Điều khiển trượt động cơ không đồng bộ ba pha trên biến tần đa bậc

Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hoài Nghĩa
trên biến tần đa bậc
================================================================

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

NGUYỄN XUÂN BẮC

ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT ĐỘNG CƠ KHÔNG
ĐỒNG BỘ BA PHA TRÊN BIẾN TẦN ĐA BẬC
CHUYÊN NGÀNH : TỰ ĐỘNG HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2009

================================================================
1
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hồi Nghĩa
trên biến tần đa bậc
================================================================

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. Dương Hoài Nghĩa
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1 : ................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 2 : ................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . . tháng . . . . năm 2009

================================================================
2
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hoài Nghĩa
trên biến tần đa bậc
================================================================
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

----------------

---oOo--Tp. HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên:

NGUYỄN XUÂN BẮC

Ngày, tháng, năm sinh: 22 – 02 – 1984
Chuyên ngành:
MSHV:

Phái:

NAM

Nơi sinh: Thanh Hóa

TỰ ĐỘNG HĨA
01508331

1- TÊN ĐỀ TÀI:

ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
TRÊN BIẾN TẦN ĐA BẬC
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
-

Xây dựng giải thuật và mô phỏng hệ thống điều khiển trượt động cơ không

đồng bộ cấp nguồn bởi bộ nghịch lưu áp ba bậc.

-

Thi công mạch phần cứng và lập trình điều khiển động cơ khơng đồng bộ
trên kit DSPACE DS1104.

-

Thử nghiệm một số phương pháp điều khiển khác điều khiển động cơ không
đồng bộ trên hệ thực để đánh giá, kết luận.

-

Viết bài báo cáo khoa học gửi hội nghị quốc tế, tạp chí trong và ngồi nước.

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02-02-2009
4- NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ : 03-07-2009
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ):
PGS.TS. DƯƠNG HOÀI NGHĨA
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS. Dương Hoài Nghĩa

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)

GVC.TS. Nguyễn Đức Thành

KHOA QL CHUYÊN
(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS. Nguyễn Hữu Phúc

================================================================
3
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hoài Nghĩa
trên biến tần đa bậc
================================================================

LỜI CẢM ƠN

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Dương Hoài Nghĩa, trên
cương vị là người hướng dẫn đề tài, đã tận tình giúp đỡ em trong suốt quá
trình thực hiện luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô Bộ môn Điều khiển Tự động đã
cung cấp cho em những kiến thức quí báu làm nền tảng cho những nghiên cứu
của em trong luận văn.
Em cũng xin chân thành cảm ơn q Thầy Cơ Bộ mơn Cung Cấp Điện
đã hết lòng tạo điều kiện cả về vật chất lẫn tinh thần để em tập trung hoàn
thành chương trình đào tạo Thạc sĩ.
Con xin gửi lời tri ân sâu sắc tới ba mẹ, những người đã sinh thành, chỉ

dạy, ni dưỡng, quan tâm chăm sóc để con có được ngày hôm nay.
Và sau cùng, xin cảm ơn tất cả bạn bè đã ln có những hỗ trợ, động
viên, giúp đỡ trong những năm tháng trên giảng đường đại học và trong q
trình hồn thành luận án này.

Trân trọng ghi nhớ
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 06 năm 2009
Học viên thực hiện
Nguyễn Xuân Bắc

================================================================
4
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hồi Nghĩa
trên biến tần đa bậc
================================================================

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Đề tài đã xây dựng bộ điều khiển trượt điều khiển động cơ không đồng bộ
nuôi bởi bộ nghịch lưu áp ba bậc dạng Diode kẹp điểm trung tính (Three-level
Neutral Point Clamped Voltage Source Inverter – NPC VSI). Bộ điều khiển được
thiết kế bao gồm 2 vòng: Ở vịng trong, từ thơng rotor và mơ-men động cơ được
điều khiển quanh giá trị đặt bởi bộ điều khiển trượt nhiều ngõ vào – nhiều ngõ ra
(MIMO). Ưu điểm của bộ điều khiển này là cho đáp ứng nhanh từ thơng và mơmen. Ngồi ra, phương pháp này cịn cho phép tính đến ảnh hưởng của sai số mơ
hình. Ở vịng ngồi, tốc độ rotor được chỉnh định bởi bộ điều khiển PID. Bộ nghịch
lưu áp ba bậc được đề cập trong bài này cung cấp một nguồn áp ba pha với họa tần
thấp ở dòng điện tải. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy hệ thống được đề

xuất có chất lượng tốt (đáp ứng nhanh, sai số xác lập nhỏ, bền vững với sai số mơ
hình v.v…).
Ngồi phương pháp điều khiển trượt, đề tài cũng đã tiến hành mô phỏng và
thực nghiệm với một số phương pháp điều khiển khác bao gồm: Điều khiển trực
tiếp mô-men (DTC), Điều khiển định hướng từ thông rotor (FOC), Điều khiển dùng
mơ hình nội (IMC), Điều khiển tuyến tính hóa vào ra (IOLC). Các kết quả thu được
làm minh chứng cho các kết luận về ưu điểm và nhược điểm của mỗi phương pháp.
Các nhận xét này sẽ là cơ sở để ta thiết kế các bộ điều khiển tích hợp các phương
pháp trên nhằm phát huy các ưu điểm, đồng thời hạn chế những khuyết điểm của
mỗi phương pháp, nhằm nâng cao chất lượng của bộ điều khiển.
Phần còn lại của luận văn bao gồm các chương:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ
Chương 3: Điều khiển trượt và ứng dụng trong điều khiển động cơ không đồng bộ
Chương 4: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài
================================================================
5
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hoài Nghĩa
trên biến tần đa bậc
================================================================

ABSTRACT
This thesis presents a sliding mode controller for induction motors fed with
three-level Neutral Point Clamped (NPC) Voltage Source Inverter (VSI). The
controller is designed with two loops: In the inner loop, the rotor flux and the motor

torque are regulated around the reference values by a multi input multi output
(MIMO) sliding mode controller. This controller yields quick response of rotor flux
and motor torque. Moreover, it provides a mean to cope with the model uncertainty.
In the outer loop, the rotor speed is controller by a PID controller. The three-level
NPC VSI provides a three phase voltage source with low harmonic in the motor
current. Simulation results and results on real system show that the proposed
controller has good performance (quick response, low steady state error) and is
robust against model uncertainty.
Besides the sliding mode controller, this thesis has also carried out the
simulation and experiment with another methods as: Direct Torque Control (DTC),
Field Oriented Control (FOC), Internal Model Control ( IMC), Input Output
Linearization Control (IOLC). The results of these experiments can prove some
conclusions about the advantages and disadvantages of these control methods.
These conclusions will be the reason for us to design the integrated control
algorithms to increase the performance of the controller.
The remainder of this thesis is as follows:
Chapter 1: Overview.
Chapter 2: Some control methods for induction motor.
Chapter 3: Sliding mode control and its application to induction motor control.
Chapter 4: The simulation and experimental results
Chapter 5: Conclusion and future work

================================================================
6
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hồi Nghĩa
trên biến tần đa bậc

================================================================

MỤC LỤC
Trang bìa ................................................................................................................ 1
Trang phụ 1 ............................................................................................................ 2
Nhiệm vụ luận văn Thạc sĩ...................................................................................... 3
Lời cảm ơn ............................................................................................................. 4
Tóm tắt luận văn Thạc sĩ......................................................................................... 5
Mục lục................................................................................................................... 7
Danh sách bảng biểu ............................................................................................... 9
Danh sách hình vẽ..................................................................................................10
Danh sách từ viết tắt ..............................................................................................13

MỞ ĐẦU ..............................................................................................................15
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN................................................................................18
1.1. Tính thiết thực của đề tài..............................................................................18
1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước .................................................................19
1.3. Tình hình nghiên cứu ngồi nước.................................................................21
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG
ĐỒNG BỘ ............................................................................................................25
2.1. Giới thiệu mơ hình ĐCKĐB.........................................................................25
2.1.1. Hệ tọa độ anpha-beta..............................................................................26
2.1.2. Mơ hình ĐCKĐB trong hệ tọa độ tĩnh anpha-beta..................................28
2.1.3. Mơ hình ĐCKĐB trong hệ tọa độ quay dq .............................................29
2.2. Phương pháp điều khiển định hướng từ thông rotor......................................31
2.2.1. Đặt vấn đề ..............................................................................................31
2.2.2. Các sơ đồ điều khiển định hướng tựa theo véc-tơ từ thông rotor.............31
2.2.3. Thử nghiệm phương pháp FOC gián tiếp với bộ nghịch lưu áp 3 bậc .....37
2.3. Phương pháp điều khiển trực tiếp mô-men ...................................................42
2.3.1. Đặt vấn đề ..............................................................................................42

================================================================
7
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hoài Nghĩa
trên biến tần đa bậc
================================================================

2.3.2. Cơ sở lý thuyết.......................................................................................43
2.3.3. Mô phỏng và thực nghiệm điều khiển trực tiếp mô-men ĐCKĐB ..........47
2.4. Phương pháp điều khiển dùng mô hình nội ..................................................53
2.4.1. Đặt vấn đề ..............................................................................................53
2.4.2. Cơ sở lý thuyết.......................................................................................53
2.4.3. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm .........................................................57
2.5. Phương pháp điều khiển tuyến tính hóa vào ra .............................................63
2.5.1. Đặt vấn đề ..............................................................................................63
2.5.2. Cơ sở lý thuyết.......................................................................................63
2.5.3. Một số kết quả mô phỏng .......................................................................68
CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU KHIỂN
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ .........................................................................70
3.1. Giới thiệu phương pháp điều khiển trượt......................................................70
3.2. Thiết kế bộ điều khiển trượt ĐCKĐB...........................................................73
3.3. Bộ ước lượng từ thông rotor và mô-men ......................................................80
3.3.1. Bộ ước lượng từ thông rotor ...................................................................80
3.3.2. Bộ ước lượng mô-men ...........................................................................82
3.4. Bộ nghịch lưu áp ba bậc và ứng dụng trong điều khiển ĐCKĐB..................82
3.4.1. Đặt vấn đề ..............................................................................................82

3.4.2. Tổng quan về các bộ nghịch lưu .............................................................82
3.4.3. Cấu trúc BNL áp ba bậc chứa cặp diode kẹp (Neutral Point Clamped
Multilevel Inverter –NPC) ...............................................................................83
3.4.4. Giải thuật điều khiển BNL áp ba bậc NPC .............................................84
3.4.5. Sơ đồ BNL ba bậc mơ phỏng trên Matlab...............................................87
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM ..........................88
4.1. Kết quả mô phỏng........................................................................................88
4.1.1. Sơ đồ mô phỏng .....................................................................................88
4.1.2. Đáp ứng danh định .................................................................................89
4.1.3. Tính bền vững của hệ thống điều khiển ..................................................90
================================================================
8
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hoài Nghĩa
trên biến tần đa bậc
================================================================

4.2. Kết quả thực nghiệm ....................................................................................94
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI......................99
5.1. Kết luận .......................................................................................................99
5.2. Hướng phát triển đề tài.................................................................................99

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................101

PHỤ LỤC ...........................................................................................................107
PHỤ LỤC A: GIỚI THIỆU CARD ĐIỀU KHIỂN DSPACE DS1104 ..............107
PHỤ LỤC B: ....................................................................................................114

CÁC SƠ ĐỒ MẠCH PHẦN CỨNG DÙNG TRONG LUẬN VĂN .................114
B.1. Mạch nguồn nuôi....................................................................................114
B.2. Mạch deadtime và mạch đệm .................................................................115
B.3. Mạch lái dùng opto TLP251 và IC tạo nguồn cách ly TMA1215 ............117
B.4. Khối mạch công suất IGBT ....................................................................118
B.5. Khối Diode kẹp ......................................................................................120
B.6. Mạch cảm biến đo dòng dùng LEM LA55-P ..........................................120
PHỤ LỤC C .....................................................................................................121
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ TRONG THỜI GIAN LÀM
LUẬN VĂN .....................................................................................................121

DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Bảng thông số động cơ mô phỏng bộ điều khiển FOC gián tiếp .............37
Bảng 2.2: Bảng tham chiếu véc-tơ không gian điện áp...........................................45
Bảng 2.3: Thông số động cơ mô phỏng bộ điều khiển DTC ...................................47
Bảng 2.4: Các thông số mô hình ĐCKĐB mơ phỏng bộ điều khiển IMC ...............60
Bảng 4.1: Các thông số ĐCKĐB mô phỏng bộ điều khiển trượt ............................88
Bảng 4.2: Các thông số ĐCKĐB chạy thực nghiệm ...............................................96

================================================================
9
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hồi Nghĩa
trên biến tần đa bậc
================================================================

DANH SÁCH HÌNH VẼ

STT HÌNH

TÊN HÌNH

TRANG SỐ

Hình 2.1 : Mơ hình mơ phỏng ĐCKĐB xây dựng trong hệ tọa độ tĩnh αβ..............29
Hình 2.2: Mơ hình mơ phỏng ĐCKĐB xây dựng trong hệ tọa độ dq......................30
Hình 2.3: Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống điều khiển véc-tơ ĐCKĐB ...............32
Hình 2.4: Sơ đồ khối điều khiển định hướng theo véc-tơ từ thông rotor trực tiếp ..34
Hình 2.5: Sơ đồ khối điều khiển định hướng theo véc-tơ từ thơng rotor gián tiếp..35
Hình 2.6: Sơ đồ mơ phỏng bộ điều khiển FOC gián tiếp ........................................37
Hình 2.7: Chi tiết bên trong bộ điều khiển FOC .....................................................38
Hình 2.8: Đáp ứng tốc độ.......................................................................................38
Hình 2.9: Đáp ứng mơ-men....................................................................................39
Hình 2.10: Đáp ứng từ thơng rotor .........................................................................39
Hình 2.11: Đáp ứng tốc độ (rad/s)..........................................................................40
Hình 2.12: Đáp ứng từ thơng rotor (Wb) ................................................................40
Hình 2.13: Dòng điện ba pha stator đo từ cảm biến Hall. .......................................41
Hình 2.14: Điện áp tải (pha A và B).......................................................................41
Hình 2.15: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển trực tiếp mơ-men................................43
Hình 2.16: Các khâu so sánh trễ trong bộ điều khiển DTC .....................................44
Hình 2.17: Các véc-tơ điện áp sử dụng trong phương pháp DTC ...........................44
Hình 2.18: Sơ đồ mơ phỏng bộ điều khiển DTC ĐCKĐB ......................................47
Hình 2.19: Sơ đồ khối ước lượng từ thông và mô-men – Các khâu relay tạo trễ.....48
Hình 2.20: Khâu relay 3 trạng thái .........................................................................48
Hình 2.21: Bảng đóng cắt và khâu tạo xung kích ...................................................48
Hình 2.22: Đáp ứng tốc độ (rad/s)..........................................................................49
Hình 2.23: Đáp ứng mơ-men (N.m) .......................................................................49
Hình 2.24: Từ thơng rotor trong mặt phẳng αβ.......................................................50

Hình 2.25: Dịng điện stator ba pha (A)..................................................................50
Hình 2.26: Sơ đồ bộ điều khiển thực ĐCKĐB sử dụng card DSPACE 1104 ..........51
Hình 2.27: Kết quả thực nghiệm: Đáp ứng mô-men (N.m).....................................52
================================================================
10
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hồi Nghĩa
trên biến tần đa bậc
================================================================

Hình 2.28: Kết quả thực nghiệm: Đáp ứng từ thơng (Wb)......................................52
Hình 2.29 : Hệ thống điều khiển mơ hình nội.........................................................54
Hình 2.30: Hệ thống điều khiển mơ hình nội với bộ quan sát từ thơng rotor..........57
Hình 2.31: Sơ đồ khối mơ phỏng ...........................................................................57
Hình 2.32: Bộ lọc IMC ..........................................................................................58
Hình 2.33: Mơ hình ngược.....................................................................................58
Hình 2.34: Khâu chuyển trục dq/abc ......................................................................58
Hình 2.35: Mơ hình thuận ......................................................................................59
Hình 2.36: Bộ ước lượng từ thơng rotor .................................................................59
Hình 2.37: Mơ phỏng: Đáp ứng nấc của bộ điều khiển tốc độ ................................60
Hình 2.38: Tính bền vững với sự thay đổi của tham số động cơ ............................61
Hình 2.39: Sơ đồ bộ điều khiển thực ĐCKĐB sử dụng giải thuật IMC ..................61
Hình 2.40: Tăng tốc khơng tải................................................................................62
Hình 2.41: Giảm tốc khơng tải ...............................................................................62
Hình 2.42: Đáp ứng tốc độ khi đặt tải 1.5 N.m.......................................................62
Hình 2.43: Dịng điện (trên) và điện áp (dưới) .......................................................62
Hình 2.44: Hệ thống điều khiển tuyến tính hóa vào ra (tọa độ αβ) .........................63

Hình 2.45: Sơ đồ tuyến tính hóa.............................................................................65
Hình 2.46: Vịng điều khiển ổn định từ thơng ........................................................65
Hình 2.47: Vịng điều khiển tốc độ ........................................................................66
Hình 2.48: Sơ đồ mơ phỏng bộ điều khiển IOL điều khiển ĐCKĐB ......................68
Hình 2.49: Đáp ứng danh định ...............................................................................69
Hình 2.50: Đáp ứng với sự thay đổi các tham số động cơ.......................................69
Hình 3.1: Sơ đồ khối bộ điều khiển trượt ĐCKĐB.................................................73
Hình 3.2: Khâu tính S1 và S2 trên Simulink ............................................................75
Hình 3.3: Các khâu tính tốn trung gian .................................................................76
Hình 3.4: Khâu tính A và B trên Simulink..............................................................77
Hình 3.5: Khâu tính a11, a12, a21, a22 trên Simulink ............................................77
Hình 3.6: Khâu tạo tín hiệu điều khiển của bộ điều khiển SMC .............................78
================================================================
11
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hồi Nghĩa
trên biến tần đa bậc
================================================================

Hình 3.7: Mơ hình ĐCKĐB tọa độ tĩnh αβ xây dựng trên Simulink. ......................79
Hình 3.8: Sơ đồ mơ phỏng bộ điều khiển SMC điều khiển ĐCKĐB. .....................79
Hình 3.9: Sơ đồ ước lượng từ thơng ĐCKĐB vịng hở...........................................81
Hình 3.10: Bộ nghịch lưu áp ba bậc .......................................................................84
Hình 3.11: Giải tích BNL áp ba bậc dạng NPC ......................................................84
Hình 3.12: Sơ đồ BNL áp 3 bậc mơ phỏng.............................................................87
Hình 3.13: Mạch logic tạo xung kích IGBT từ tín hiệu điều chế.............................87
Hình 4.1: Sơ đồ mơ phỏng trên Matlab/Simulink ...................................................88

Hình 4.2: Đáp ứng tốc độ (trên) và mơ-men (dưới) ................................................89
Hình 4.3: Đáp ứng từ thơng rotor (trên) và dịng điện Isα, Isβ tương ứng (dưới).......89
Hình 4.4: Đáp ứng tốc độ (trên) và mơ-men (dưới) ................................................91
Hình 4.5: Đáp ứng từ thơng rotor (trên) và dịng điện Iα, Iβ tương ứng (dưới).........91
Hình 4.6: Đáp ứng tốc độ (trên) và mơ-men dưới) .................................................92
Hình 4.7: Đáp ứng từ thơng rotor (trên) và dịng điện Iα, Iβ tương ứng (dưới).........92
Hình 4.8: Đáp ứng tốc độ (trên) và mơ-men (dưới) ................................................93
Hình 4.9: Đáp ứng từ thơng rotor (trên) và dịng điện Iα, Iβ tương ứng (dưới).........93
Hình 4.10: Sơ đồ khối hệ thống thực nghiệm điều khiển ĐCKĐB .........................94
Hình 4.11: Chương trình chạy thực nghiệm viết trên Simulink/Matlab giao tiếp với
Card điều khiển DSPACE......................................................................................94
Hình 4.12: Hệ thống phần cứng bộ điều khiển ĐCKĐB.........................................95
Hình 4.13: Giao diện DSPACE Control Desk: Điều khiển trượt ĐCKĐB ..............95
Hình 4.14: Đáp ứng tốc độ: Tăng tốc .....................................................................96
Hình 4.15: Đáp ứng tốc độ: Giảm tốc.....................................................................96
Hình 4.16: Đáp ứng mơ-men: Tăng tốc ..................................................................96
Hình 4.17: Đáp ứng mơ-men: Giảm tốc .................................................................96
Hình 4.18: Đáp ứng quá độ tốc độ khi tăng tốc ......................................................97
Hình 4.19: Đáp ứng quá độ tốc độ khi giảm tốc .....................................................97
Hình 4.20: Điện áp pha tải(Volt/Div = 50) .............................................................97
Hình 4.21: Dịng điện tải (đỉnh–đỉnh ≈ 5A)............................................................97
================================================================
12
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hồi Nghĩa
trên biến tần đa bậc
================================================================

Hình 4.22: Phân tích phổ dịng điện. ......................................................................97
Hình 4.23: Từ thơng rotor ước lượng. ....................................................................97
Hình A.1: Sơ đồ khối bên trong card DS1104 ......................................................107
Hình A.2 : Sơ đồ card giao tiếp..........................................................................108
Hình A.3: Các khối hỗ trợ bởi Master PPC ..........................................................109
Hình A.4: Các khối hỗ trợ bởi slave DSP.............................................................112
Hình A.5: Giao diện DSPACE Control Desk .......................................................114
Hình B.1: Sơ đồ mạch nguồn ni .......................................................................115
Hình B.2: Sơ đồ mạch tạo deadtime và đệm dịng ................................................116
Hình B.3: Dạng tín hiệu ngõ ra của mạch deadtime.............................................116
Hình B.4: IC tạo điện áp ±15V cách ly TMA1215 ..............................................117
Hình B.5: IC tạo xung kích TLP250....................................................................118
Hình B.6: Sơ đồ mạch tạo nguồn ±15V cách ly (trái) và mạch lái IGBT (phải) ....118
Hình B.7: Cấu trúc IGBT FMG2G100US60 ........................................................118
Hình B.8: Sơ đồ mạch BNL ba bậc NPC sử dụng IGBT FMG2G100US60..........119
Hình B.9: Sơ đồ khối Diode kẹp ..........................................................................120
Hình B.10: Mạch đo dịng điện dùng cảm biến dịng LA55-P ..............................120

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

STT
1
2
3
4

KÍ HIỆU
ĐCKĐB
BNL

SMC
IMC

TÊN TIẾNG ANH
Induction Motor
Inverter
Sliding Mode Control
Internal Model Control

5

PBC

Passivity Based Control

6

DTC

Direct Torque Control

7

FOC

Field Oriented Control

TÊN TIẾNG VIỆT
Động cơ không đồng bộ
Bộ nghịch lưu

Điều khiển trượt
Điều khiển mơ hình nội
Điều khiển dựa vào tính
thụ động
Điều khiển trực tiếp mơmen
Điều khiển định hướng
từ thông

================================================================
13
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hoài Nghĩa
trên biến tần đa bậc
================================================================

8

IOLC

9

MRAS

10

NPC

11
12
13
14

CM
PWM
SPWM
SVPWM

Input Output Linearization
Control
Model Reference Adaptive
System
Neutral Point Clamped

Điều khiển dựa vào tính
thụ động
Điều khiển thích nghi mơ
hình tham chiếu
Diode kẹp điểm trung
tính nguồn

Common Mode

Chế độ chung

Pulse Width Modulation

Điều chế độ rộng xung

Điều chế độ rộng xung
sin
Điều chế véc-tơ không
gian

Sine Pulse Width Modulation
Space Vector Pulse Width
Modulation

================================================================
14
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hồi Nghĩa
trên biến tần đa bậc
================================================================

MỞ ĐẦU
Trong cơng nghiệp hiện nay, hầu hết các ứng dụng đều có liên quan đến các
máy điện xoay chiều, đặc biệt là động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) như máy quạt,
máy bơm, máy may, máy hàn, máy tiện…do kết cấu động cơ khơng đồng bộ đơn
giản, dễ chế tạo, dễ bảo trì, độ tin cậy cao…tuy nhiên, do mơ hình tốn phức tạp, phi
tuyến nên việc điều khiển động cơ không đồng bộ gặp rất nhiều khó khăn. Vì vậy,
việc nghiên cứu tìm ra những phương án tối ưu điều khiển động cơ không đồng bộ
luôn là đề tài hấp dẫn cho tất cả các nhà khoa học chuyên ngành. Ta có thể kể ra một
số cơng trình tiêu biểu như sau:
- Điều khiển định hướng trường (FOC) [16], [17]
- Điều khiển trực tiếp mô-men (DTC) [3], [4], [18], [26], [27],[39]

- Điều khiển dựa vào tính thụ động (PBC)
- Điều khiển tuyến tính hóa vào ra
- Điều khiển dùng logic mờ và mạng nơron [10],[13], [20], [37]
- Điều khiển mơ hình nội (IMC) [26]
- Điều khiển trượt…
Mặc dù mỗi phương pháp từ khi xuất hiện đều đã đưa ra những kết quả nhất
định nhưng đa số đều có những khuyết điểm riêng và cần khắc phục hơn nữa nhằm
nâng cao chất lượng điều khiển. Trên thế giới đã có nhiều nhà khoa học nghiên cứu
và thử nghiệm thành công một số hướng trong phương pháp điều khiển trượt
ĐCKĐB. Các cơng trình có thể tham khảo trong phần “tổng quan”. Ở nước ta cũng
đã có nhiều đề tài nghiên cứu về điều khiển trượt, tuy nhiên mới dừng lại ở khâu mô
phỏng mà chưa có những thực nghiệm kiểm chứng giải thuật. Mục tiêu của đề tài là
xây dựng giải thuật điều khiển trượt điều khiển ĐCKĐB và kiểm chứng tính đúng
đắn của phương pháp bằng thực nghiệm trên cơ sở card điều khiển DSPACE
================================================================
15
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hoài Nghĩa
trên biến tần đa bậc
================================================================

DS1104 và nguồn nuôi cho động cơ là bộ nghịch lưu áp ba bậc NPC (Neutral Point
Clamped Multilevel Inverter).
Một trong những ưu điểm của phương pháp điều khiển trượt là cho phép tính
đến ảnh hưởng của sai số mơ hình. Ngồi ra, phương pháp này cũng được đánh giá
là có tính đơn giản, dễ thiết kế. Tuy nhiên, điều khiển trượt ĐCKĐB cũng có một số
hạn chế nhất định: Do thời gian trễ của khâu chấp hành, quĩ đạo pha có thể dao

động quanh mặt trượt với tần số cao (hiện tượng chattering), dẫn đến chất lượng
mô-men quay không cao. Để cải thiện điều này, đề tài này đề xuất sử dụng hàm
saturation thay cho hàm sign trong biểu thức xác định luật điều khiển. Ngoài ra, trên
các bộ điều khiển trượt ĐCKĐB truyền thống sử dụng bộ nghịch lưu (BNL) 2 bậc
còn gặp một hạn chế nữa là thành phần hài bậc cao xuất hiện trên dòng điện và điện
áp tải với tỉ lệ cao, gây ra một số hiệu ứng không mong muốn làm giảm tuổi thọ
động cơ. Để khắc phục hạn chế này, chúng ta có thể sử dụng các BNL đa bậc thay
thế cho BNL 2 bậc truyền thống.
BNL đa bậc ngày càng được sử dụng nhiều trong các ứng dụng công suất lớn
bởi những ưu điểm rõ rệt của nó so với BNL 2 bậc như: điện áp common-mode thấp
hơn, tỉ lệ dv/dt thấp hơn, thành phần hài ngõ ra của áp và dịng tải thấp hơn, có
nhiều mức hơn ở dạng sóng điện áp ngõ ra, giảm điện áp chịu đựng trên mỗi linh
kiện công suất…Một số nghiên cứu gần đây đã bắt đầu ứng dụng các BNL đa bậc
trong điều khiển, tiêu biểu có thể kể trong [39],[40]. Đề tài này đề xuất sử dụng BNL
ba bậc làm nguồn nuôi cho ĐCKĐB. BNL được điều khiển sử dụng kỹ thuật điều
chế độ rộng xung sin (Sine Pulse Width Modulation – SPWM).
Cuối cùng, để đánh giá các kết quả thu được từ bộ điều khiển trượt, đề tài tiến
hành thử nghiệm (mô phỏng và thực nghiệm) với các phương pháp điều khiển khác
bao gồm 2 phương pháp kinh điển là Điều khiển trực tiếp mô-men (Direct Torque
Control: DTC) và Điều khiển định hướng từ thông (Field Oriented Control: FOC)
và các phương pháp điều khiển phi tuyến hiện đại khác như Điều khiển dùng mơ
hình nội ( Internal Model Control: IMC) và Điều khiển tuyến tính hóa vào ra ( Input
================================================================
16
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hoài Nghĩa
trên biến tần đa bậc

================================================================

Output Linearization Control: IOLC). Các kết quả được đúc kết bằng các bài báo
khoa học đăng trên các tạp chí uy tín trong và ngoài nước và các báo cáo khoa học
tại các hội nghị quốc tế uy tín chuyên ngành.

================================================================
17
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hoài Nghĩa
trên biến tần đa bậc
================================================================

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tính thiết thực của đề tài
Động cơ khơng đồng bộ từ khi ra đời đã cho thấy ưu điểm rõ rệt so với các
loại động cơ khác do kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ bảo trì, giá thành thấp, độ tin
cậy cao. Tuy nhiên, do tính phức tạp trong mơ hình tốn nên việc điều khiển tốc độ
động cơ khơng đồng bộ trở nên khó khăn hơn nhiều so với các loại động cơ khác.
Ngày nay, với sự phát triển của điện tử công suất, kỹ thuật vi xử lý đã cho phép áp
dụng các giải thuật điều khiển phức tạp trong thời gian thực. Dẫn đến rất nhiều
phương pháp điều khiển hiện đại khác nhau được đề xuất như phương pháp điều
khiển dùng mơ hình nội (IMC), phương pháp điều khiển thích nghi mơ hình tham
chiếu (MRAS), các bộ điều khiển ứng dụng mạng nơron, điều khiển tuyến tính hóa
vào ra, đặc biệt là điều khiển trượt (SMC)... Điều khiển trượt là một trong những
phương pháp điều khiển phi tuyến được áp dụng để điều khiển ĐCKĐB rất hiệu
quả. Một số tạp chí gần đây đã đưa ra các số đặc biệt giành cho điều khiển trượt

ĐCKĐB,

ví

dụ

tạp

chí

IEEE

TRANSACTIONS

ON

INDUSTRIAL

ELECTRONICS, VOL 55, NO 11, NOVEMBER 2008. Luận văn này tập trung vào
nghiên cứu giải thuật điều khiển trượt điều khiển ĐCKĐB và kiểm chứng tính đúng
đắn của giải thuật bằng thực nghiệm trên hệ thực với nguồn nuôi cho động cơ là
BNL áp ba bậc.
-

Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển trượt điều khiển ĐCKĐB ba pha trên biến tần

đa bậc, là bước đầu cho các nghiên cứu chuyên sâu điều khiển máy điện xoay
chiều sử dụng các bộ biến đổi công suất nhằm nâng cao chất lượng điều khiển và
nâng cao hiệu quả sử dụng điện, là một nhu cầu thiết yếu trong công nghiệp và
trong đời sống.

-

Nghiên cứu kỹ thuật điều chế sóng mang dùng trong điều khiển các bộ

nghịch lưu đa bậc với tối ưu tổn hao đóng cắt các khóa bán dẫn và nâng cao chất
================================================================
18
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hoài Nghĩa
trên biến tần đa bậc
================================================================

lượng ngõ ra, tạo tiền đề cho các nghiên cứu sâu hơn về ứng dụng các bộ nghịch
lưu đa bậc trong truyền động điện xoay chiều.
-

Sau khi thử nghiệm bộ điều khiển trên Card DSPACE thành cơng, có thể cài

đặt trên DSP và tiến hành sản xuất thử nghiệm biến tần. Nếu thành cơng có thể
đưa vào ứng dụng trong cơng nghiệp. Chính vì vậy, đề tài sẽ là bước tiền đề cho
các nghiên cứu chuyên sâu cũng như sản xuất thử nghiệm.

1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Các nghiên cứu về điều khiển trượt ĐCKĐB trong nước rất hạn chế

[1]

và

dừng lại ở mức độ mơ phỏng mà chưa có những kết quả thực nghiệm để kiểm chứng
tính đúng đắn của phương pháp. Ngoài điều khiển trượt, các phương pháp điều khiển
khác đã nêu ở phần trên cũng nhận được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học
trong nước. Một số công trình có thể liệt kê trong [2]-[6].
[1] D.T.H.Tham, D.H.Nghia. Sliding Mode Control of Induction Motor.2007. The
2007

International Symposium on Advanced Science and Engineering, Đại

học Bách Khoa TPHCM.
•

Bài báo đề xuất phương pháp điều khiển trượt điều khiển

ĐCKĐB ba pha,bao gồm hai vòng: vòng trong là bộ điều khiển trượt
điều khiển từ thơng và mơ-men động cơ, vịng ngồi là bộ điều khiển
PID hiệu chỉnh tốc độ. Các kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab đã
chứng tỏ chất lượng điều khiển và tính bền vững của bộ điều khiển với
sự thay đổi các tham số trong mơ hình động cơ. Hạn chế của bài báo là
chưa có kết quả thực nghiệm để kiểm chứng tính đúng đắn của phương
pháp được đề xuất.
[2] D.H.Nghia,N.V.Nho,H.H.Lee. Control of induction motor using IMC
approach.2007.ICPE’07 Conference in Daegu, Korea.
•

Bài báo trình bày kỹ thuật điều khiển ĐCKĐB dùng mơ hình

================================================================

19
HVTH: Nguyễn Xn Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hoài Nghĩa
trên biến tần đa bậc
================================================================

nội, bao gồm mơ hình thuận (process model) là mơ hình tốn học hệ
thống và mơ hình ngược (inverse model) là nghịch đảo của mơ hình
thuận. Các kết quả mơ phỏng đã chứng minh tính hiệu quả của phương
pháp đề xuất. Tuy nhiên, tương tự

[1]

, bài báo cũng dừng lại ở mô

phỏng mà chưa có thực nghiệm để kiểm chứng.
[3] P.Q.Dzung, L.M.Phuong, P.Q.Vinh, N.M.Hoang, N.X.Bac. “A New
Switching Technique for Direct Torque Control of Induction Motor using
Four Switch Three-Phase Inverter” . PEDS'07 Thailand, p227.
•

Bài báo đề xuất một phương pháp điều khiển trực tiếp mơ-men

cho bộ nghịch lưu 3 pha 4 khố với nguồn DC cân bằng. Luật đóng cắt
các khố bán dẫn được điều khiển trực tiếp nhờ vào bảng so sánh các
tín hiệu từ thông và mô-men đặt và ước lượng từ tín hiệu dịng, áp
stator đo được. Giải thuật được kiểm chứng bằng thực nghiệm trên

Card DSPACE DS1104 và sử dụng các cảm biến LEM để đo dòng, áp.
Đáp ứng từ thơng rất tốt, tuy nhiên đáp ứng mơ-men cịn dao động
nhiều ở trạng thái xác lập.
[4] H.H.Lee,P.Q.Dzung,L.M.Phuong,N.X.Bac. “A New Switching Technique for
Direct Torque Control of Induction Motor using Four-Switch Three-Phase
Inverter with DC – Link Voltage Imbalance”. ICIT’09 Australia.Accepted.
•

Bài báo là sự phát triển của [3] trong điều kiện nguồn DC trên 2

tụ không cân bằng. Kết quả điều khiển từ thông tốt, từ thông ước lượng
bám theo từ thông đặt. Tuy nhiên mơ-men dao động nhiều và dịng
điện stator có độ méo dạng khá cao.
[5] P.Q.Dzung, T.P.Hoa, L.M.Phuong, N.X.Bac. “Fault Detection using ANN for
Four Switch Three Phase Inverter fed Induction Motor Drive”. ICSET’08
Singapore,p1385-1389.

================================================================
20
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hồi Nghĩa
trên biến tần đa bậc
================================================================

[6] Trần Cơng Binh, Dương Hồi Nghĩa. Điều khiển ĐCKĐB dùng mơ hình nội.
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, số 54, pp.64-67, 2005.

1.3. Tình hình nghiên cứu ngồi nước
Các nghiên cứu về điều khiển trượt ĐCKĐB đã được đề xuất từ rất lâu, tuy
nhiên mới chỉ phát triển trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của kỹ
thuật Vi xử lý và Điện tử cơng suất. Đa số các cơng trình trước đây đều được kiểm
chứng trên BNL 2 bậc, do đó chưa cải thiện nhiều được chất lượng sóng hài. Một
số nghiên cứu gần đây đã ứng dụng BNL đa bậc trong điều khiển [39], [40] . Tuy vậy,
mỗi nghiên cứu cũng vẫn ít nhiều bộc lộ những hạn chế nhất định. Vì vậy, vấn đề
điều khiển ĐCKĐB vẫn là một bài tốn mở và ln hấp dẫn tất cả các nhà khoa học
chuyên ngành.
[7]

Sachit Rao, Martin Buss, and Vadim Utkin, “An Adaptive Sliding Mode
Observer for

Induction Machines”, American Control Conf.,Jun. 2008,

Washington,USA.
• Ý tưởng của bài báo là sử dụng mơ hình thích nghi để ước lượng
các thơng số dịng và từ thơng của động cơ theo phương pháp trượt sau
đó điều khiển cũng dùng phương pháp này. Kết quả được kiểm chứng
bằng mô phỏng trên Matlab/Simulink với sai số ước lượng nhỏ và đáp
ứng tốc độ tương đối tốt. Hạn chế của bài báo là chưa có thực nghiệm
để kiểm chứng lý thuyết.

[8]

K. K. Shyu and H. J. Shieh, “A new switching surface sliding-mode speed
control for induction motor drive systems,” IEEE Trans. Power Electron.,
vol. 11, no. 4, pp. 660-667, Jul. 1996.

================================================================
21
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hồi Nghĩa
trên biến tần đa bậc
================================================================

•

Tác giả đã đề xuất một phương pháp thiết lập mặt trượt cho bộ

điều khiển tốc độ ĐCKĐB mà chỉ phụ thuộc vào sai số tốc độ và tích
phân sai số tốc độ. Ý tưởng của phương pháp dựa trên bộ điều khiển
PID truyền thống. Tuy nhiên, tác giả đã khéo léo chọn luật điều khiển
để giữ cho từ thông bám theo từ thơng đặt (mặc dù mặt trượt khơng
chứa yếu tố dịng điện hay từ thông). Bài báo được kiểm chứng bằng
mô phỏng và thực nghiệm với động cơ công suất nhỏ 0.8kW, tốc độ
2000 vòng/phút, giải thuật được cấy trên chip Intel 486 và sử dụng
sensor LEM để đo dòng, áp. Kết quả tốc độ đáp ứng rất tốt, tuy nhiên
tác giả không đề cập đến đáp ứng từ thông và mô men.
[9]

Z. Yan, C. Jin, and V. I. Utkin, “Sensorless sliding-mode control of induction
motors,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 47, pp. 1286-1297, Dec. 2000.
• Tác giả đã thực hiện ước lượng tốc độ từ các thơng số dịng, áp stator
nhờ bộ ước lượng sliding mode. Sau đó đưa ra bộ điều khiển với 3 mặt
trượt hướng đến điều khiển các tham số từ thông, mô men và cả điện

áp 3 pha! Đây chính là điểm mới trong ý tưởng. Kết quả được kiểm
chứng bằng thực nghiệm trên DSPACE DS1102. Kết quả đáp ứng từ
thơng bám rất tốt theo tín hiệu đặt với dao động khơng đáng kể. Ngồi
ra, dịng điện cũng tương đối sin.

[10] Lin, F.-J.

Shen, P.-H. ,” Robust Fuzzy Neural Network Sliding-Mode

Control for Two-Axis Motion Control System”, IEEE Trans. Ind. Electro.,
Vol. 53, pp.1209- 1225, Jun. 2006.
• Bài báo đề xuất sử dụng mơ hình mờ nơron để huấn luyện các thông
số của bộ điều khiển trượt trên cơ sở định hướng từ thơng động cơ. Một
mơ hình tham chiếu được sử dụng để so sánh đưa ra tín hiệu điều khiển.
Mặc dù mơ hình rất phức tạp nhưng tác giả đã khéo léo cấy được giải
thuật vào DSP TMS320C32 và thực nghiệm thành công.
================================================================
22
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hoài Nghĩa
trên biến tần đa bậc
================================================================

[11] V. I. Utkin, “Sliding mode control design principles and applications to
electric drives,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 40, pp. 23-36, Feb. 1993.
[12] M. Tursini, R. Petrella, and F. Parasiliti, “Adaptive sliding mode observer for
speed sensorless control of induction motors,” IEEE Trans. Ind. Applicat.,

vol. 36, pp. 1380-1387, Sept./Oct. 2000.
[13] Li Ying, Zou Jingxiang, Fu Xi, Zhang Xinzheng and Li Xiuhua, “The SelfAdjustable Fuzzy Sliding Mode Control for AC Speed Drive Systems”,
Proceeding of the American Control Conference Chicago, illinois,June 2000.
[14] A. Derdiyok, M. K. Guven, H. Rehman, N. Inanc, and L. Xu, “Design and
implementation of a new sliding-mode observer for speed-sensorless control
of induction machine,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 49, no. 5, pp. 11771182, Oct. 2002.
[15] H. J. Shieh and K. K. Shyu “Nonlinear sliding-mode torque control with
adaptive

backstepping approach for induction motor drive,” IEEE Trans.

Ind. Electron., vol. 46, pp. 380, Apr. 1999.
[16] Rachid Beguenane, Mohand A.Ouhrouche, and Andrzeij M.Trzynadlowski, “
Stator Resistance Tuning in an Adaptive Direct Field-Orientation Induction
Motor Drive at Low Speeds”, Conf. of the IEEE Ind. Electron. Socie., Nov.
2004, Busan, Korea.
[17] Fodor D., Katona Z., Szesztay E., “Field-oriented control of induction motors
using DSP”, Computing & Control Engineering Journal, p.61 Apr. 1994.
[18] C. Lascu, I. Boldea, and F. Blaabjerg, “Direct torque control of sensorless
induction motor drives: A sliding-mode approach,” IEEE Trans. Ind. Appl.,
vol. 40, no. 2, pp. 582-590, Mar./Apr. 2004.

================================================================
23
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hồi Nghĩa
trên biến tần đa bậc

================================================================

• Mục đích của tác giả nhằm giảm nhấp nhơ dịng điện, từ thông, mô
men của động cơ khi động cơ đã đạt xác lập, điều mà phương pháp
DTC thông thường luôn gặp phải. Tác giả đã rất khéo léo lồng bộ giám
sát trượt vào trong bộ ước lượng từ thông và mô men để tăng độ chính
xác của việc ước lượng. Cũng nhờ phương pháp ước lượng trượt này
mà bộ điều khiển có thể đáp ứng tốt ngay cả khi thay đổi thông số động
cơ. Kết quả được kiểm chứng bằng thực nghiệm với chip điều khiển
DSP ADSP-21062 DSP. Kết quả từ thơng và mơ ment ít dao động hơn
khi xác lập.Tuy nhiên tốc độ vẫn còn dao động mạnh. Tác giả cũng
khơng đề cập đến chất lượng dịng stator trong báo cáo của mình.

================================================================
24
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc


Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
GVHD: PGS. TS. Dương Hoài Nghĩa
trên biến tần đa bậc
================================================================

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ
Mục đích của chương này là để giới thiệu một cách tổng quan một số phương
pháp điều khiển ĐCKĐB hiện đại đã và đang được phát triển, trước khi đi vào phần
chính của đề tài: Điều khiển trượt. Vì vậy, chương này trình bày một cách khái quát
nhất các phương pháp, sau đó giới thiệu các kết quả mô phỏng cũng như kết quả
thực nghiệm trên hệ thực để đối chiếu, minh chứng cho các nhận xét của từng

phương pháp. Mỗi phương pháp đều có những ưu và nhược điểm riêng. Do đó, việc
tìm ra và khắc phục, hạn chế những nhược điểm của từng phương pháp để tìm ra
một phương pháp tốt nhất có thể kết hợp những tinh hoa của từng phương pháp trên
là một vấn đề luôn thách thức các nhà khoa học hiện tại và cả trong tương lai. Trong
chương này sẽ giới thiệu 4 phương pháp điều khiển ĐCKĐB tiêu biểu, bao gồm 2
phương pháp điều khiển “kinh điển” là phương pháp điều khiển trực tiếp mô-men
(DTC) và phương pháp điều khiển định hướng từ thông (FOC), 2 phương pháp điều
khiển nằm trong hệ thống các phương pháp điều khiển phi tuyến là phương pháp
điều khiển dùng mô hình nội (IMC) và phương pháp điều khiển tuyến tính hóa vào
ra (IOLC). Nhưng đầu tiên cần giới thiệu mơ hình ĐCKĐB được sử dụng để thiết
kế các hệ thống điều khiển trong luận văn này.

2.1. Giới thiệu mơ hình ĐCKĐB
Trong hầu hết các phương pháp điều khiển, việc cần có một mơ hình tốn
học của đối tượng là vơ cùng quan trọng. Điều này quyết định chất lượng của bộ
điều khiển. Một số phương pháp hiện đại như điều khiển mờ, mạng nơron nhân tạo
có thể cho phép điều khiển mà khơng cần đến mơ hình tốn đối tượng. Tuy nhiên,
trong trường hợp này, việc điều khiển chỉ dùng các phương pháp trên là rất khó đạt
được vì đối tượng ĐCKĐB là đối tượng phi tuyến bậc cao. Vì vậy, việc đầu tiên để
xây dựng bộ điều khiển ĐCKĐB là xây dựng mơ hình tốn của động cơ.
================================================================
25
HVTH: Nguyễn Xuân Bắc