View and download: https://uploading.vn/ftv7zp2x7tf9

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
---------------------------
NGUYỄN MINH CHƠN
ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
3 PHA DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID MỜ LAI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN
Mã số ngành: 60520202
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2018

2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
---------------------------
NGUYỄN MINH CHƠN
ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
3 PHA DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID MỜ LAI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN
Mã số ngành: 60520202
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. NGUYỄN THANH PHƯƠNG
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2018

3. CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS. TS. NGUYỄN THANH PHƯƠNG
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày … tháng … năm …
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)
TT Họ và tên Chức danh Hội đồng
1 Chủ tịch
2 Phản biện 1
3 Phản biện 2
4 Ủy viên
5 Ủy viên, Thư ký
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

4. TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM
VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. HCM, ngày 18 tháng 02 năm 2018
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Nguyễn Minh Chơn..................................Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 06-12-1983 .................................. .Nơi sinh: Phú Tân – Cà Mau
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện................................................MSHV: 1641830004
I- Tên đề tài:
Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha dung bộ điều khiển PID mờ lai
II- Nhiệm vụ và nội dung:
- Tìm hiểu tổng quan về động cơ không đồng bộ 3 pha và các phương pháp điều khiển tốc
độ.
- Tìm hiểu về logic mờ, bộ điều khiển PID và ứng dụng trong điều khiển động cơ không
đồng bộ.
- Xây dựng mô hình mô phỏng trên Matlab
- Viết luận văn
III- Ngày giao nhiệm vụ: (Ngày bắt đầu thực hiện LV ghi trong QĐ giao đề tài)
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15 tháng 8 năm 2018
V- Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Thanh Phương
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)
PGS. TS. Nguyễn Thanh Phương PGS. TS. Nguyễn Thanh Phương

5. LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình
nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này
đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
(Ký và ghi rõ họ tên)

6. LỜI CÁM ƠN
Lời đầu tiên xin chân thành cám ơn thầy cô trong Viện Kỹ thuật HUTECH và Viện
Đào tạo Sau đại học đã nhiệt tình giảng dạy và hỗ trợ để tôi hoàn thành khóa học. Đặc biệt
PGS. TS. Nguyễn Thanh Phương đã truyền cảm hứng vá hướng dẫn để tôi hoàn thành
luận văn này.
Cám ơn các bạn học viên cùng lớp đã đồng hành, động viên và giúp đỡ tôi trong học
tập để vượt qua khó khăn trong học tập và nghiên cứu tại trường.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cám ơn sự quan tâm hỗ trợ tạo điều kiện về vật chất và
tinh thần của gia đình trong suốt quá trình học tập.
Nguyễn Minh Chơn

7. i
MỤC LỤC
Mục lục ............................................................................................................................i
Tóm tắt luận văn.............................................................................................................iv
Danh sách các hình.........................................................................................................vi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.........................................................................................1
1.1.Tổng quan đề tài........................................................................................................1
1.2. Các phương pháp điều khiển....................................................................................2
1.2.1. Điều khiển vô hướng động cơ không đồng bộ (scalar) .........................................2
1.2.2. Phương pháp điều chế vector không gian .............................................................4
1.2.3. Điều khiển định hướng trường ..............................................................................5
1.2.4. Điều khiển định hướng từ thông rotor trực tiếp ....................................................6
1.2.5. Điều khiển định hướng từ thông rotor gián tiếp....................................................6
1.2.6. Điều khiển độ rộng xung theo định hướng trường................................................7
1.2.7. Nhận xét.................................................................................................................8
1.3. Những kỹ thuật tiên tiến hiện nay ............................................................................8
1.3.1. Điều khiển thông minh ..........................................................................................8
1.3.2. Những kỹ thuật khác..............................................................................................9
1.4. Trình tự mô phỏng động cơ không đồng bộ...........................................................10
1.4.1. Xây dựng mô hình toán học của động cơ không đồng bộ cho cấu trúc điều khiển
.......................................................................................................................................10
1.4.2. Bộ biến tần điều khiển.........................................................................................11
1.4.3. Kiểm tra thiết bị truyền động AC........................................................................11
1.4.4. Phương pháp điều khiển, xây dựng và thiết kế bộ điều khiển đi kèm ................11
1.5. Định hướng.................................................................................................................11
1.6. Mục tiêu của đề tài..................................................................................................11
1.7. Phạm vi nghiên cứu................................................................................................12
1.8. Nội dung của luận văn............................................................................................12
1.9. Ý nghĩa đề tài..........................................................................................................12
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH TOÁN CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA13
2.1. Giới thiệu về động cơ không đồng bộ ba pha.........................................................13

8. ii
2.2. Vector không gian của các đại lượng ba pha..........................................................14
2.2.1. Xây dựng vector không gian ...............................................................................14
2.2.2. Chuyển hệ tọa độ cho vector không gian ............................................................16
2.2.3. Biểu diễn các vector không gian trên hệ tọa độ từ thông rotor ...........................17
2.3. Mô hình của động cơ không đồng bộ ba pha .........................................................17
2.3.1. Lý do xây dựng mô hình......................................................................................20
2.3.2. Hệ phương trình cơ bản của động cơ ..................................................................21
2.3.3. Các tham số của động cơ.....................................................................................22
2.3.4. Mô hình trạng thái của động cơ trên hệ tọa độ stator..........................................23
2.3.5. Mô hình trạng thái của động cơ trên hệ tọa độ rotor...........................................25
2.3.6. Ưu điểm của việc mô tả động cơ không đồng bộ ba pha trên hệ tọa độ từ thông
rotor ...............................................................................................................................26
2.3.7. Bộ điều chế độ rộng xung PWM .........................................................................27
2.3.8. Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha trên hệ tọa độ stator trong Simulink
của Matlab .....................................................................................................................28
2.4 Nhận xét...................................................................................................................34
CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TRƯỜNG ........................................35
3.1. Đại cương về phương pháp FOC............................................................................35
3.2. Cấu trúc nội dung phương pháp FOC ....................................................................37
3.3. Mô phỏng phương pháp foc bằng simulink/matlab ...............................................41
3.3.1. Sơ đồ cấu trúc hiện đại của phương pháp FOC trong Simulink/Matlab .............41
3.3.2. Giải thích nguyên lí hoạt động ............................................................................41
3.3.3. Phân tích sơ đồ.....................................................................................................42
3.4. Kết quả mô phỏng điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp FOC..46
3.4.1. Tham số mô phỏng ..............................................................................................46
3.4.2. Trình tự mô phỏng...............................................................................................46
3.4.3. Kết quả mô phỏng điều khiển FOC trong Simulink/Matlab ...............................48
3.4.4. Nhận xét kết quả mô phỏng điều khiển FOC ......................................................62
CHƯƠNG 4: DÙNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PID MỜ KẾT HỢP
ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TRƯỜNG ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG
CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ.............................................................................................65

9. iii
4.1. Tổng quan về phương pháp đề xuất .......................................................................65
4.2. Bộ điều khiển mờ pi ...............................................................................................65
4.2.1. Giới thiệu.............................................................................................................65
4.2.2. Cấu trúc bộ điều khiển pid mờ ............................................................................67
4.2.3. Cấu trúc bộ điều khiển pid mờ lai .......................................................................68
4.2.4. Xây dựng các bộ điều khiển pi mờ......................................................................69
4.3. Mô phỏng điều khiển định hướng trường động cơ không đồng bộ dựa vào ước
lượng từ thông rotor có bộ điều khiển mờ pi để điều khiển tốc độ động cơ không
đồng bộ 3 pha ................................................................................................................80
4.4. Nhận xét..................................................................................................................89
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN , HẠN CHẾVÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ......91
5.1. Kết luận...................................................................................................................91
5.2. Hạn chế...................................................................................................................91
5.3. Hướng phát triển.....................................................................................................92
Tài liệu tham khảo .........................................................................................................93

10. iv
TÓM TẮT
Động cơ không đồng bộ ba pha là thiết bị chủ lực trong truyền động điện xoay chiều
vì các ưu điểm như: cấu tạo đơn giản, chắc chắn, vận hành tin cậy, ít bảo trì, sữa chữa,
giá thành hạ, hiệu suất cao… so với động cơ một chiều. Tuy nhiên, việc điều khiển động
cơ không đồng bộ là một vấn đề khó khăn, phức tạp vì động cơ không đồng bộ là một hệ
phi tuyến mạnh và cần một thuật toán điều khiển hết sức chặt chẽ.
Phương pháp điều khiển định hướng trường (Field Oriented Control-FOC) có khả
năng điều khiển độc lập từ thông và moment, đang được sử dụng phổ biến để điều khiển
động cơ. Tác giả kết hợp tính ưu việt của các phương pháp điều khiển khác nhau, và
cũng như với mong muốn tìm hiểu sâu về lĩnh vực truyền động điện xoay chiều. Trong
luận văn thạc sỹ này, đề tài “Ứng dụng phương pháp điều khiển PID mờ kết hợp với
phương pháp định hướng trường để điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3
pha” được thực hiện.
Với mục đích cải tiến phương pháp điều khiển PI thông thường (với thông số Kp
và Ki cố định) bằng cách đề xuất phương pháp điều khiển PI mờ lai (với sự thay đổi
động các thông số Kp và Ki theo yêu cầu điều khiển tốc độ động cơ -IM). Các kết quả mô
phỏng sẽ cho thấy hiệu quả của phương pháp đề xuất.

11. v
ABSTRACT
Induction motors, are known with their ruggedness and reliability, due to their
simple construction, much lower cost, lack of commutating elements, better power to
mass ratio compared to the DC motors, which make them an attractive alternative in
these applications. However, the advantages above mentioned come with the very
complicated, strongly coupled nonlinear dynamics, which requires putting in place
sophisticated control algorithms in order to obtain good controlling.
Field Oriented Control (FOC), provides independent control of torque and flux
method is being used popularly to control induction motor response improving.Writer
(author) combined other method’s advantage, together with high expection of wide &
deep study of in duction motor drivers. In this Master thesis, the theme: “The
application of PID Fuzzy control method combine with FOC to speed control of
induction motor” are presented.
With an aim of improving the PI normally control method ( with parameter point of
Kp and Ki) by proposed the PI Fuzzy hybrid control method ( with variable parameter
of Kp and Ki).Simulation results show the effectiveness of the proposed method.

12. vi
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc cơ bản của một hệ Truyền động điện xoay chiều ba pha hiện đại 2
Hình 1.2. Mô hình chung của hệ thống điều khiển tốc độ vô hướng 3
Hình 1.3. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển mômen vô hướng 4
Hình 1.4. Tám trạng thái đóng ngắt của bộ điều khiển vector không gian 5
Hình 1.5. Hệ thống định hướng từ thông rotor cơ bản 6
Hình 1.6. Hai mô hình hệ thống điều khiển vector đối với động cơ cảm ứng có định
hướng từ thông rotor gián tiếp 7
Hình 2.1. Sơ đồ cuộn dây và dòng stator của động cơ không đồng bộ 3 pha 14
Hình 2.2. Thiết lập vector không gian từ các đại lượng pha 15
Hình 2.3. Biểu diễn dòng điện stator dưới dạng vector không gian ở hệ tọa độ αβ 16
Hình 2.4. Chuyển hệ tọa độ giữa αβ và dq 17
Hình 2.5. Biểu diễn các vector không gian trên hệ tọa độ từ thông rotor 17
Hình 2.6. Thu thập giá trị thực của vector dòng stator trên hệ tọa độ từ thông 19
rotor (hệ tọa độ dq)
Hình 2.7. Mô hình đơn giản của động cơ không đồng bộ ba pha có rotor lồng sóc 20
Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ PWM 27
Hình 2.9. Cơ chế đóng ngắt của PWM (pha U) 27
Hình 2.10. Dạng sóng 3 pha khi được điều chế PWM 28
Hình 2.11. Mô hình mô phỏng của động cơ không đồng bộ ba pha 30
Hình 2.12. Mô hình mô phỏng mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ qua PWM 30
Hình 2.13. Dòng từ hóa 31
Hình 2.14. Từ thông rotor 31
Hình 2.15. Tốc độ động cơ 32
Hình 2.16. Moment động cơ 32
Hình 2.17. Dòng điện stator 32
Hình 2.18. Điện áp Stator 33
Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý điều khiển FOC trực tiếp. 36
Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý điều khiển FOC gián tiếp 37
Hình 3.3. Cấu trúc cơ bản của phương pháp FOC 38

13. vii
Hình 3.4. Vector dòng điện, điện áp, và từ thông rotor trên hệ trục tọa độ (d, q). 39
Hình 3.5. Sơ đồ khối điều khiển động cơ KĐB bằng phương pháp FOC 41
Hình 3.6. Sơ đồ khối động cơ không đồng bộ trong hệ trục tọa độ tĩnh (α, β) 43
Hình 3.7. Tốc độ đặt cho quá trình mô phỏng 47
Hình 3.8. Tốc độ đặt cho quá trình mô phỏng đảo chiều động cơ 47
Hình 3.9. Moment đặt cho quá trình mô phỏng 48
Hình 3.10. Từ thông thật của động cơ 49
Hình 3.11. Từ thông ước lượng của động cơ 49
Hình 3.12. Tốc độ thật của động cơ 49
Hình 3.13. Sự thay đổi của tốc độ thực theo tốc độ đặt 50
Hình 3.14. Moment thực của động cơ 50
Hình 3.15. Moment của động cơ được ước lượng 51
Hình 3.16. Dòng điện pha U của động cơ 51
Hình 3.17. Dòng điện ba pha của động cơ 52
Hình 3.18. Từ thông thật của động cơ (khi đảo chiều quay) 52
Hình 3.19. Từ thông của động cơ được ước lượng (khi đảo chiều quay) 53
Hình 3.20. Tốc độ thật của động cơ (khi đảo chiều quay) 53
Hình 3.21. Sự thay đổi của tốc độ thật theo tốc độ đặt (khi đảo chiều động cơ) 53
Hình 3.22. Moment thật của động cơ (khi đảo chiều quay) 54
Hình 3.23. Moment của động cơ được ước lượng (khi đảo chiều quay) 54
Hình 3.24. Từ thông thật của động cơ (khi tăng moment tải) 55
Hình 3.25. Từ thông ước lượng của động cơ (khi tăng moment tải) 55
Hình 3.26. Tốc độ thật của động cơ (khi tăng moment tải) 55
Hình 3.27. Sự thay đổi của tốc độ thật theo tốc độ đặt (khi tăng moment tải) 56
Hình 3.28. Moment thực của động cơ (khi tăng moment tải) 56
Hình 3.29. Moment ước lượng của động cơ (khi tăng moment tải) 56
Hình 3.30. Dòng điện pha U của động cơ (khi tăng moment tải) 57
Hình 3.31. Dòng điện ba pha của động cơ (khi tăng moment tải) 57
Hình 3.32. Từ thông thực của động cơ (khi tăng moment quán tính) 58
Hình 3.33. Từ thông ước lượng của động cơ (khi tăng moment quán tính) 58
Hình 3.34. Tốc độ thực của động cơ (khi tăng moment quán tính) 58

14. viii
Hình 3.35. Sự thay đổi của tốc độ thực theo tốc độ đặt (khi tăng moment quán tính) 59
Hình 3.36. Moment thực của động cơ (khi tăng moment quán tính) 59
Hình 3.37. Moment ước lượng của động cơ (khi tăng moment quán tính) 59
Hình 3.38. Dòng điện pha U của động cơ (khi tăng moment quán tính) 60
Hình 3.39. Dòng điện pha V của động cơ (khi tăng moment quán tính) 60
Hình 3.40. Dòng điện pha W của động cơ (khi tăng moment quán tính) 60
Hình 3.41. Dòng điện ba pha của động cơ (khi tăng moment quán tính) 61
Hình 4.1. Cấu trúc bộ điều khiển PID thông thường 65
Hình 4.2. Hệ thống điều khiển mờ 67
Hình 4.3. Hệ thống điều khiển mờ theo sai lệch e và đạo hàm sai lệch 67
Hình 4.4. Sơ đồ khối Bộ điều khiển PID mờ 67
Hình 4.5. Mô hình điều khiển tốc độ ĐCKĐB qua khâu điều chỉnh PI mờ 68
Hình 4.6. Sơ đồ khối điều khiển PI MỜ xây dựng trên Simulink/Matlab 68
Hình 4.7. Sơ đồ khối bộ điều khiển PI mờ lai 68
Hình 4.8. Mô hình điều khiển tốc độ ĐCKĐB qua khâu điều chỉnh PI mờ lai 69
Hình 4.9. Cấu trúc bộ điều khiển PI mờ lai xây dựng trên Matlab 69
Hình 4.10. Sơ đồ khối bộ điều khiển tốc độ PI mờ 70
Hình 4.11. Tập mờ sai số tốc độ 70
Hình 4.12. Tập mờ ngõ ra của bộ Kp mờ 71
Hình 4.13. Quy luật thay đổi Kp 71
Hình 4.14 Tập mờ sai số ngõ vào 72
Hình 4.15. Tập mờ ngõ racủa bộ KI mờ 72
Hình 4.16. Quy luật thay đổi KI 73
Hình 4.17. Sơ đồ khối điều khiển động cơ có bộ điều khiển từ thông PI mờ 73
Hình 4.18. Tập ngõ vào của bộ Kp mờ 74
Hình 4.19. Tập ngõ ra của bộ Kp mờ 74
Hình 4.20. Quy luật thay đổi Kp 75
Hình 4.21. Tập ngõ vào của bộ KI mờ 75
Hình 4.22. Tập ngõ ra của bộ KI mờ 76
Hình 4.23. Quy luật thay đổi KI 76
Hình 4.24. Sơ đồ khối điều khiển moment có PI mờ 76

15. ix
Hình 4.25. Tập ngõ vào của bộ KP mờ 77
Hình 4.26. Tập ngõ ra KP mờ 77
Hình 4.27. Quy luật thay đổi Kp 78
Hình 4.28. Tập ngõ vào bộ KI mờ 78
Hình 4.29. Tập ngõ ra của bộ KI mờ 79
Hình 4.30. Quy luật thay đổi KI 79
Hình 4.31. mô hình 3 bộ điều khiển mờ từ thông- moment và tốc độ 80
Hình 4.32. Mô hình điều chỉnh tốc độ dùng bộ điều khiển PI thông thường 80
Hình 4.33. Mô hình điều chỉnh tốc độ dùng bộ điều khiển PI mờ lai 81
Hình 4.34. So sánh kết quả mô phỏng giữa Bộ điều khiển PID mờ 81
Hình 4.35. Kết quả Bộ điều khiển PID mờ lai 82
Hình 4.36. Kết quả Bộ điều khiển PID thông thường 82
Hình 4.37. So sánh từ thông khi điều khiển có bộ PI mờ và PI thông thường 83
Hình 4.38. So sánh tốc độ khi điều khiển có bộ PI mờ và PI thông thường 84
Hình 4.39. So sánh mômen khi điều khiển có bộ PI mờ và PI thông thường 84
Hình 4.40. So sánh dòng điện khi điều khiển có bộ PI mờ và PI thông thường 85
Hình 4.41. So sánh từ thông khi điều khiển có bộ PI mờ và PI thông thường 86
Hình 4.42. So sánh tốc độ khi điều khiển có bộ PI mờ và PI thông thường 87
Hình 4.43. So sánh mô men khi điều khiển có bộ PI mờ và PI thông thường 88
Hình 4.44. So sánh dòng điện khi điều khiển có bộ PI mờ và PI thông thường 89

16. 1
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI:
Điều khiển tự động Truyền Động điện xoay chiều ba pha hiện đại chứa đựng những
phương pháp mới trong việc mô hình hóa đối tượng động cơ, từ đó xây dựng nên các
thuật toán điều khiển phù hợp với các tiến bộ mới của công nghệ vi điện tử, vi xử lý và
điện tử công suất. Cơ sở Truyền Động điện xoay chiều ba pha hiện đại là phương pháp
điều khiển tựa theo từ trường quay của Rotor được Haase đưa ra 1968 và Balaschke đưa
ra 1970.
K.Haase: Về động học truyền động có điều chỉnh tốc độ quay dùng động cơ không
đồng bộ ba pha rotor ngắn mạch nuôi bằng biến tần (Luận văn phó tiến sĩ 1969)
F.Balaschke: Phương pháp tựa theo trường trong điều chỉnh động cơ không đồng bộ
ba pha. Thông báo kết quả nghiên cứu và phát triển của Siemens 1972.
TS. Nguyễn Phùng Quang đã cho ra đời lý thuyết cơ sở: “Các phương pháp điều
chỉnh dòng trong truyền động điện xoay chiều ba pha: nguyên lý và hạn chế của chúng”
nhằm giới thiệu phương pháp điều khiển tựa theo từ thông, một phương pháp mạnh dùng
mô tả và chế ngự Động cơ xoay chiều ba pha và giới thiệu cách tiếp cận với các thuật
toán thích hợp cho việc điều khiển bằng số, cụ thể là điều khiển gián đoạn bằng vi xử lý.
Phần ứng dụng của tác giả TS. Nguyễn Phùng Quang dựa trên cơ sở đó đã ra đời và
được ứng dụng thành công không chỉ trong phòng thí nghiệm mà còn cả trên thiết bị hiện
đang được hai hãng REFU và Siemens chế tạo và lưu hành trên thị trường.
Cấu trúc cơ bản của hệ truyền động đơn lẻ bao gồm:
• Phần công suất với động cơ xoay chiều ba pha và biến tần dùng van bán dẫn.
• Phần điều khiển với nhiều vi xử lý khác nhau, trong đó một vi xử lý để giải quyết
các bài toán điều khiển thời gian thực, một vi xử lý phụ trách việc đối thoại với hệ thống
cấp trên, một vi xử lý phụ dùng để điều khiển ghép nối – đối thoại với thiết bị ngoại vi tại
chỗ PLC.

17. 2
Hình 1.1. Cấu trúc cơ bản của một hệ Truyền động điện xoay chiều ba pha hiện đại
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
1.2.1. Điều khiển vô hướng động cơ không đồng bộ (scalar)
Hiện nay, phần lớn hệ thống điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ là truyền
động đặc tính thấp trong đó cả biên độ lẫn tần số của dòng điện và điện áp của nguồn
cung cấp có thể điều chỉnh đồng thời. Cách điều chỉnh này cho phép điều khiển tốc độ
hoặc momen đến trạng thái xác lập trong khi vẫn giữ từ thông của động cơ ổn định. Điều
khiển này được gọi là điều khiển vô hướng, khi giả thiết điện áp hoặc dòng điện được
điều khiển có dạng hình sin, duy nhất biên độ và tần số được điều chỉnh, không liên quan
đến vị trí không gian của những vector tương ứng.
Điều khiển vô hướng đơn giản hơn điều khiển vector. Kỹ thuật vô hướng chung
nhất thường được dùng trong thực tế là
Hertz
Volts
không đổi (Constant Volts/Hertzs - CVH)
nghĩa là biên độ điện áp stator được điều chỉnh tỉ lệ với tần số nhằm duy trì từ thông
stator không đổi. Phương pháp này bao gồm điều khiển tốc độ từ trường quay của stator
bằng cách thay đổi tần số nguồn điện cung cấp. Momen được cải tiến phụ thuộc vào sự
khác biệt giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ rotor. Hệ thống điều khiển đơn giản chỉ
duy nhất yêu cầu hồi tiếp tốc độ. Tín hiệu tốc độ thật M
ω sẽ so sánh với tín hiệu tốc độ
chuẩn *
M
ω , sai số đạt được đưa vào bộ điều khiển trượt (slip controller), cho ra tín hiệu
tốc độ trượt chuẩn
*
sl
ω . Tín hiệu này cộng với M
ω tạo ra tín hiệu đồng bộ, qua khối tỉ lệ

18. 3
p/2 tạo tần số góc đúng yêu cầu cung cấp cho biến tần. Bộ điều chỉnh điện áp (Voltage
Controller) tạo ra tín hiệu điện áp stator cung cấp cho bộ biến tần.
*
S
V
*
ω
1
*
S
ω Syn
*
ω
M
ω
M
*
ω M
ω
∆
M
ω M
ω
Hình 1.2. Mô hình chung của hệ thống điều khiển tốc độ vô hướng
Một phương pháp điều khiển scalar khác sử dụng kỹ thuật điều khiển momen
(Torque Control - TC) là điều chỉnh biên độ và tần số của dòng điện stator, vì thế momen
xác lập được điều khiển trong khi biên độ từ trường được duy trì không đổi. Trong trường
hợp này, hồi tiếp tốc độ chỉ đóng vai trò phụ vì hồi tiếp dòng điện có phần phức tạp hơn
phương pháp Constant Volts/Hertzs (CVH).

19. 4
M
ω
*
s
I
*
Φ
s
I
*
T
/*
R
λ
*
sT
I
*
ω
Hình 1.3. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển mômen vô hướng
1.2.2. Phương pháp điều chế vector không gian
Bộ điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation - PWM) là một trong những
thiết bị điện tử công suất được nghiên cứu rộng rãi nhất trong 3 thập niên qua. Không chỉ
đòi hỏi khả năng đóng ngắt nhanh của thiết bị đóng ngắt bán dẫn công suất mà còn yêu
cầu kỹ thuật điều chế phải đơn giản và chính xác. Có nhiều kỹ thuật điều chế như: kỹ
thuật dao động phụ, điều chế vectơ không gian... nhưng bổ sung thêm ứng dụng số là
điều chế vector không gian ở bộ biến đổi nguồn dòng và nguồn áp. Phương pháp điều chế
vector không gian (space vector modulation) xuất phát từ các ứng dụng của vector không
gian trong máy điện xoay chiều, sau đó được mở rộng triển khai trong hệ thống điện ba
pha. Phương pháp này là phương pháp phổ cập trong các hệ truyền động đã số hóa toàn
phần dùng để điều khiển biến tần dùng van bán dẫn. Thông thường, các đôi van được vi
xử lý điều khiển sao cho điện áp xoay chiều 3 pha với biên độ cho trước, với tần số cũng
như góc pha cho trước cung cấp cho động cơ đạt yêu cầu. Biến tần được nuôi bởi điện áp
một chiều. Biến tần thường hoạt động theo kiểu cắt xung với tần số cắt cao. Van bán dẫn
được dùng ở đây là IGBT, MOSFET.

20. 5
Phương pháp điều chế vector không gian là tạo nên sự dịch chuyển liên tục của
vector không gian tương đương của vector điện áp nghịch lưu trên quỹ đạo đường tròn.
Với sự dịch chuyển đều đặn của vector không gian trên quỹ đạo đường tròn, các sóng hài
bậc cao được loại bỏ và quan hệ giữa tín hiệu điều khiển và biên độ áp ra trở nên tuyến
tính. Vector tương đương ở đây chính là vector trung bình trong thời gian một chu kỳ lấy
mẫu Ts của quá trình điều khiển bộ nghịch lưu áp.
Hình 1.4. Tám trạng thái đóng ngắt của bộ điều khiển vector không gian
1.2.3. Điều khiển định hướng trường
Động cơ AC, cụ thể là động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc có những ưu điểm là
đơn giản, tin cậy, giá thành thấp, và ít bảo dưỡng. Tuy nhiên, trong những ứng dụng
trong công nghiệp đòi hỏi hiệu suất truyền động cao thì việc điều khiển chúng vẫn gặp
phải những thử thách lớn bởi vì chúng là đối tượng phi tuyến và nhiều thông số, chủ yếu
là điện trở rotor thay đổi theo những điều kiện vận hành.
Điều khiển định hướng trường (Field orientation control - FOC) hoặc điều khiển
vector (Vas, 1990) cho động cơ không đồng bộ đạt được việc tách biệt thay đổi động giữa
momen và từ thông dẫn đến việc điều khiển độc lập giữa từ thông và momen tương tự
như động cơ DC kích từ độc lập.
Điều khiển định hướng trường là điều kiện tối ưu hóa momen và tách rời điều
khiển momen khỏi điều khiển từ thông trong điều kiện vận hành ổn định và quá độ của
động cơ không đồng bộ.

21. 6
Có 2 loại điều khiển định hướng trường điển hình: Phương pháp trực tiếp trong đó
sử dụng cảm biến đo từ thông của động cơ, và phương pháp gián tiếp dựa vào đo lường
vị trí rotor.
1.2.4. Điều khiển định hướng từ thông rotor trực tiếp
Trong hệ thống định hướng trường trực tiếp, vị trí góc và biên độ của vector từ
thông chuẩn được đo hoặc ước lượng từ điện áp và dòng điện stator sử dụng bộ quan sát
từ thông (flux observer). Đặt cảm biến ở khe hở không khí của động cơ, trục dq nhằm xác
định vector từ thông hỗ cảm (từ thông khe hở không khí).
*
e
DS
i
*
e
QS
i
*
s
ds
i
*
s
qs
i
as
i
*
bs
i
*
cs
i
bs
i
cs
i
s
qm
λ
s
dm
λ
r
λ
r
θ
*
as
i
Hình 1.5. Hệ thống định hướng từ thông rotor cơ bản
1.2.5. Điều khiển định hướng từ thông rotor gián tiếp
Phương pháp điều khiển định hướng từ thông rotor gián tiếp dựa vào tính toán tốc
độ trượt
*
r
ω được yêu cầu cho điều khiển định hướng trường chính xác và sự áp đặt tốc
độ này lên động cơ.

22. 7
DQ
dq
dq
abc
*
e
DS
i
*
e
QS
i
*
s
ds
i
*
s
qs
i
as
i
*
bs
i
*
cs
i
bs
i
cs
i
rotor
Inverter
*
as
i
Bộ điều
khiển
Momen đặt
Từ thông
rotor đặt
1/p
*
r
ω
R
θ
o
θ
*
θ
Position
sensor
Hình 1.6. Hai mô hình hệ thống điều khiển vector đối với động cơ cảm ứng có định
hướng từ thông rotor gián tiếp
1.2.6. Điều khiển độ rộng xung theo định hướng trường
Để có thể giảm tần số đóng ngắt, đặc biệt trong truyền động công suất lớn, người
ta sử dụng đường bao sai số hình vuông gắn với vector từ thông rotor của máy điện. Cách
lựa chọn này dĩ nhiên sẽ làm xuất hiện thêm một lượng sóng hài bậc cao theo hướng từ
thông rotor. Tuy nhiên, điều này không ảnh hưởng trực tiếp đến việc tạo thành momen
động cơ (hằng số thời gian khá lớn của rotor đã loại bỏ tác dụng gián tiếp của từ thông
rotor lên momen động cơ). Việc lựa chọn vector đóng ngắt sẽ thực hiện theo phương
pháp dự báo sao cho tần số đóng ngắt là nhỏ nhất và việc đóng ngắt theo trục d của dòng
điện có thể được hạn chế do khả năng mở rộng đường bao của nó. Các sóng hài momen
giảm xuống nhưng các sóng hài dòng điện sẽ tăng lên (theo trục d).

23. 8
1.2.7. Nhận xét
Hiện nay các phương pháp trên đã được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điều
khiển động cơ. Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm, các phương pháp vẫn tồn tại những
khuyết điểm:
- Điều chế độ rộng xung (PWM) trên cơ sở điều chế vector không gian gây sóng hài
bậc cao.
- Điều khiển vô hướng chỉ dùng cho truyền động đặc tính thấp.
- Điều khiển định hướng trường vẫn gặp một số hạn chế: nhạy với sự thay đổi thông
số của động cơ như hằng số thời gian rotor và đo lường từ thông không chính xác tại tốc
độ thấp. Do đó, hiệu suất giảm và bộ điều khiển phổ biến như PID thì không thể duy trì
yêu cầu điều khiển dưới những điều kiện thay đổi.
Do đó, để khắc phục những nhược điểm trên, việc kết hợp điều khiển trí tuệ nhân
tạo với kỹ thuật điều khiển kinh điển đã ra đời góp phần không nhỏ trong việc phát triển
lĩnh vực điều khiển truyền động điện xoay chiều 3 pha.
1.3. NHỮNG KỸ THUẬT TIÊN TIẾN HIỆN NAY
1.3.1. Điều khiển thông minh
Truyền động động cơ bao gồm 3 phần chính: động cơ, bộ điều khiển và bộ điện tử
công suất. Nếu yếu tố thông minh được thêm vào một trong những phần chính kia thì
truyền động đó gọi là truyền động thông minh.
Điều khiển thông minh là bộ điều khiển trong đó bộ điều khiển là bộ não và trung
tâm ra quyết định bao gồm 2 phần: phần mềm và phần cứng. Phần cứng của đơn vị điều
khiển đã phát triển trong hai thập kỷ gần đây. Còn phần mềm chứa những kỹ thuật điều
khiển khác nhau được lập trình vào phần cứng.
Điều khiển dựa vào trí tuệ nhân tạo được gọi là điều khiển thông minh: điều khiển
thích nghi hay điều khiển tự tổ chức. Mỗi hệ thống có trí tuệ nhân tạo gọi là hệ thống tự
tổ chức hoặc tự xử lý. Trong thập niên 80 với sự phát triển nhanh của thiết kế và sản xuất
mạch điện tử, vi xử lý đã đạt tốc độ và khả năng tính toán cao đưa điều khiển thông minh
vào sử dụng rộng rãi trong truyền động điện.

24. 9
Kỹ thuật trí tuệ nhân tạo chia thành 2 nhóm: tính toán cứng và tính toán mềm. Hệ
chuyên gia thuộc về tính toán cứng cũng là kỹ thuật nhân tạo đầu tiên. Trong 2 thập kỷ
gần đây, tính toán mềm đã được sử dụng nhiều trong truyền động điện như sự cải tiến cấu
trúc vi xử lý. Thành phần chính của chúng là mạng neural nhân tạo, tập logic mờ, mạng
neural – mờ, hệ thống dựa vào thuật toán gen.
Bộ điều khiển logic mờ cơ bản (Fuzzy logic controller - FLC) được quan tâm đến
như một kiểu bộ điều khiển cấu trúc biến đổi (Hung et al., 1993) nhằm ổn định và tăng độ
bền cơ học. Ngôn ngữ diễn tả cho bộ điều khiển này là luật If- then (Kawaji and
Matsunaga, 1994).
Ngoài ra cũng có những bộ điều khiển dùng ANN được ứng dụng rộng rãi vì
những đặc tính đặc biệt sau:
- Tất cả tín hiệu ANN được truyền theo một hướng, giống như hệ thống điều khiển
tự động.
- Khả năng của ANN có thể học mẫu.
- Khả năng tạo ra tín hiệu song song trong hệ thống tương tự và rời rạc.
- Khả năng thích nghi.
Từ những ưu điểm đó, người ta đã ứng dụng mạng neural phục vụ trong lĩnh vực
điều khiển động cơ như: bộ ước lượng neural dùng để ước lượng tốc độ động cơ; bộ điều
khiển neural được dùng để tạo ra tín hiệu điều khiển bộ biến tần…
Kết quả mô phỏng sẽ được giới thiệu nhằm chứng minh hiệu quả của mạng neural
trong lĩnh vực điều khiển động cơ khi so sánh với hệ thống thông thường (như bộ điều
khiển PI) không có ANNs.
1.3.2. Những kỹ thuật khác
Trở ngại chính trong việc sử dụng động cơ không đồng bộ là giá thành cao của
những thiết bị biến đổi, sự phức tạp của xử lý tín hiệu và độ chính xác kém. Trong những
năm gần đây, lý thuyết điều khiển vector đã trở nên linh hoạt vì sự tiến bộ của kỹ thuật
điện tử và bộ vi xử lý tốc độ cao. Trong hầu hết những ứng dụng, cảm biến tốc độ là cần
thiết và thích hợp trong vòng kín điều khiển tốc độ. Tuy nhiên, cảm biến tốc độ có một

25. 10
vài nhược điểm ở giá cả, độ tin cậy và khả năng loại trừ nhiễu. Những phương pháp khác
nhau được đề xuất nhằm ước lượng tốc độ sử dụng một vài thông số điện như dòng điện,
điện áp, tần số và từ thông. Chúng dựa vào sự kết hợp của lý thuyết ước lượng trạng thái
và thuyết điều khiển vector (điều khiển động cơ không có cảm biến tốc độ).
Tuy nhiên, các giá trị của thông số điện bị lệch do các giá trị thiết kế vì sự thay đổi
của môi trường làm việc, nhiệt độ, tốc độ, tải và tiếng ồn.
Những phương trình chuyển động của động cơ cảm ứng không phù hợp vì một vài
lý do như trên…Vì vậy, một vài mô hình thể hiện mối quan hệ giữa ngõ vào và ngõ ra mà
không cần biết đến phương trình chuyển động. Nhiệm vụ chính là tập trung vào việc nhận
dạng bao gồm bộ lọc tuyến tính để ước lượng hàm chuyển tuyến tính (Schouken, 1990),
để ước lượng thông số vật lý (Moons và Moor, 1995) và ước lượng hệ số hàm chuyển
tuyến tính dựa vào đo lường lực từ và tốc độ (Gahler và Herzog, 1994), kỹ thuật
NARMAR (Leontaritis và Billing, 1985) nhằm mô hình hóa mối quan hệ giữa tốc độ và
điện áp của động cơ không đồng bộ.
Tương tự, khi ước lượng từ thông, người ta cũng áp dụng những nguyên tắc giống
như điều khiển và ước lượng tốc độ. Thật sự, cảm biến từ thông khó chế tạo và lắp đặt.
Vì vậy, việc chế tạo ra một bộ ước lượng từ thông từ những thông số điện có sẵn, hoặc
những kỹ thuật tiên tiến là mối quan tâm thiết yếu cho những ai quan tâm đến lĩnh vực
điều khiển động cơ.
1.4. TRÌNH TỰ MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ:
Thông thường, để điều khiển động cơ không đồng bộ, người ta thường tiến hành
theo những bước chính sau:
1.4.1. Xây dựng mô hình toán học của động cơ không đồng bộ cho cấu trúc điều
khiển
Thông thường, mô hình toán học của động cơ không đồng bộ là: phương trình
vector tổng quát, mô hình mạch điện dưới dạng 2 pha, phương trình trạng thái. Thông số
của động cơ được xác định theo phương pháp thực nghiệm. Điện trở stator đo được từ
kiểm tra DC; điện trở rotor và điện cảm tiêu tán đo được khi rotor bị ghìm; đo điện cảm

26. 11
từ hóa khi kiểm tra không tải. Việc điều chỉnh thông số khi mô phỏng động cơ trong điều
kiện nguồn cung cấp ở chế độ định mức lúc tải định mức.
1.4.2. Bộ biến tần điều khiển
Bộ biến tần có tụ DC được dùng trong truyền động động cơ không đồng bộ gồm
bộ biến tần nguồn áp (VSI) và bộ biến tần nguồn dòng (CSI), dựa theo phương pháp điều
chế độ rộng xung (PWM) nhằm điều khiển điện áp và dòng điện. Ngoài ra còn có bộ biến
tần kết hợp bộ CSI công suất cao và bộ VSI công suất thấp làm việc song song.
1.4.3. Kiểm tra thiết bị truyền động AC
Một phòng thí nghiệm được xây dựng bao gồm: động cơ không đồng bộ cần kiểm
tra làm việc như tải cơ được kéo bởi máy phát điện đồng bộ. Mỗi máy điện được cấp
nguồn từ bộ biến tần, và được điều khiển bởi bộ điều khiển card ở PC.
1.4.4. Phương pháp điều khiển, xây dựng và thiết kế bộ điều khiển đi kèm
Tùy theo tính chất, mục đích sử dụng, tài nguyên hiện có mà ta lựa chọn phương
pháp điều khiển thích hợp như điều khiển vô hướng, điều chế vector không gian, định
hướng trường...
1.5. ĐỊNH HƯỚNG:
Tác giả kết hợp tính ưu việt của các phương pháp điều khiển khác nhau, cũng như
với mong muốn tìm hiểu sâu về lĩnh vực truyền động điện xoay chiều. Trong luận văn
thạc sỹ này, đề tài “Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha dung bộ điều
khiển PID mờ lai” được thực hiện.
1.6. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI:
-Tìm hiểu phương pháp điều khiển định hướng trường, là phương pháp điều khiển
tốt đã được ứng dụng rộng rãi trong điều khiển động cơ điện.
- Từ thông rotor để sử dụng trong hệ thống điều khiển định hướng trường được
ước lượng dựa trên cơ sở của hàm Lyapunov.

27. 12
- Xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng bộ điều khiển PID mờ lai để điều khiển
tốc độ động cơ. Các luật hợp thành của tập mờ được xây dựng dựa vào các suy luận của
người thiết kế, kinh nghiệm của chuyên gia…
1.7. PHẠM VI NGHIÊN CỨU:
Đề tài này tập trung nghiên cứu phương pháp điều khiển định hướng trường sử
dụng bộ điều khiển PID mờ lai để điều khiển tốc độ động cơ. Việc ước lượng từ thông
rotor nhằm ổn định và điều khiển động cơ không đồng bộ theo định hướng trường được
thực hiện dựa vào tiêu chuẩn ổn định của Lyapunov.
1.8. NỘI DUNG LUẬN VĂN:
Luận văn được trình bày theo các chương như sau:
Chương 1. TỔNG QUAN
Chương 2. MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA.
Chương 3. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TRƯỜNG-FOC.
Chương 4. DÙNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PID MỜ KẾT HỢP ĐIỀU
KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TRƯỜNG ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG
ĐỒNG BỘ.
Chương 5. KẾT LUẬN – HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .
1.9. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI:
Đề tài là tài liệu tham khảo hữu ích cho những ai quan tâm đến phương pháp điều
khiển mờ kết hợp với phương pháp định hướng trường điều khiển động cơ không đồng
bộ, cách thức thiết kế và mô hình hóa các bộ điều khiển trong Simulink và Control
System Toolbox

28. 13
Chương 2
MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
2.1. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
Máy điện không đồng bộ ba pha có dây quấn stator được cung cấp điện từ lưới
điện, và nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ có được sức điện động cảm ứng và dòng điện
bên trong dây quấn rotor. Dòng điện ba pha đối xứng trong dây quấn ba pha sẽ tạo ra từ
trường quay với tốc độ đồng bộ s
ω (rad/s). Rotor máy không đồng bộ gồm 2 loại:
Rotor dây quấn với dây quấn nhiều pha (thường là ba pha) quấn trong các rãnh
rotor, có cùng số cực với dây quấn stator với các đầu dây ra nối với các vành trượt được
cách điện với trục rotor. Việc tiếp điện được thông qua các chổi than đặt trong các bộ giá
đỡ chổi than.
Rotor lồng sóc có dây quấn rotor là các thanh dẫn (nhôm, đồng) trong rãnh rotor,
chúng được nối tắt ở hai đầu nhờ hai vành ngắn mạch. Do kết cấu rất đơn giản và chắc
chắn, động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc được sử dụng làm nguồn động lực rất rộng
rãi trong mọi lĩnh vực công nghiệp cũng như trong sinh hoạt.
Trong hai loại động cơ trên, loại có rotor lồng sóc đã chiếm ưu thế tuyệt đối trên
thị trường vì dễ chế tạo, không cần bảo dưỡng, kích thước nhỏ hơn. Sự phát triển như vũ
bão của kỹ thuật vi điện tử với giá thành ngày càng hạ đã cho phép thực hiện thành công
các kỹ thuật điều chỉnh phức tạp đối với loại rotor lồng sóc.

29. 14
2.2. VECTOR KHÔNG GIAN CỦA CÁC ĐẠI LƯỢNG BA PHA
2.2.1. Xây dựng vector không gian
Động cơ không đồng bộ ba pha đều có ba cuộn dây stator với dòng điện ba pha bố
trí không gian tổng quát như hình 2.1.
Trong hình trên không quan tâm đến động cơ đấu hình sao hay tam giác. Ba dòng
điện isu, isv, isw là ba dòng chảy từ lưới qua đầu nối vào động cơ. Khi động cơ chạy bằng
biến tần thì đó là ba dòng ở đầu ra của biến tần.
Hình 2.1. Sơ đồ cuộn dây và dòng stator của động cơ không đồng bộ 3 pha
Ba dòng điện đó thỏa mãn phương trình:
isu(t) + isv(t) + isw(t) = 0 (2.1)
Trong đó từng dòng điện pha thỏa mãn các công thức sau:
)
cos(
)
( t
i
t
i s
s
su ω
= (2.2)
)
120
cos(
)
( o
s
s
sv t
i
t
i +
= ω (2.3)
)
240
cos(
)
( o
s
s
sw t
i
t
i +
= ω (2.4)
Về phương diện mặt phẳng cơ học (mặt cắt ngang), động cơ xoay chiều 3 pha có
ba cuộn dây lệch nhau một góc 120o
. Nếu trên mặt phẳng đó ta thiết lập một hệ tọa độ
phức với trục thực đi qua cuộn dây u, ta có thể xây dựng vector không gian sau:
γ
j
s
j
sw
j
sv
su
s e
i
e
t
i
e
t
i
t
i
t
i
o
o
=
+
+
= ]
)
(
)
(
)
(
[
3
2
)
( 240
120
(2.5)

30. 15
Theo công thức (2.5), vector )
(t
is là một vector có modul không đổi quay trên
mặt phẳng phức với tốc độ góc s
s
f
π
ω 2
= và tạo với trục thực (đi qua cuộn dây pha u)
một góc t
s
ω
γ = , trong đó fs là tần số mạch stator. Việc xây dựng vector )
(t
is được mô
tả trong hình 2.2.
Hình 2.2. Thiết lập vector không gian từ các đại lượng pha
Theo hình vẽ trên, dòng điện của từng pha chính là hình chiếu của vector dòng
stator s
i mới thu được lên trục của cuộn dây pha tương ứng.
Gọi trục thực của mặt phẳng phức nói trên là trục α và trục ảo là trục β. Chiếu
vector s
i lên hai trục, ta được hai hình chiếu là α
s
i và β
s
i . Hệ tọa độ này gọi là hệ tọa độ
cố định (hệ tọa độ stator).

31. 16
Hình 2.3. Biểu diễn dòng điện stator dưới dạng vector không gian ở hệ tọa độ αβ
Theo phương trình isu(t) + isv(t) + isw(t) = 0 và dựa trên hình 2.3 thì chỉ cần xác định
hai trong số ba dòng điện stator là có đầy đủ thông tin về vector s
i .
)
2
(
3
1
sv
su
s
su
s
i
i
i
i
i
+
=
=
β
α
(2.6)
β
α s
s
s ji
i
i +
=
⇒ (2.7)
Tương tự như đối với vector dòng stator, các vector điện áp stator s
u , dòng rotor
s
i , từ thông stator s
ϕ , hoặc từ thông rotor r
ϕ cũng được biểu diễn tương tự.
2.2.2. Chuyển hệ tọa độ cho vector không gian
Ta xây dựng một hệ tọa độ mới dq có chung điểm gốc với hệ tọa độ αβ và nằm
lệch đi một góc s
θ . Khi đó sẽ tồn tại hai tọa độ cho một vector không gian tương ứng với
hai hệ tọa độ này. Mối liên hệ được thể hiện ở hình vẽ 2.4.

32. 17
Hình 2.4. Chuyển hệ tọa độ giữa αβ và dq
Dễ dàng chuyển tọa độ αβ sang tọa độ dq:
s
s
s
s
sq
s
s
s
s
sd
i
i
i
i
i
i
θ
θ
θ
θ
α
β
α
β
sin
cos
cos
sin
−
=
+
=
2.2.3. Biểu diễn các vector không gian trên hệ tọa độ từ thông rotor
Hình 2.5. Biểu diễn các vector không gian trên hệ tọa độ từ thông rotor
(2.8)
(2.9)

33. 18
Giả thiết động cơ không đồng bộ quay với tốc độ
dt
dθ
ω = , trong đó θ là góc tạo
bởi trục rotor và trục chuẩn. Từ thông rotor r
ψ quay với tốc độ góc
dt
d
f s
s
s
θ
π
ω =
= 2 trong
đó fs là tần số của mạch điện stator.
Sự chênh lệch giữa ω và s
ω sẽ tạo nên dòng điện rotor với tần số r
f , dòng điện
đó có thể được biểu diễn dưới dạng vector r
i quay với tốc độ r
r f
π
ω 2
= .
Xây dựng một hệ tọa độ mới với trục thực có hướng trùng với hướng của vector
r
ψ và gốc tọa độ trùng với gốc của hệ αβ là hệ trục tọa độ dq.
Gọi
s
s
i là vector dòng stator quan sát trên hệ tọa độ αβ
f
s
i là vector dòng stator quan sát trên hệ tọa độ dq
Ta có:
s
s
i = β
α s
s ji
i + (2.10)
f
s
i = sq
sd ji
i + (2.11)
f
s
i =
s
s
i s
j
e θ
(2.12)
Chuyển tọa độ từ 3 pha uvw qua tọa độ αβ:
)
2
(
3
1
sv
su
s
su
s
i
i
i
i
i
+
=
=
β
α
Chuyển tọa độ αβ sang tọa độ dq:
s
s
s
s
sq
s
s
s
s
sd
i
i
i
i
i
i
θ
θ
θ
θ
α
β
α
β
sin
cos
cos
sin
−
=
+
=
Toàn bộ quá trình trên được diễn tả theo sơ đồ khối sau:
(2.14)
(2.13)
(2.15)
(2.16)

34. 19
Hình 2.6. Thu thập giá trị thực của vector dòng stator trên hệ tọa độ từ thông rotor (hệ
tọa độ dq)
Trong thực tiễn, việc tính toán isd, isq gặp nhiều khó khăn vì việc xác định s
θ .
Trong trường hợp động cơ không đồng bộ, góc s
θ được tạo nên bởi tốc độ góc
r
s
ω
ω
ω +
= trong đó ω là có thể đo được. Ngược lại r
ω là tần số của mạch rotor mà ta
chưa biết. Vậy phương pháp mô tả trên hệ tọa độ dq đòi hỏi phải xây dựng được phương
pháp tính r
ω một cách chính xác, đó là cơ sở của hệ thống điều khiển tựa theo từ thông
rotor.
Ta có 0
=
rq
ψ do trục q đứng vuông góc với vector r
ψ . Khi xây dựng mô hình
tính toán trong hệ tọa độ dq, trên thực tế do không thể tính tuyệt đối chính xác góc s
θ nên
vẫn giữ lại rq
ψ để đảm bảo tính khách quan trong khi quan sát.

35. 20
2.3. MÔ HÌNH CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
2.3.1. Lý do xây dựng mô hình
Để xây dựng, thiết kế bộ điều chỉnh cần phải có mô hình mô tả đối tượng điều
chỉnh. Xuất phát điểm để xây dựng mô hình toán học cho động cơ không đồng bộ rotor
lồng sóc là mô hình đơn giản của động cơ trong hình 2.7.
Hình 2.7. Mô hình đơn giản của động cơ không đồng bộ ba pha có rotor lồng sóc
Mô hình toán học thu được cần phải thể hiện rõ đặc tính thời gian của đối tượng
điều chỉnh, phục vụ cho việc xây dựng các thuật toán điều chỉnh. Điều đó dẫn đến các
điều kiện được giả thiết trong khi lập mô hình. Các điều kiện đó một mặt đơn giản hóa
mô hình có lợi cho việc thiết kế, mặt khác chúng gây nên sai lệch nhất định, sai lệch
trong phạm vi cho phép giữa đối tượng và mô hình.
Về phương diện động, động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc được mô tả bởi hệ
phương trình vi phân bậc cao. Vì cấu trúc của các cuộn dây phức tạp về mặt không gian,
vì các mạch từ móc vòng, một số điều kiện được chấp nhận khi mô hình hóa động cơ:
- Các cuộn dây stator được bố trí một cách đối xứng về mặt không gian.

36. 21
- Các tổn hao sắt từ và sự bão hòa từ có thể bỏ qua.
- Dòng từ hóa và từ trường phân bố hình sin trên bề mặt khe từ.
- Các giá trị điện trở và điện cảm được coi là không đổi.
Trục chuẩn của mọi quan sát được quy ước là trục đi qua tâm cuộn dây pha u. Ta
sẽ sử dụng các mô hình trong không gian trạng thái để mô tả động cơ.
2.3.2. Hệ phương trình cơ bản của động cơ
Hệ phương trình điện áp cho 3 cuộn dây stator:
dt
t
d
t
i
R
t
u
dt
t
d
t
i
R
t
u
dt
t
d
t
i
R
t
u
sw
sw
s
sw
sv
sv
s
sv
su
su
s
su
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
ψ
ψ
ψ
+
=
+
=
+
=
Với: Rs: điện trở cuộn dây pha stator
sw
sv
su ψ
ψ
ψ ,
, : từ thông stator của cuộn dây pha u, v, w.
Áp dụng công thức ta thu được điện áp:
]
)
(
)
(
)
(
[
3
2
)
( 240
120 o
o
j
sw
j
sv
su
s e
t
u
e
t
u
t
u
t
u +
+
= (2.20)
Thay 3 phương trình (2.17, 2.18, 2.19) vào phương trình (2.20), thu được phương
trình điện áp stator dưới dạng vector như sau:
dt
d
i
R
u S
S
S
S
ψ
+
= (2.21)
Trong đó: RS: điện trở cuộn dây pha Stator
S
ψ : vector từ thông Stator
Phương trình trên thu được do các quan sát từ hệ thống 3 cuộn dây stator, vì vậy
cũng thu được trên hệ tọa độ αβ :
dt
d
i
R
u
S
S
S
S
S
S
S
ψ
+
= (2.22)
(2.19)
(2.18)
(2.17)

37. 22
Tương tự, phương trình điện áp của cuộn dây rotor lồng sóc (rotor ngắn mạch)
dt
d
i
R
r
r
r
r
r
ψ
+
=
0 (2.23)
Trong đó r
r
ψ : vector từ thông rotor trên hệ tọa độ rotor
Rr: điện trở rotor đã quy đổi về phía stator.
Nhưng để dễ dàng tính toán trên các loại tọa độ, ta có phương trình tổng quát cho
điện áp stator:
k
S
k
k
S
k
S
S
k
S j
dt
d
i
R
u ψ
ω
ψ
+
+
= (2.24)
Phương trình tổng quát trên có thể áp dụng cho mọi hệ tọa độ vuông góc.
Trong đó:
dt
d k
k
θ
ω = với k
θ là góc giữa trục thực với hệ tọa độ bất kỳ k.
Đối với hệ tọa độ cố định Stator αβ thì k
ω = 0 cho ta công thức (2.22).
Thay “k” =”s”
Đối với hệ tọa độ từ thông rotor (dq) thì
dt
d S
S
k
θ
ω
ω =
= với s
θ là góc lệch giữa
trục q với trục thực. Thay “k” =”f”
Tương tự, ta có phương trình tổng quát điện áp rotor:
k
r
k
k
r
k
r
r j
dt
d
i
R ψ
ω
ψ
+
+
=
0
Với k
r
ψ : vector từ thông ở hệ tọa độ “k” bất kỳ so với rotor
2.3.3. Các tham số của động cơ
Lm hỗ cảm giữa rotor và stator
s
Lσ điện cảm tiêu tán phía cuộn dây stator
r
Lσ điện cảm tiêu tán phía cuộn dây rotor (đã quy đổi về stator)
s
m
s
L
L
L σ
+
= điện cảm stator
r
m
r
L
L
L σ
+
= điện cảm rotor

38. 23
Ts = Ls/Rs hằng số thời gian stator
Tr = Lr/Rr hằng số thời gian rotor
r
s
m
L
L
L /
1 2
−
=
σ hệ số tiêu tán tổng
Phương trình từ thông stator và từ thông rotor:
r
r
m
s
r
m
r
s
s
s
L
i
L
i
L
i
L
i
+
=
+
=
ψ
ψ
Mô men điện từ:
)
(
2
3
)
(
2
3
r
r
c
s
s
c
M i
x
p
i
x
p
m ψ
ψ −
=
= (2.27)
Phương trình chuyển động:
dt
d
p
J
m
m
c
T
M
ω
+
= (2.28)
Với: mT là mômen tải, J là mômen quán tính cơ, ω là tốc độ góc của rotor
2.3.4. Mô hình trạng thái của động cơ trên hệ tọa độ stator
Phương trình mô tả trạng thái của động cơ như sau:







−
+
=
+
=
s
r
s
r
s
r
r
s
s
s
s
s
s
s
j
dt
d
i
R
dt
d
i
R
u
ψ
ω
ψ
ψ
0





+
=
+
=
r
s
r
m
s
s
s
r
m
s
r
s
s
s
s
s
L
i
L
i
L
i
L
i
ψ
ψ
Với: Lm :hỗ cảm giữa stator va rotor
Ls: điện cảm stator
Lr: điện cảm rotor
Có thể triệt tiêu 2 đại lượng vector dòng điện rotor và vector từ thông stator bằng
cách rút vector
s
r
i từ phương trình (2.32) , ta được:
(2.26)
(2.25)
(2.30)
(2.29)
(2.32)
(2.31)

39. 24
)
(
1
m
s
s
s
r
r
s
r L
i
L
i −
= ψ (2.33)
Thế
s
r
i ở phương trình (2.33) vào phương trình (2.31), ta được:
)
( m
s
s
s
r
s
m
s
s
s
s
s
L
i
L
L
L
i −
+
= ψ
ψ (2.34)
Thay
s
r
i và
s
s
ψ vào (2.29, 2.30) đồng thời sử dụng các tham số r
s
T
T ,
,
σ ta thu
được hệ phương trình (2.35) sau:
dt
d
j
T
T
L
i
dt
d
L
L
dt
i
d
L
i
R
u
s
r
r
s
r
r
m
s
s
s
r
r
m
s
s
s
s
s
s
s
s
ψ
ω
ψ
ψ
σ
+
−
+
−
=
+
+
=
)
1
(
0
Ta chuẩn hóa α
ψr và β
ψr như sau:
( )
( )
A
L
A
L
m
r
r
m
r
r
β
β
α
α
ψ
ψ
ψ
ψ
=
=
/
/
là các phần tử của vectơ dòng từ hóa m
s
r
L
ψ
của động cơ.
Thay các vector dòng từ hóa vào hệ phương trình (2.35) đồng thời chuyển sang
viết dưới dạng các phần tử của vector, ta thu được hệ phương trình mới mô tả đầy đủ
phần hệ thống điện của một ĐCKĐB như sau:
α
β
α
α
α
σ
ωψ
σ
σ
ψ
σ
σ
σ
σ
σ s
s
r
r
r
r
s
r
s
s
u
L
T
T
i
T
T
dt
di 1
1
1
1
1 '
'
+
−
+
−
+







 −
+
−
=
β
β
α
β
β
σ
ψ
σ
σ
ωψ
σ
σ
σ
σ
σ s
s
r
r
r
s
r
s
s
u
L
T
i
T
T
dt
di 1
1
1
1
1 '
'
+
−
+
−
−







 −
+
−
=
/
/
/
1
1
β
α
α
α
ωψ
ψ
ψ
r
r
r
s
r
r
T
i
T
dt
d
−
−
=
/
r
r
/
r
s
r
/
r
T
i
T
dt
d
β
α
β
β
ψ
−
ωψ
+
=
ψ 1
1
(2.35)
(2.36)
(2.37)
(2.38)
(2.39)

40. 25
Trong đó: )
/(
1
2
r
s
m L
L
L
−
=
σ : hệ số tiêu tán tổng.
Ta cũng có phương trình mômen:
)
(
2
3
)
(
2
3
r
r
c
s
s
c
M i
x
p
i
x
p
m ψ
ψ −
=
=
Từ phương trình: r
s
r
m
s
s
s
r
L
i
L
i +
=
ψ ta rút
s
r
i
−
rồi thế vào phương trình mômen:
)
(
2
3
)
1
)
(
(
2
3
)
(
2
3 s
s
s
r
r
m
C
r
m
s
s
s
r
s
r
c
s
r
s
r
c
M i
x
L
L
p
L
L
i
x
p
i
x
p
m ψ
ψ
ψ
ψ =
−
−
=
−
= (2.41)
Thay các vector bằng các phần tử tương ứng, ta được:
)
(
2
3 '
'
2
α
β
β
α ψ
ψ s
r
s
r
r
m
C
M i
i
L
L
p
m −
= (2.42)
2.3.5. Mô hình trạng thái của động cơ trên hệ tọa độ rotor
r
f
r
m
f
s
f
r
m
f
r
s
f
s
f
s
f
r
r
f
r
f
r
r
f
s
s
f
s
f
s
s
f
s
L
i
L
i
L
i
L
i
j
dt
d
i
R
j
dt
d
i
R
u
+
=
+
=
+
+
=
+
+
=
ψ
ψ
ψ
ω
ψ
ψ
ω
ψ
0
Có thể triệt tiêu 2 đại lượng vector dòng điện rotor và vectơ từ thông stator.
Ta có: )
(
1
m
f
s
f
r
r
f
r L
i
L
i −
= ψ (2.47)
)
( m
f
s
f
r
s
m
s
f
s
f
s
L
i
L
L
L
i −
+
= ψ
ψ (2.48)
Thay phương trình (2.47), 2.48) vào (2.43, 2.44) trên và biến đổi:
(2.40)
(2.43)
(2.46)
(2.45)
(2.44)

41. 26
( )
( )
A
L
A
L
m
rd
rd
m
rd
rd
ψ
ψ
ψ
ψ
=
=
/
/
Vì trong trường hợp định hướng chính xác từ thông rotor ta có /
rq
ψ =0.
Cuối cùng thu được hệ phương trình mô tả động cơ không đồng bộ sau:
( )
( ) '
'
'
'
'
'
'
'
'
'
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
rq
r
rd
s
sq
r
rq
rq
s
rd
r
sd
r
rd
sq
s
rq
r
rd
sq
r
S
sd
s
sq
sd
s
rq
rd
r
sq
s
sd
r
S
sd
T
i
T
dt
d
T
i
T
dt
d
u
L
T
i
T
T
i
dt
di
u
L
T
i
i
T
T
dt
di
ψ
ψ
ω
ω
ψ
ψ
ω
ω
ψ
ψ
σ
ψ
σ
σ
ωψ
σ
σ
σ
σ
σ
ω
σ
ωψ
σ
σ
ψ
σ
σ
ω
σ
σ
σ
−
−
−
=
−
+
−
=
+
−
+
−
−







 −
+
−
−
=
+
−
+
−
+
+







 −
+
−
=
(2.51)
Trong đó: )
/(
1
2
r
s
m L
L
L
−
=
σ : hệ số tiêu tán tổng.
Phương trình momen: sq
rd
r
m
C
M
i
L
L
p
m '
2
2
3
ψ
= (2.52)
Phương trình từ thông rotor: sd
r
m
rd i
pT
L
+
=
1
ψ (2.53)
2.3.6. Ưu điểm của việc mô tả động cơ không đồng bộ ba pha trên hệ tọa độ từ thông
rotor
Trong hệ tọa độ từ thông rotor (hệ tọa độ dq), các vector dòng stator f
s
i và vector từ
thông rotor f
r
ψ , cùng với hệ tọa độ dq quay đồng bộ với nhau với tốc độ s
ω quanh điểm
gốc, do đó các phần tử của vector f
s
i (isd và isq) là các đại lượng một chiều. Trong chế độ
xác lập, các giá trị này gần như không đổi, trong quá trình quá độ, các giá trị này có thể
biến đổi theo một thuật toán điều khiển đã được định trước. Hơn nữa, trong hệ tọa độ dq,
0
rq =
ψ nên rd
f
r ψ
ψ = .
(2.49)
(2.50)

42. 27
2.3.7. Bộ điều chế độ rộng xung PWM
Ngày nay, do sự phát triển của công nghệ điện tử, các bộ biến tần tĩnh được chế tạo
từ các van bán dẫn công suất đã đảm nhiệm được nguồn cung cấp năng lượng điện có tần
số thay đổi.
Về nguyên lý, phương pháp thực hiện dựa vào kỹ thuật analog. Giản đồ kích đóng
công tắc bộ nghịch lưu dựa trên hai tín hiệu cơ bản: sóng mang có tần số cao và sóng điều
khiển (hoặc sóng điều chế) dạng sin.
Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ PWM
Cơ chế đóng ngắt: Nếu sóng mang nhỏ hơn hoặc bằng sóng điều khiển thì ngõ ra
logic bằng1. Ngược lại, nếu sóng mang lớn hơn hoặc bằng sóng điều khiển thì ngõ ra
logic bằng 0.
Hình 2.9. Cơ chế đóng ngắt của PWM (pha U)

43. 28
Hình 2.10. Dạng sóng 3 pha khi được điều chế PWM
Sóng mang có thể ở dạng tam giác. Tần số sóng mang càng cao, lượng sóng hài bậc
cao bị khử càng nhiều. Tuy nhiên, tần số đóng ngắt cao làm cho tổn hao phát sinh do quá
trình đóng ngắt các công tắc tăng theo. Ngoài ra, các linh kiện đòi hỏi có thời gian đóng
ngắt nhất định. Các yếu tố này làm hạn chế việc chọn tần số sóng mang. Sóng điều khiển
mang thông tin về độ lớn trị hiệu dụng và tần số sóng hài cơ bản của điện áp ngõ ra. Để
đơn giản mạch kích hơn nữa, có thể sử dụng một sóng điều khiển duy nhất để kích đóng.
2.3.8. Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha trên hệ tọa độ stator trong Simulink
của Matlab
2.3.8.1. Các giá trị cần thu thập của động cơ không đồng bộ 3 pha
Hệ phương trình biểu diễn đầy đủ trạng thái của động cơ không đồng bộ ba pha
trong hệ tọa độ stator:
α
β
α
α
α
σ
ωψ
σ
σ
ψ
σ
σ
σ
σ
σ
s
s
r
r
r
r
s
r
s
s
u
L
T
T
i
T
T
dt
di 1
1
1
1
1 '
'
+
−
+
−
+







 −
+
−
=
β
β
α
β
β
σ
ψ
σ
σ
ωψ
σ
σ
σ
σ
σ
s
s
r
r
r
s
r
s
s
u
L
T
i
T
T
dt
di 1
1
1
1
1 '
'
+
−
+
−
−







 −
+
−
=
/
/
/
1
1
β
α
α
α
ωψ
ψ
ψ
r
r
r
s
r
r
T
i
T
dt
d
−
−
=
/
/
/
1
1
β
α
β
β
ψ
ωψ
ψ
r
r
r
s
r
r
T
i
T
dt
d
−
+
=
(2.37)
(2.36)
(2.38)
(2.39)

44. 29
Ta thu được giá trị dòng điện 3 pha isu, isv, isw từ α
s
i , β
s
i thông qua biến đổi tọa độ
từ αβ ->uvw.
Momen điện từ của động cơ:
)
(
2
3 '
'
2
α
β
β
α ψ
ψ s
r
s
r
r
m
C
M i
i
L
L
p
m −
=
Tốc độ của động cơ:
∫ −
=
⇒
+
= )
( T
M
c
c
T
M m
m
J
p
dt
d
p
J
m
m ω
ω
Mô đun dòng từ hóa
m
s
r
L
ψ
từ các thành phần /
α
ψr , /
β
ψr thông qua công thức:
2
,
2
'
β
α ψ
ψ
ψ
r
r
m
s
r
L
+
=
2.3.8.2. Mô hình động cơ trong simulink
Các giá trị liên quan: Tr = Lr/Rr;
Ts = Ls/Rs;
SS = 1 - Lm*Lm/(Ls*Lr);
a1 = 1/(SS*Ts) + (1-SS)/(SS*Tr);
a2 = (1-SS)/(SS*Tr);
a3 = (1-SS)/SS;
a4 = 1/(SS*Ls);
a5 = 1/Tr;
a6 = 3*P*Lm*Lm/(2*Lr*J);
a7 = 1/J;
Trong đó ss=σ : là hệ số tiêu tán tổng
Tr: hằng số thời gian rotor
Ts: hằng số thời gian stator
Lr, Ls: điện cảm rotor, stator

45. 30
Rr, Rs: điện trở rotor, stator
Hình 2.11. Mô hình mô phỏng của động cơ không đồng bộ ba pha
2.3.8.3. Mô phỏng mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ
Hình 2.12. Mô hình mô phỏng mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ qua PWM
Động cơ không đồng bộ có các thông số sau:
Công suất của động cơ: 10Hp
Số đôi cực p = 2
Điện trở stator Rs=1.177Ω
Điện trở rotor Rr=1.382Ω
Điện cảm stator Ls=0.118Ω
Điện cảm rotor Ls=0.113Ω
Momen quán tính Jm = 0.00126(kg.m2
)
Hỗ cảm Lm= 0.113 (H)
TL
Uw
Uv
Uu
U
V
W
U
V
W
PWM
Fi W M I
Uu
Uv
Uw
mT
Fi'r
W
mM
Iuv w
DCKDB

46. 31
Momen tải MT = 3.5 (N)
Thông số của bộ PWM
Biên độ sóng mang A = 300
Tần số sóng mang F = 1800Hz
Điện áp DC cung cấp cho bộ nghịch lưu Udc = 220*sqrt(2)
Hình 2.13. Dòng từ hóa
m
s
r
L
ψ
Hình 2.14. Từ thông rotor
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Mo dun dong tu hoa (Ampe)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Tu thong rotor (Wb)

47. 32
Hình 2.15. Tốc độ động cơ
Hình 2.16. Moment động cơ
Hình 2.17. Dòng điện stator
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Toc do (rad/s)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
Momen (Nm)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
Dong dien 3 pha (A)

48. 33
Hình 2.18. Điện áp Stator
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
Dien ap pha A (V)
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
Dien ap pha B (V)
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
Dien ap pha C (V)

49. 34
2.4 NHẬN XÉT:
Lúc khởi động trực tiếp qua PWM, dòng khởi động của động cơ lớn khoảng
80(A). Vì vậy, cần có phương pháp hạn chế dòng khởi động nhằm duy trì tuổi thọ và hoạt
động ổn định của động cơ.
Phương pháp điều khiển định hướng trường ra đời đã khắc phục được nhược điểm
khởi động dòng quá lớn và còn đạt được những thành tựu kỹ thuật to lớn về tính năng
vượt trội trong việc điều khiển động cơ không đồng bộ.

50. 35
Chương 3
ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TRƯỜNG
(FOC - FIELD ORIENTED CONTROL)
3.1. Đại cương về phương pháp FOC
Phương pháp điều khiển vectơ được nghiên cứu lần đầu tiên vào đầu những năm
70 của thế kỷ trước và nó nhanh chóng trở thành một phương pháp điều khiển được
chuẩn hóa nhờ những ưu điểm của nó so với phương pháp điều khiển vô hướng (điều
khiển V/f = const).
Phương pháp điều khiển vectơ FOC dựa trên mô hình hai pha của động cơ không
đồng bộ. Trong hệ trục tọa độ quay rotor (d, q), vectơ dòng điện stator có thể được phân
tích thành hai thành phần: thành phần tạo từ thông isd và thành phần tạo moment isq. Hai
thành phần này của dòng điện có thể tách rời và được điều khiển một cách độc lập giống
như trong máy điện một chiều.
Phương pháp điều khiển định hướng trường FOC sử dụng hai thành phần của dòng
điện gắn với hệ trục tọa độ rotor nên còn được gọi là phương pháp điều khiển tựa theo từ
thông rotor-RFOC (Rotor Field Oriented Control)
Có 2 phương pháp trong việc điều khiển định hướng tựa theo vector từ thông
thường được sử dụng là:
+ Phương pháp điều khiển trực tiếp.
Trong sơ đồ điều khiển vector trực tiếp, biên độ và vị trí góc (pha) của vector từ
thông được đo hoặc được ước lượng từ các giá trị điện áp hoặc dòng điện stator thông
qua các cảm biến. Cảm biến Hall có thể được sử dụng để đo từ trường bằng cách đặt nó
vào trong khe hở không khí của động cơ. Tuy nhiên, việc đặt cảm biến vào trong khe hở
không khí sẽ làm tăng giá thành và làm giảm độ tin cậy của hệ truyền động.

51. 36
Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển định hướng trường trực tiếp được trình bày
trong hình 3.1.
Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý điều khiển FOC trực tiếp.
+ Phương pháp điều khiển gián tiếp
Trong phương pháp điều khiển gián tiếp thì góc θ được tính toán dựa trên tốc độ
trượt *
sl
ω và thông tin về tốc độ động cơ ω. Theo sơ đồ, ta thấy đặc tính của hệ thống phụ
thuộc rất nhiều vào việc xác định chính xác các thông số động cơ. Phương pháp này nhìn
chung đơn giản hơn phương pháp trực tiếp, tuy nhiên cũng có một số nhược điểm nên
đặc tính của sơ đồ sẽ kém nếu không sử dụng các giải pháp đặc biệt khác.
Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển định hướng trường gián tiếp được trình bày
trong hình 3.2

52. 37
Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý điều khiển FOC gián tiếp.
3.2. Cấu trúc nội dung phương pháp FOC
3.2.1. Giới thiệu cấu trúc cơ bản của FOC
Cấu trúc của hệ thống điều khiển định hướng từ thông rotor trong điều khiển động
cơ không đồng bộ ba pha được trình bày như hình 3.3. Bằng việc mô tả các thành phần
của động cơ không đồng bộ ba pha trên hệ tọa độ từ thông rotor (d, q). Vector dòng stator
s
i được chia thành hai thành phần isd và isq. Thành phần isd điều khiển từ thông rotor còn
thành phần isq điều khiển moment quay. Trong hình 3.3, động cơ được nuôi bởi biến tần
nguồn áp, đại lượng điều khiển là điện áp và được đặt vào cuộn dây stator của động cơ.
Nguyên tắc điều khiển của FOC dựa trên việc điều khiển động cơ một chiều kích
từ độc lập: từ thông rotor được giữ ổn định bởi dòng isd, moment và tốc độ động cơ
được điều khiển bởi dòng tạo moment isq.

53. 38
Hình 3.3. Cấu trúc cơ bản của phương pháp FOC
3.2.2. Xây dựng thuật toán điều khiển
Các đại lượng đầu ra của bộ ĐCid và bộ ĐCiq được gọi là yd và yq. Các đại lượng
này có kích cỡ và đơn vị như đại lượng dòng điện. Để ghép nối các tín hiệu này với usd và
usq, ta phải dùng một mạng tính áp (MTu). Ngoài ra, ta phải dùng thêm một mạng dòng
(MTi) để tính *
sd
i và *
sq
i từ các đại lượng từ thông rotor *
r
ψ và tốc độ vượt trước *
r
ω của từ
thông rotor so với trục rotor.
Mạng tính dòng (MTi):
( )
m
r
r
sd
L
sT
i
*
*
1
ψ
+
= (3.1)
*
*
*
r
m
r
r
sq
L
T
i ω
ψ
= (3.2)
Mạng tính áp (MTu):
q
s
s
s
d
s
sd y
sT
L
y
R
u
σ
ω
+
−
=
1
(3.3)

54. 39
rd
r
m
d
s
s
q
s
sq
L
L
y
s
sT
L
y
R
u ψ
σ
ω σ
+
+
+
=
1
(3.4)
( )sd
s
d i
sT
y σ
+
= 1 (3.5)
Ta nhận thấy yd, yq đồng nhất với các dòng isd, isq sau thời gian trễ Tσs. Các đại
lượng yd và yq là đầu vào của mạng tính áp (MTu).
Với:
s
m
s
s
s
s
R
L
L
R
L
T
−
=
= σ
σ : hằng số thời gian từ thông tiêu tán phía stator.
s
s L
L .
σ
σ = : điện cảm tiêu tán phía stator.
Hình 3.4. Vector dòng điện, điện áp, và từ thông rotor trên hệ trục tọa độ (d, q).
Tính góc r
θ , ta dùng khâu tích phân 





s
1
:
s
s
ω
θ = (3.6)
Chuyển đổi hệ tọa độ dòng điện (CĐTi):

55. 40
( )





+
=
=
sb
sa
s
sa
s
i
i
i
i
i
2
3
1
β
α
(3.7)





+
−
=
+
=
s
s
s
s
sq
s
s
s
s
sd
i
i
i
i
i
i
θ
θ
θ
θ
β
α
β
α
cos
sin
sin
cos
(3.8)
Chuyển đổi hệ tọa độ điện áp:





+
−
=
=
β
α
α
s
s
sv
s
su
u
u
u
u
u
2
3
2
1 (3.9)
Khâu điều chế tốc độ quay (ĐCω) là khâu PI:
( )
ω
ω
ω ω
ω −






+
= *
*
s
K
K I
P
r (3.10)
Các khâu điều chế dòng (ĐCiq) và (ĐCiq):







∆








+
=
∆






+
=
)
12
.
3
(
)
11
.
3
(
sq
Iq
Pq
q
sd
Id
Pd
d
i
s
K
K
y
i
s
K
K
y
3.2.3. Cấu trúc hiện đại của FOC
Khi quan sát đối tượng điều chỉnh là dòng stator với hai thành phần isd và isd ta
nhận thấy: nếu hai thành phần dòng điện trên hoàn toàn độc lập với nhau, thì việc sử
dụng cấu trúc cơ bản như trên là hợp lý. Tuy nhiên trong thực tế, cấu trúc cơ bản chỉ làm
việc tốt ở chế độ xác lập. Còn trong chế độ động (quá độ), do hai thành phần isd và isd phụ
thuộc lẫn nhau nên cấu trúc cơ bản đã bộc lộ nhiều nhược điểm. Vì thế, người ta xây
dựng một cấu trúc FOC kiểu gián tiếp khác và gọi là cấu trúc hiện đại.
Trong cấu trúc hiện đại của phương pháp FOC, xuất hiện các khối mới: khối “Ước
lượng”, khối “Ổn định từ thông”, khâu “Giới hạn dòng” và khâu “Điều chỉnh từ thông”
(khâu PI). Bên cạnh đó, người ta bỏ đi các khâu tính áp (MTu) và tính dòng (MTi).
Trên hệ tọa độ (d, q), dòng isd được coi là đại lượng điều khiển từ thông rotor. Tuy
nhiên, giữa hai đại lượng tồn tại khâu trễ bậc nhất với hằng số thời gian Tr.

56. 41
sd
r
m
rd i
sT
L
.
1+
=
ψ (3.13)
Vì vậy cần phải sử dụng khâu “Điều chỉnh từ thông” (khâu PI) để cải thiện đặc
tính truyền đạt đó. Khâu điều chỉnh từ thông có nhiệm vụ gia tốc các quá trình từ hóa
trong động cơ thông qua việc làm giảm tác dụng trễ của Tr. Mặt khác, để điều chỉnh, ta
cần có giá trị thực của từ thông (giá trị này rất khó đo được chính xác). Phương pháp
FOC kiểu gián tiếp dùng mô hình từ thông để ước lượng từ thông trên cơ sở các đại
lượng đo được isd, isq và ω. Từ các đại lượng này, ta còn tính được góc θ .









=
+
=
=
s
T
i
s
r
s
rd
r
sq
r
ω
θ
ω
ω
ω
ψ
ω '
.
(3.14)
Ngoài ra, khối “Ổn định từ thông” có tác dụng ổn định giá trị từ thông đặt và khâu
“Giới hạn dòng” làm cho dòng điện không vượt quá giá trị đặt.
3.3. MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP FOC BẰNG SIMULINK/MATLAB
3.3.1. Sơ đồ cấu trúc hiện đại của phương pháp FOC trong Simulink/Matlab

57. 42
Hình 3.5. Sơ đồ khối điều khiển động cơ KĐB bằng phương pháp FOC
3.3.2. Giải thích nguyên lí hoạt động
- Sai lệch tốc độ (giữa tốc độ đặt và tốc độ hồi tiếp của động cơ) được đưa vào bộ
“Điều chỉnh tốc độ” (bộ PID) để hiệu chỉnh. Tín hiệu ngõ ra của bộ PID là tín hiệu
dòng điện đặt trục q (isq*). Tín hiệu này được đưa qua bộ “Giới hạn dòng”. Sai lệch
giữa tín hiệu dòng isq* và dòng isq của động cơ được đưa vào bộ “Điều chỉnh dòng
isq” (bộ PID). Tín hiệu ngõ ra của bộ PID là tín hiệu điện áp đặt trục q (usq*) (1).
- Sai lệch từ thông (giữa từ thông đặt là tín hiệu ngõ ra của bộ “Ổn định từ thông”
và từ thông được ước lượng từ bộ “Ước lượng”) được đưa vào bộ “Điều chỉnh từ
thông” (bộ PID) để hiệu chỉnh. Tín hiệu ngõ ra của bộ PID là tín hiệu dòng điện
đặt trục d (isd*). Tín hiệu này được đưa qua bộ “Giới hạn dòng 1”. Sai lệch giữa tín
hiệu dòng isd* và dòng isd của động cơ được đưa vào bộ “Điều chỉnh dòng isd” (bộ
PID). Tín hiệu ngõ ra của bộ PID là tín hiệu điện áp đặt trục d (usd*) (2).
- Từ (1) và (2), các tín hiệu điện áp stator trong hệ trục tọa độ quay (d, q) usq* và usd*
được chuyển đổi thành điện áp trong hệ trục tọa độ tĩnh (α, β): usalfa, usbeta bằng
khối chuyển tọa độ. Các tín hiệu điện áp này được đưa vào động cơ để điều khiển.
Mô hình động cơ được xây dựng trong hệ trục tọa độ (α, β).
- Khối “Ước lượng” có nhiệm vụ tính toán các đại lượng:
+ Từ thông (Fi)
+ Góc lệch (Teta) giữa trục d và trục α (góc giữa hệ trục tọa độ quay (d, q) và hệ
trục tọa độ đứng yên (α, β)).
+ Moment (Torque)
+ Tín hiệu đầu vào của “Bộ ước lượng” là các dòng điện Isd, Isq và tốc độ (ω) của
động cơ.
- Tín hiệu ngõ ra của động cơ không đồng bộ cần quan sát là từ thông (Fi), tốc độ
(ω), moment (T) và dòng điện ba pha (Iuvw).
- Tóm lại, ta có thể điều chỉnh độc lập từ thông (bằng dòng isd) và moment (bằng
dòng isq) thông qua các hệ số hiệu chỉnh của hai bộ PID.
3.3.3. Phân tích sơ đồ

58. 43
- Khối mô hình động cơ không đồng bộ trong hệ trục tọa độ tĩnh (α, β) (được
xây dựng ở Chương 2).
Hình 3.6. Sơ đồ khối động cơ không đồng bộ trong hệ trục tọa độ tĩnh (α, β)
- Khối chuyển điện áp từ (d, q) sang (α, β)
- Khối chuyển dòng điện từ (u, v, w) sang (d, q)

59. 44
- Khối “Ước lượng”.
Khối “Ước lượng” được xây dựng trên các phương trình sau:











=
+
=
=
+
=
0
1
)
(
rq
sd
m
rd
r
r
m
sq
r
i
sTr
L
dt
d
Tr
L
I
ψ
ψ
θ
ω
ω
ψ
ω
Phương trình moment:
sq
rd
r
m
i
p
L
L
M .
.
.
2
3
ψ
=
Dựa vào các phương trình trên, ta xây dựng sơ đồ khối “Ước lượng” như sau:

60. 45
Các ngõ vào:
+ Isd: dòng điện stator được chiếu lên trục d.
+ Isq: dòng điện stator được chiếu lên trục q.
+ w: tốc độ góc của động cơ.
Các tín hiệu ngõ ra:
+ Fi1: từ thông rotor (từ thông ước lượng).
+ Teta: góc tạo bởi trục từ thông rotor với trục pha u.
+ T1: moment ước lượng
Thông số của các khâu Gain và Transfer Fcn:
+ Gain:
r
m
L
pL
k
2
3
=
+ Gain1:
Tr
L
k m
=
+
sTr
L
Fcn
T m
+
=
1
Ngoài ra còn có các khâu phụ sau:
+ Unit Delay: khâu tạo trễ.
+ Divide: khâu thực hiện phép chia.
+ Integrator: khâu tích phân.

61. 46
+ Constant: khâu hằng số.
- Các tín hiệu đặt: Firef (từ thông rotor đặt-Wb); Wref (tốc độ góc đặt của động
cơ-rad/s), TL (moment tải đặt-N.m), như sau:
+ Khối Firef và Wref:
+ Khối TL:
- Các tín hiệu quan sát: w (tốc độ góc của động cơ, rad/s); Torque (moment của
động cơ, N.m); Fi (từ thông rotor, Wb); Iuvw (dòng điện stator trên 3 pha u, v, w,
đơn vị A).
- Các khâu phụ: khâu ổn định từ thông; khâu PID (khâu PI); khâu giới hạn dòng.
3.4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG
PHƯƠNG PHÁP FOC
3.4.1. Tham số mô phỏng
Bảng 3.1. Tham số mô phỏng động cơ (phương pháp FOC)
Thông số của động cơ không đồng bộ
Thông số Giá trị
Công suất của động cơ P = 10HP
Số đôi cực pc = 2
Điện trở stator Rs = 1.177Ω
Điện trở rotor Rr = 1.382Ω

62. 47
Điện cảm stator Ls = 0.118Ω
Điện cảm rotor Rs = 0.113Ω
Momen quán tính J = 0.00126 (kg.m2
)
Hỗ cảm Lm = 0.113 (H)
Các giá trị đặt
Tốc độ đặt Wref = 1420 (vòng/phút) = 148,7 (rad/s)
Từ thông đặt Firef = 1 (Weber)
Moment tải đặt TL = 3.5 (N.m)
3.4.2. Trình tự mô phỏng
- Thời gian của quá trình mô phỏng là 4 giây (Tsim = 4).
- Giá trị của từ thông đặt là 1 Wb trong suốt quá trình mô phỏng.
- Tốc độ đặt của động cơ: trong 2 giây đầu của quá trình mô phỏng, Wref = 148,7
rad/s. Tại thời điểm 2 giây, tốc độ của động cơ giảm một nửa so với tốc độ đặt
(74,35 rad/s) và duy trì đến hết thời gian mô phỏng theo dạng sau:
Hình 3.7. Tốc độ đặt cho quá trình mô phỏng
+ Khi mô phỏng đảo chiều quay động cơ, tốc độ đặt như sau:
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
20
40
60
80
100
120
140
160
t (s)
W
(rad/s)
[Toc do dat]

63. 48
Hình 3.8. Tốc độ đặt cho quá trình mô phỏng đảo chiều động cơ
- Moment tải đặt của động cơ: khi động cơ khởi động được 1,5 giây thì đóng tải
với giá trị moment tải đặt là TL = 3,5 (N.m), đến 3 giây thì cắt tải. Như vậy, thời
gian động cơ hoạt động có tải trong quá trình mô phỏng là 1,5 giây (từ giây 1,5
đến giây thứ 3) theo dạng sau:
Hình 3.9. Moment đặt cho quá trình mô phỏng
- Tóm lại, diễn tiến quá trình mô phỏng như sau:
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
t (s)
w
(rad/s)
[Toc do dat (Dao chieu dong co)]
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-1
0
1
2
3
4
5
t (s)
T
(N.m)
[Moment dat]

64. 49
- Tín hiệu quan sát là từ thông (Fi), tốc độ (w), moment (T) và dòng điện ba pha
(Iuvw) của động cơ trong quá trình mô phỏng.
3.4.3. Kết quả mô phỏng điều khiển FOC trong Simulink/Matlab
3.4.3.1. Từ thông của động cơ
Hình 3.10- Từ thông thật của động cơ
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
t (s)
Fi
(Wb)
[Tu thong that-FOC]
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
t (s)
Fi
(Wb)
[Tu thong uoc luong-FOC]

65. 50
Hình 3.11. Từ thông ước lượng của động cơ
3.4.3.2. Tốc độ của động cơ
Hình 3.12. Tốc độ thật của động cơ
Hình 3.13. Sự thay đổi của tốc độ thực theo tốc độ đặt
3.4.3.3. Moment của động cơ
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
20
40
60
80
100
120
140
160
t (s)
w
(rad/s)
[Toc do thuc-FOC]
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
20
40
60
80
100
120
140
160
t (s)
w
(rad/s)
[Toc do thuc, toc do dat-FOC]

66. 51
Hình 3.14. Moment thực của động cơ
Hình 3.15. Moment của động cơ được ước lượng
3.4.3.4. Dòng điện các pha của động cơ
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-2
-1
0
1
2
3
4
5
t (s)
T
(N.m)
[Moment thuc-FOC]
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-2
-1
0
1
2
3
4
5
t (s)
T
(N.m)
[Moment uoc luong-FOC]

67. 52
Hình 3.16. Dòng điện pha U của động cơ
Hình 3.17. Dòng điện ba pha của động cơ
3.4.3.5. Khi đảo chiều quay động cơ
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-15
-10
-5
0
5
10
15
t (s)
I
(A)
t (s)
[Dong dien pha u-FOC]
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-15
-10
-5
0
5
10
15
t (s)
I
(A)
t (s)
t (s)
t (s)
t (s)
[Dong dien 3 pha-FOC]

68. 53
Hình 3.18. Từ thông thật của động cơ (khi đảo chiều quay)
Hình 3.19. Từ thông của động cơ được ước lượng (khi đảo chiều quay)
Hình 3.20. Tốc độ thật của động cơ (khi đảo chiều quay)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
t (s)
Fi
(Wb)
t (s)
t (s)
[Tu thong that (dao chieu dong co)-FOC]
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
t (s)
Fi
(Wb)
[Tu thong uoc luong (Dao chieu dong co)-FOC]
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
t (s)
w
(rad/s)
[Toc do thuc (dao chieu dong co)-FOC]

69. 54
Hình 3.21. Sự thay đổi của tốc độ thật theo tốc độ đặt (khi đảo chiều động cơ)
Hình 3.22. Moment thật của động cơ (khi đảo chiều quay)
Hình 3.23. Moment của động cơ được ước lượng (khi đảo chiều quay)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
t (s)
w
(rad/s)
[Toc do thuc, toc do dat (Dao chieu dong co)-FOC]
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-2
-1
0
1
2
3
4
5
t (s)
T
(N.m)
[Moment thuc (Dao chieu dong co)-FOC]
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-2
-1
0
1
2
3
4
5
t (s)
T
(N.m)
[Moment uoc luong (Dao chieu dong co)-FOC]

70. 55

71. 56
3.4.3.6. Khi tăng moment tải (TL = 10,5 N.m)
Hình 3.24. Từ thông thật của động cơ (khi tăng moment tải)
Hình 3.25. Từ thông ước lượng của động cơ (khi tăng moment tải)
Hình 3.26. Tốc độ thật của động cơ (khi tăng moment tải)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
t (s)
Fi
(Wb)
t (s)
[Tu thong thuc (Tang tai)-FOC]
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
t (s)
Fi
(Wb)
[Tu thong uoc luong (Tang tai)-FOC]
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
20
40
60
80
100
120
140
160
t (s)
w
(rad/s)
t (s)
[Toc do thuc (Tang tai)-FOC]

72. 57
Hình 3.27. Sự thay đổi của tốc độ thật theo tốc độ đặt (khi tăng moment tải)
Hình 3.28. Moment thực của động cơ (khi tăng moment tải)
Hình 3.29. Moment ước lượng của động cơ (khi tăng moment tải)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
20
40
60
80
100
120
140
160
t (s)
w
(rad/s)
[Toc do thuc, toc do dat (Tang tai)-FOC]
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
t (s)
T
(N.m)
[Moment thuc (Tang tai)-FOC]
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
t (s)
T
(N.m)
t (s)
[Moment uoc luong (Tang tai)-FOC]

73. 58
Hình 3.30. Dòng điện pha U của động cơ (khi tăng moment tải)
Hình 3.31. Dòng điện ba pha của động cơ (khi tăng moment tải)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-15
-10
-5
0
5
10
15
t (s)
I
(A)
[Dong dien pha U (Tang tai)-FOC]
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-15
-10
-5
0
5
10
15
t (s)
I
(A)
t (s)
[Dong dien ba pha (Tang tai)-FOC]

74. 59
3.4.3.7. Khi tăng moment quán tính (J =0,0256 kg.m2
)
Hình 3.32. Từ thông thực của động cơ (khi tăng moment quán tính)
Hình 3.33. Từ thông ước lượng của động cơ (khi tăng moment quán tính)
Hình 3.34. Tốc độ thực của động cơ (khi tăng moment quán tính)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
t (s)
Fi
(Wb)
[Tu thong thuc (Tang moment quan tinh)-FOC]
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
t (s)
Fi
(Wb)
[Tu thong uoc luong (Tang moment quan tinh)-FOC]
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
20
40
60
80
100
120
140
160
t (s)
w
(rad/s)
t (s)
[Toc do thuc (Tang moment quan tinh)-FOC]

75. 60
Hình 3.35. Sự thay đổi của tốc độ thực theo tốc độ đặt (khi tăng moment quán tính)
Hình 3.36. Moment thực của động cơ (khi tăng moment quán tính)
Hình 3.37. Moment ước lượng của động cơ (khi tăng moment quán tính)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
20
40
60
80
100
120
140
160
t (s)
w
(rad/s)
t (s)
[Toc do thuc, toc do dat (Tang moment quan tinh)-FOC]
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-30
-20
-10
0
10
20
t (s)
T
(N.m)
[Moment thuc (Tang moment quan tinh)-FOC]
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-30
-20
-10
0
10
20
t (s)
T
(N.m)
[Moment uoc luong (Tang moment quan tinh)-FOC]

76. 61
Hình 3.38. Dòng điện pha U của động cơ (khi tăng moment quán tính)
Hình 3.39. Dòng điện pha V của động cơ (khi tăng moment quán tính)
Hình 3.40. Dòng điện pha W của động cơ (khi tăng moment quán tính)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-15
-10
-5
0
5
10
15
t (s)
I
(A)
[Dong dien pha U (Tang moment quan tinh)-FOC]
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-15
-10
-5
0
5
10
15
t (s)
I
(A)
[Dong dien pha V (Tang moment quan tinh)-FOC
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-15
-10
-5
0
5
10
15
t (s)
I
(A)
t (s)
[Dong dien pha W (Tang moment quan tinh)-FOC]

77. 62
Hình 3.41. Dòng điện ba pha của động cơ (khi tăng moment quán tính)
3.4.4. Nhận xét kết quả mô phỏng điều khiển FOC
- Trong giai đoạn khởi động động cơ (2 giây đầu của quá trình mô phỏng)
+ Từ thông của động cơ bám rất sát giá trị đặt (1 Wb), thời gian gia tốc của từ
thông khá nhanh (khoảng 0,5 giây). Như vậy đáp ứng từ thông đạt yêu cầu, không vọt lố,
không có sai số tĩnh.
+ Tốc độ của động cơ bám rất sát giá trị đặt (148,7 rad/s). Thời gian gia tốc của từ
thông rất nhanh (khoảng 0,1 giây). Như vậy đáp ứng tốc độ đạt yêu cầu, không vọt lố,
không có sai số tĩnh.
+ Tại thời điểm bắt đầu khởi động động cơ, moment động cơ tăng nhanh đạt
khoảng 6 (N.m) trong khoảng thời gian 0,1 giây. Sau đó, moment bám rất sát giá trị đặt,
không vọt lố. Tuy nhiên, moment bị nhiễu động lớn (vọt lố) tại thời điểm đóng tải (1,5
giây). Sau khi đóng tải vào động cơ, moment của động cơ tăng theo moment tải đến giá
trị đặt (3,5 N.m) với độ vọt lố cho phép.
+ Dòng điện ba pha của động cơ tăng đến 12 (A) trong quá trình khởi động trong
khoảng thời gian 0,1 giây. Sau đó, dòng điện xác lập tại giá trị 8 (A). Như vậy dòng khởi
động bằng 1,5 lần dòng xác lập.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-15
-10
-5
0
5
10
15
t (s)
I
(A)
t (s)
t (s)
t (s)
[Dong dien ba pha (Tang moment quan tinh)-FOC]

78. 63
+ Tại thời điểm đóng tải, từ thông, tốc độ và dòng điện ba pha của động cơ không
bị ảnh hưởng.
- Trong giai đoạn hãm động cơ (2 giây sau của quá trình mô phỏng)
+ Từ thông của động cơ không bị ảnh hưởng và bám rất sát giá trị đặt (1 Wb) cho
đến hết thời gian mô phỏng.
+ Tốc độ của động cơ giảm 50% (từ 148,7 rad/s xuống 74,35 rad/s) đúng tại thời
điểm hãm động cơ (2 giây) và xác lập giá trị. Như vậy đáp ứng tốc độ là rất tốt.
+ Tại thời điểm bắt đầu hãm động cơ (2 giây), moment của động cơ dao động
đáng kể. Tuy nhiên dao động này xảy ra trong thời gian rất ngắn nên không ảnh hưởng
đến hệ thống. Khi cắt tải, moment động cơ giảm về 0 (tại thời điểm 3 giây) với độ vọt lố
cho phép.
+ Giá trị xác lập của dòng điện ba pha động cơ được duy trì cho đến hết thời gian
mô phỏng. Trong giai đoạn hãm động cơ, dòng điện ba pha động cơ bị ảnh hưởng không
đáng kể.
+ Tại thời điểm cắt tải (3 giây), từ thông, tốc độ và dòng điện ba pha của động cơ
không bị ảnh hưởng.
- Khi đảo chiều quay động cơ
+ Đáp ứng của từ thông, dòng điện các pha của động cơ không đổi so với chế độ
quay thuận.
+ Moment của động cơ thay đổi không đáng kể.
- Khi tăng moment tải (TL = 10,5 N.m)
+ Đáp ứng từ thông, tốc độ, moment thay đổi không đáng kể và bám theo giá trị
đặt.
+ Dòng điện các pha tăng lên (khoảng 1 A) so với dòng không tải trong thời gian
đóng tải.

79. 64
- Khi tăng moment quán tính (J = 0,0252 kg.m2
)
+ Từ thông động cơ thay đổi không đáng kể và bám theo giá trị đặt.
+ Tốc độ của động cơ gần với thực tế khi xuất hiện thời gian trễ tại thời điểm hãm
động cơ.
+ Moment động cơ dao động đáng kể tại thời điểm khởi động động cơ và khi hãm
động cơ nhưng vẫn bám sát giá trị đặt.
+ Dòng điện ba pha của động cơ tăng gần bằng dòng khởi động tại thời điểm hãm
động cơ.
Tóm lại: điều khiển động cơ bằng phương pháp định hướng trường có các đặc
điểm sau:
- Đáp ứng từ thông và tốc độ của động cơ rất tốt, không vọt lố, không có sai số tĩnh.
Tốc độ động cơ tăng rất nhanh.
- Đáp ứng moment động cơ đạt yêu cầu về độ vọt lố nhưng còn nhiễu động.
- Dòng điện khởi động bằng khoảng 1,5 lần dòng xác lập.
- Từ thông, moment được ước lượng tương tự như các đại lượng thực.
- Khi đảo chiều quay thì các thông số từ thông, tốc độ, moment của động cơ thay
đổi không đáng kể.
- Khi tăng moment tải cũng như khi tăng moment quán tính cho thấy đặc tính động
của phương điều khiển định hướng trường (FOC):
+ Khi tăng moment tải: dòng điện ba pha động cơ tăng
+ Khi tăng moment quán tính: moment động cơ dao động tại thời điểm khởi động
động cơ và thời điểm hãm động cơ.

80. 65
Chương 4
DÙNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PID MỜ KẾT HỢP
ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TRƯỜNG ĐỂ ĐIỀU CHỈNH
TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
4.1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT:
Trong những năm gần đây, ngoài các phương pháp điều khiển cổ điển và hiện đại,
ngày càng thấy áp dụng các phương pháp điều khiển thông minh dựa trên suy luận của
con người hay dựa trên hoạt động của não bộ, đó là các phương pháp điều khiển mờ và
mạng neural.
Dựa trên sự kết hợp đó, trong chương này đề cập đến việc kết hợp kỹ thuật điều
khiển phổ biến là điều khiển định hướng trường-FOC, kết hợp với logic mờ bằng bộ điều
khiển PI mờ lai.Việc kết hợp này đã đem đến hiệu quả thiết thực trong việc điều chỉnh
tốc độ của động cơ không đồng bộ.
4.2. BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ PI
4.2.1. Giới thiệu
Bộ điều khiển PID có cấu trúc như sau:
Hình 4.1. Cấu trúc bộ điều khiển PID thông thường