Miyatake, Application of dynamic programming to optimization of running profile of a train PHỤ LỤC PHỤ LỤC A:THIẾT KẾ CƠ KHÍ VÀ XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CHÍNH CỦA ĐOÀN TÀU Để tính mô men điện từ cần thiết động cơ, ta cần biết thông số sau: lực kéo cần thiết, tỷ số truyền hộp giảm tốc, hiệu suất truyền đường kính bánh xe Tham khảo thông số tuyến tàu điện ngầm số (Bến Thành – Suối Tiên) [7] thành phố Hồ Chí Minh: Ta có giảm tốc (bánh nghiêng ) với tỷ số truyền 111/16 hiệu suất tạm tính bánh nghiêng 0.98 (để đơn giản bỏ qua hiệu suất ổ bi…) Từ lực cản ta tính công suất cần thiết động cơ, sau chọn động phù hợp Xác định tải trọng đoàn tàu gồm thành phần sau: Khối lượng (trọng lượng thân) đoàn tàu khối lượng hành khách tối đa có Với khối lượng đoàn tàu, tìm kiếm tham khảo khối lượng đoàn tàu sau chọn khối lượng phù hợp Tham khảo giá trị khối lượng không tải toa tàu số tuyến giới vào khoảng 30 – 36 Với khối lượng hành khách cách tính sau, tính số lượng hành khách lớn mà đoàn tàu chuyên chở toa sau nhân với giá trị trọng lượng hành khách trung bình (giả thuyết trọng lượng trung bình hành khách 60kg) Cách tính số lượng hành khách tối đa tính sau: Dựa theo Thiết kế sở tuyến metro số – giai đoạn thành phố Hồ Chí Minh số lượng hành khách mà toa tàu tuyến metro số giai đoạn chở (nơi người làm luận văn công tác) nhân với hệ số tải 1.5 để tính số lượng tối đa mà đoàn tàu chở Hệ số tải lấy từ kinh nghiệm thực tế Nhật vào thời điểm chở tải từ 150 – 200% giá trị thiết kế (tài liệu lưu hành đào tạo nội JICA – Cơ quan hợp tác phát triển quốc tế Nhật phát hành) Phương pháp cân đoàn tàu thực tế nêu Chương … Tham khảo số hành khách chở tối đa (dự kiến) toa tàu tuyến metro số giai đọan vào khoảng 200 người (giả sử tải 150% 300 người), với giả thuyết cân nặng trung bình hành khách vào khoảng 60kg Như tạm tính tổng khối lượng tương đương toa tàu vào khoảng 48 Tham khảo [30] - tiêu chuẩn ESR 0331 phần 5.4 ta có đường kính bánh xe đoàn tàu 940 mm rg độ dốc tuyến, tính ‰ Tham khảo thiết kế tuyến metro số giai đoạn thành phố Hồ Chí Minh, ta có độ dốc tối đa 35‰ R: bán kính cong tuyến tính (m).Tham khảo thiết kế tuyến metro số giai đoạn thành phố Hồ Chí Minh, ta có bán kính cong tối đa 300m, tối thiểu 160m Tham khảo tài liệu thiết kế hệ thống tuyến metro số giai đoạn 1, ta có số liệu sau: Gia tốc: 1m/s2 (từ – 46km/h) vđt vận tốc đoàn tàu (km/h) Tham khảo thiết kế tuyến metro số giai đoạn thành phố Hồ Chí Minh, ta có tốc độ tối đa 90km/h với đoạn cao, đoạn ngầm 40 km/h Tham khảo tiêu chuẩn IEEE 1474 [21],ta có sai số cho phép sau: + Độ phân giải đo lường tốc độ đoàn tàu cho mục đích dùng hệ thống ATP(Resolution of train speed measurement for ATP purposes): ± 0.5 km/h đến ± km/h (khoảng 2%) + Độ xác đo lường tốc độ đoàn tàu cho mục đích dùng hệ thống ATP (Accuracy of train speed measurement for ATP purposes) ± km/h (khoảng 3%) Độ phân giải lệnh điều khiển tốc độ đoàn tàu, ví dụ giới hạn liên quan đến tốc độ đoạn bán kính cong (Resolution of train speed commands ):±0.5 km/h đến ± km/h(khoảng 5%) Áp dụng công thức tính lực cản Chương 3, ta có lực cản sau: + Lực cản trường hợp chạy tốc độ tối đa (tại đoạn này: độ dốc không, bán kính cong không, gia tốc đoàn tàu tối đa 1m/s2, tốc độ tối đa 90km/h – tham khảo thiết kế tuyến đường sắt đô thị số – giai đoạn thành phố Hồ Chí Minh): FR= ((266, + (27,7*90) + (0,05168*(902))*48) =152539.584~152540 (N) (lưu ý: theo tài liệu , công thức đơn vị tính khối lượng tấn) Mà luận văn không xét đến lực thắng nên ta có sau: FT-FR=me.amax=> Ft= me.amax+FR FT = 48000.1+152540=200539 Mà mối liên hệ lực kéo cần thiết lực kéo động sau: FT = µwheel-ray.N.η (với η hiệu suất truyền bánh nghiêng)  N=FT/(µwheel-ray.η) 33  33  )  0.143 Mà:µwheel-ray=      0,2115    0,31  (0,2115  42  V  42  90  N=200539/(0,143*0.98)=1430990(N)=1430(kN) Theo giáo trìnhThiết kế máy, ta tính công suất động sau: 120  f đm T n F r P   ; 6 p 9,55 10 9.55 10  ubrnghieng Với ubrnghieng la tỷ số truyềnhộp giảm tốc Công suất cần thiết động xấp xỉ 199(kW) ~ 200kW So với công suất tính toán công suất cần thiết tuyến metro số 165kW xem phù hợp; công thức tính lực cản có khác biệt đôi chút Tham khảo brochure hãng Hitachi tạm chọn động loại Class 200, có công suất 210kW, khối lượng 540kg