BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VÕ ĐỨC NHÂN

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TỰ NÂNG
STATOR KHÔNG LÕI THÉP

Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 9520216

TĨM TẮT LUẬN ÁN
TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Hà Nội – 2023


Cơng trình được hồn thành tại:
Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Nguyễn Quang Địch
2. TS. Nguyễn Trường Giang

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Đại học
Bách khoa Hà Nội họp tại Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Động cơ điện tự nâng là động cơ điện trong đó rotor của động cơ được nâng hồn tồn khơng có tiếp
xúc trong khơng gian nhờ vào lực từ, như vậy ngồi khả năng sinh mơ men quay thì động cơ này cịn có khả
năng tự sinh lực nâng để giữ cố định rotor. Trong thời gian gần đây động cơ điện sử dụng ổ từ là một hướng
nghiên cứu mới thu hút mạnh mẽ nhiều nhà khoa học trên thế giới. Chúng được giới thiệu như những phần
tử máy rất có giá trị với nhiều đặc điểm cơng nghệ mới và có phạm vi ứng dụng rất rộng.

Hình 1. Cấu trúc chung của động cơ ổ từ thông thường
Trong các động cơ điện sử dụng ổ từ thông thường, động cơ điện được đặt giữa hai ổ từ ngang trục.
Hai ổ từ này có nhiệm vụ điều chỉnh các hướng chuyển động x1, y1, x2 và y2 của trục quay của động cơ. Còn
chuyển động dọc trục của trục quay (hướng z) được điều khiển bởi một ổ từ từ dọc trục. Các lực nâng trục
được điều khiển bằng hệ thống phản hồi kín để đảm bảo trục quay của động cơ ln nằm chính giữa lõi
stator. Như vậy, kể cả chuyển động quay do động cơ điện sinh ra thì động cơ điện ổ từ có 6 bậc tự do. So với
động cơ vòng bi cơ, động cơ điện sử dụng ổ từ có kích thước lớn, cấu trúc phức tạp và giá thành cao vì vậy
sẽ hạn chế trong nhiều ứng dụng. Để khắc phục những nhược điểm này các hướng nghiên cứu kết hợp chức
năng động cơ điện với ổ từ đang được tiến hành.
Với mục tiêu xây dựng được động cơ ổ từ có cấu trúc đơn giản, kích thước nhỏ và giá thành thấp,
nhiều cơng trình nghiên cứu đang tập trung phát triển một loại động cơ tự nâng mới theo nguyên lý lực
Lorentz có sơ đồ cấu trúc được mơ tả như trong hình 1.1. Để có thể điều khiển được cả mơ men quay lẫn lực
nâng ngang trục các cơng trình cơng bố đã xây dựng mơ hình stator là các thanh dẫn có cấu trúc điều khiển
cho động cơ này với hai kênh điều khiển vị trí và tốc độ. Tuy các cơng trình này có một số kết quả nhưng do
mơ hình động lực học phức tạp gây khó khăn cho thiết kế điều khiển.
Do đó hướng nghiên cứu của luận án là phát triển động cơ tự nâng stator không lõi thép, nhưng stator

quấn dây, áp dụng lý thuyết của máy điện và lực Lorenzt để xây dựng mơ hình điều khiển từ đó đi thiết kế
điều khiển.
2. Mục tiêu nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
a. Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng mơ hình động lực học cho động cơ tự nâng stator không lõi thép dây quấn rải để làm rõ khả
năng sinh lực đồng thời cả mô men quay lẫn lực nâng ngang trục.
Thiết kế hệ điều khiển động cơ tự nâng stator không lõi thép nhằm đảm bảo điều khiển được cả lực
nâng ngang trục lẫn mô men quay của động cơ.
b. Đối tượng nghiên cứu
Động cơ tự nâng stator không lõi thép dây quấn rải và rotor dạng nam châm hình trụ.
1


c. Phạm vi nghiên cứu
Hệ điều khiển tốc độ và vị trí ngang trục của động cơ tự nâng stator không lõi thép.
d. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết trên cơ sở tiếp thu các kết quả nghiên cứu từ các cơng trình nghiên cứu đã cơng
bố ở trong nước và nước ngoài cũng như thành quả nghiên cứu của Viện Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa,
Đại học Bách khoa Hà Nội để từ đó đề xuất phương pháp hoàn thiện hệ điều khiển cho động cơ tự nâng
stator không lõi thép. Kiểm chứng kết quả nghiên cứu bằng mô phỏng và thực nghiệm.
3. Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài luận án
Luận án đã nghiên cứu để đưa ra một phương pháp mới xây dựng mơ hình điều khiển động cơ stator
khơng lõi thép dây quấn rải có lai ổ từ. Từ đó có thể áp dụng cho các thiết kế điều khiển mới để nâng cao
chất lượng điều khiển cho động cơ tự nâng stator khơng lõi thép. Góp phần vào cơng việc thiết kế chế tạo
động cơ tự nâng stator không lõi thép chạy dược ở tốc độ cao, ứng dụng vào thực tế.
4. Dự kiến kết quả nghiên cứu mới
- Xây dựng mơ hình tốn học cho động cơ tự nâng stator khơng lõi thép kích từ vĩnh cửu và stator dây
quấn rải. Sử dụng lý thuyết máy điện và phép biến đổi vector để xây dựng mơ hình động học thuận tiện cho
việc thiết kế điều khiển.
- Thiết kế điều khiển vị trí cho động cơ tự nâng stator khơng lõi thép, có bộ điều khiển PD song song

kết hợp với điều khiển Feedforward bù nhiễu lực ly tâm và đưa ra phương án cấp dòng điện một chiều để
duy trì lực nâng. Đề xuất phép biến đổi tọa độ tĩnh từ tín biệu hệ trục (x,y) sang tín hiệu hệ (ad, be và cf) thay
cho phép biến đổi tọa độ quay để tránh hiện tượng sinh mô men hãm ngược.
- Chế tạo mơ hình thực nghiệm hệ truyền động động cơ tự nâng stator không dùng lõi thép để kiểm
chứng các thuật toán điều khiển trên.
5. Nội dung nghiên cứu
Nội dung luận án chia thành bốn chương, bao gồm:
Chương 1. Trình bày tổng quan chung về động cơ tự nâng stator khơng lõi thép.
Chương 2. Xây dựng mơ hình tốn học động cơ tự nâng stator khơng lõi thép từ đó đề xuất cấu trúc
điều khiển.
Chương 3. Thiết kế điều khiển động cơ tự nâng stator không lõi thép.
Chương 4. Xây dựng mơ hình động cơ tự nâng stator không lõi thép và thực nghiệm
Kết luận và kiến nghị.

2


Chương 1. TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ TỰ NÂNG STATOR KHÔNG LÕI THÉP

1.1 Nguyên lý cấu tạo động cơ tự nâng stator không lõi thép dạng thanh
Động cơ tự nâng stator khơng lõi thép có cấu tạo gồm hai phần: Stator và rotor như trên Hình 1.1
TẢI

Giá dỡ nhơm

Khung nhựa

Cuộn dây
stator


Rotor
Vỏ sắt
S

N

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo động cơ tự nâng stator không lõi thép
Rotor: Cấu trúc của rotor được trình bày như trong hình 1.2 có rotor nam châm vĩnh cửu, vỏ sắt bao quanh
để dẫn từ như trên hình 1.3:
Trục nối
với tải
Khớp nối
mềm

N

S
Đế nhơm

S

N

Vỏ sắt

Rotor
Nam châm
Vĩnh cửu

Hình 1.2 Cấu tao rotor động cơ tự nâng stator khơng lõi thép


Hình 1.3. Đường sức từ khi có vỏ sắt

Hình 1.4. Sơ đồ cấu tạo của một vịng dây quấn và dây quấn một pha của động cơ được trình bày như trên
hình 1.5. Sơ đồ bố trí thanh dẫn các pha của stator được trình bày trên hình 1.6.
Cuộn dây



Z

e-


/2

c-

a-

b+

S

e+

N

f-


d-





p

a+





f+
t

Lõi nhựa

Hình 1.4. Cấu tạo khung dây động cơ
tự nâng stator khơng lõi thép


0

+a

-a

Hình 1.5. Sơ đồ cấu tạo một vòng

dây thanh dẫn của động cơ

b-

c+



d+
t

Hinh 1.6 Sơ đồ bố trí
dây dẫn stator động cơ
khơng lõi thép

Vị trí của các cuộn dây thứ k được xác định theo ký hiệu là θ0+ θk. Tổng quát hóa với sơ đồ quấn dây
có n vịng, vị trí của vịng dây thứ k được xác định bằng công thức tổng quát sau:

k 1
2m
 k
  phase  0 




3n
6
phase k 
k 1

2m  3
 k


 phase   0 

3n
6


3

(1.1)


Trong đó m là hệ số tương ứng với từng pha: pha a tương ứng m = 0,… pha f tương ứng m = 5. cấu tạo cụ
thể trên mặt cắt đứng và mặt cắt ngang được trình bày trên Hình 1.7
n



r

n



r

Vỏ sắt

S

Thanh dẫn

N

B

B

Y
a- 

f-

f+

+
b+

+
e-

t

+
d+




a+
+

B

X

c



b-

+

c+

+

 d-

e+

Hình 1.7 Sơ đồ mơ tả nguyên lý cấu của động cơ tự nâng stator không lõi thép

1.2 Khái quát về lực Lorentz áp dụng cho động cơ tự nâng stator không lõi thép
Nam châm của rotor có cường độ từ trường B, tác động với thanh dẫn có chiều dài ℓ có dịng điện I chạy
qua, một lực F tính bằng cơng thức của định luật Lorentz:

F  B I sin 


1.3 Cơ chế tạo lực ổ ntừ

(1.2)



r

r



n

Y

a) Xét
Vỏ khi
théprotor đứng im khe hở khơng khí đồng đều
Xét sơ đồ ngun lý động cơ như trên hình 1.8, ta có lực F-ad.

Thanh dẫn

B



 F a
F

S
 d

 F a


 F d


 B I  a sin  0
 N
B I  d sin(  0   )
 B I  a sin(  0 


2

)

   
  B I  d Bsin(
0

n dẫn
r –ad:
Tổng hợp lực cho thanh
 +ad rvà thanh dẫn


Vỏ thép


a f
b + -  +e
+
f +
- a
t
d+
B
c++
+ b
e - X
c
- +  d ++
+ -

n


2

(1.3)

)

Y

a f
b + -  +e
(1.4)

+
f +

t
a
d+
+
Thanh dẫn
B
c+
0
+
Khi chọn góc θ0 = 45 , ta có đồ thị véc tơ lực sinh ra do cuộn a và d được btrình bày trên-Hình
X 1.8
e
c
d
+
++

+ B
B
 F ad  2 B I  ad sin  0



F ad  2 B I  ad sin(  0  )

2
S

N

4


Y

+a

-a

F ad

0



X

Fad
F ad
+d

-d

Hình 1.8. Đồ thị véc tơ lực do cặp cuộn dây a-d tác động lên rotor
Tổng hợp lực cho các thanh dẫn ad ta có:

Fad  2 2B iaf sin 
Trong đó:   0 



2




4

 0 

3
4

(1.5)

Chiếu lực này lên hai trục X-Y ta thu được hai thành phần lực Fx và Fy.

 Fxad  Fad cos 

 Fyad  Fad sin 
Với

(1.6)

 x   y   , cường dộ dòng điện I ad  Ibe  I cf ta có tổng hợp lực của các pha:

 Fad  2 2 B iaf sin 

2


f
 Fbe  2 2 B ib sin(   )
3

2

f
 Fcf  2 2 B ic sin(   3 )

(1.7)

Do thanh dẫn cố định nên ba lực Fad ,Fbe ,Fcf sẽ tạo phản lực tác động lên rotor ký hiệu là

Fadr ,Fber ,Fcfr . Ba lực đẩy này tác động lên rotor giữ cho rotor cân bằng tạo chức năng tương tự như ổ từ giữ
cho rotor đồng tâm. Chiếu các lực lên hai trục X-Y ta có:


 Fxad  Fad cos  ; Fyad  Fad sin 

2
2

); Fybe  Fbe sin(  
)
 Fxbe  Fbe cos(  
3
3

2

2

 Fxcf  Fcf cos(   3 ); Fycf  Fcf sin(   3 )
b) Khi rotor quay khe hở khơng khí δ đồng đều
Từ (1.7) suy ra lực tác động của thanh dẫn lên rotor khi rotor quay với tốc độ góc t là:

5

(1.8)



 Fad  2 2 B iaf sin(   t )

2

f
 t )
 Fbe  2 2 B ib sin(  
3

2

Fcf  2 2 B icf sin(  
 t )

3


(1.9)


c) Trường hợp khi khe hở khơng khí δ không đồng đều do lệch tâm rotor

N

S

Cuộn dây

Cuộn dây

Khi rotor bị lệch tâm (xem Hình 1.9) ta có sai lệch trên trục X và Y là ∆x và ∆y.

Y

Fy
Fx

0 x

X

y

Hình 1.9 Mơ tả sự lệch tâm rotor của động cơ tự nâng không lõi thép
Chiếu ba lực này lên trục X-Y ta có hai dịng điện

ix và

iy và ra lực ổ từ trên trục X-Y là:



Fx  k fx ix


Fy  k fy iy
Khi rotor quay ta có thể biểu diễn véc tơ dòng điện tổng quay ngược với chiều quay rotor là i

(1.10)
f

biểu diễn

trên ba trục a-d, b-e và c-f là:

iadf  ix cos t  i y sin t

 f
ibe  ix cos(t  2 / 3)  i y sin(t  2 / 3)
 f

icf  ix cos(t  4 / 3)  i y sin(t  4 / 3)

(1.11)

1.4 Cơ chế sinh mô men quay
Từ cơng thức (1.2), dịng điện tạo mơ men là dịng điện xoay chiều ví dụ đối với cuộn dây a-d ta cấp cho
dòng điện xoay chiều:
T
iad

 I m cos

Dòng điện này sẽ tác động với từ trường B tạo nên ngẫu lực quay rotor (xem Hình 1.9)

6

(1.12)


Tổng mô men tác dụng do cuộn a-d gây nên:

Y

M ad  2B r cos 0    sin 0   I m cos

T
a

F +a

(1.13

Ta cung cấp cho dòng điện xoay chiều cho ba cặp cuộn
dây a-d, b-e, c-f để sinh mô men:

-a
FTa

N
S


T
d

X

F
-d

+d
FTd

T
iad
 I m cos
T
ibe  I m cos(  2 / 3)
T
icf  I m cos(  2 / 3)

(1.14

Hình 1.10. Phân tích thành phần lực
tạo mô men của động cơ tự nâng stator
không lõi thép
Ta có mơ men do ba cặp cuộn dây ad, be và cf tạo nên được tính:


 M  k cos   t   sin   t   I cos
m 

0
0
 m
 ad


2
2
2





 t   sin   0 
 t   I m cos( 
)
 M be  km cos   0 
3
3
3










2
2
2



 M cf  km cos   0 
 t   sin   0 
 t   I m cos( 
)
3
3
3









(1.15)

Trong đó km  2B r . Từ (1.14) và (1.15) ta có:

ia ,d  iaf,d  iaT,d

f
T

ib,e  ib,e  ib,e

f
T
ic,f  ic,f  ic,f

(1.16)

Dòng điện stator là tổng của hai thành phần dòng điện tạo ra lực ổ từ và mơ men quay. Do đó, nó được biểu
diễn thành:
ia ,d  ix cos t  iy sin t  I m cos

ib,e  ix cos(t  2 / 3)  iy sin(t  2 / 3)  I m cos(  2 / 3)

ic,f  ix cos(t  4 / 3)  iy sin(t  4 / 3)  I m cos(  2 / 3)

Với góc    o  t

7

(1.17)


CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TỰ NÂNG STATOR KHƠNG LÕI
THÉP DÂY QUẤN RẢI
2.1 Mơ hình động cơ tự nâng stator không lõi thép dây quấn rải
Trong chương một đã khái qt về mơ hình động học của động cơ tự nâng không lõi thép stator có
dây quấn dạng thanh. Ta thấy các phương trình mơ tả về lực nâng và mô men phức tạp rất khó áp dụng để
tbieets kế điều khiên. Luận án đề xuất xây dựng mơ hình động cơ tự nâng stator khơng lõi thép (TNSKLT)
mới với stator dây cuốn có sáu bối dây, cuốn rải theo chu vi của stato như ảnh Trên Hình 2.1a là mặt cắt

đứng của mơ hình động cơ TNSKLT: Rotor là nam châm vĩnh cửu hình trụ được từ hóa đều với cường độ từ
trường B, để khép kín mạch từ cho từ trường người ta bao xung quanh động cơ bởi một vỏ thép quay cùng
với rotor. Rotor được nối với tải thử nghiệm là máy phát một chiều (MFMC) qua khớp nối mềm, như vậy
trục Z của động cơ được cố định hai trục ngang X-Y được thả lỏng. Các bộ phận ghép nối được làm bằng vật
liệu nhôm để cách từ. Stator là dây quấn rải Hình 2.1b là hình ảnh cuộn dây. Nguyên lý triển khai dây quấn
trên Hình 2.1c và Hình 2.1d, ta thấy sơ đồ bố trí các ba cặp cuộn dây a-d, b-e, c-f theo chu vi stator. Như vậy
động cơ có hai khe hở: δ là khe hở giữa cuộn dây stator và rotor và δn là khe hở ngoài giữa cuộn dây stator
và vỏ thép, hai khe hở này đều liên quan chặt chẽ với nhau, nên ta chỉ cần điều khiển giữ δ không đổi là giữ
cho tổng khe hở khơng khí khơng đổi.

Khung
nhơm

2

TẢI
MFMC

Khớp nối
mềm

Vỏ thép

Đế nhôm
n

Cuộn dây stato
trên khung nhựa

Giá đỡ nhôm



S

N

Rô to

-c

-e

a)

+e +f

+d -b

-a

+a

+b -f

b)

+c -d

c)


+b

Y

Y

Y

-a

+f

Jb

I ad

-e
-f

+a

I be

X
X

-b

X


-c

+e

-d

+c
I cf

d)

Hình 2.1 Sơ đồ cuốn dây stator của mơ hình động cơ tự nâng stator khơng lõi thép
f

Do ta nối -a và +d và cấp cho cặp thanh dẫn dòng điện iad vào hai đầu +a và -d để tạo lực từ Fad , để
f

xác định véc tơ lực từ Fad ta phải dựa vào véc tơ dòng điện I ad tương ứng cho cặp cuộn dây a-d.
2.1.2 Lực ổ từ của mơ hình động cơ tự nâng stator không lõi thép
Lực nâng của động cơ tự nâng stator khơng lõi thép có độ lớn được tính:


 Fad  kn B iadf sin(   t )

2

f
 t )
 Fbe  kn B ibe sin(  
3


2

Fcf  kn B icff sin(  
 t )

3


8

(2.1)


  0 

kn 

2N




2

.

 0 là

pha của véc tơ pha a-d so với trục X là 450 (xem hình 2.3a), I f  kni f ,


kqd
Y

Y

Fad

t

I cff

0

I adf

0

t
Fcf

X

B

X

B

I bef


Fbe

a)

b)

Hình 2.2 Đồ thị véc tơ dòng điện đẳng trị cho ba cặp cuộn dây (a). Đồ thị véc tơ lực ổ từ của rotor tác
động lên ba cặp cuộn dây (b)
f
f
f
Véc tơ dòng điện tạo lực ổ từ I a ,Ib ,I c được trình bày trên Hình 2.2a. Theo (2.1) ta có ba véc tơ lực

từ Fad ,Fbe ,Fcf quay cùng với tốc độ rotor, tác động của rotor lên ba cặp cuộn dây được trình bày trên Hình
r
2.2b. Do ba cặp cuộn dây đứng im nên sinh ra phản lực tác động từ cuộn dây lên rotor Fad
,Fber ,Fcfr được biểu

diễn trên Hình 2.3a
r
,Fber ,Fcfr lên hai trục X-Y ta có lực các cuộn dây tác động lên rotor được chiếu lên hai trục X
Chiếu ba lực Fad

và Y.

2
2

Fxad  Fadr cos(   t ); Fxbe  Fber cos(  

 t ); Fxcf  Fcfr cos(  
 t )


3
3

 F  F r sin(   t ); F  F r sin(   2  t ); F  F r sin(   2  t )
yad
ad
ybe
be
ycf
cf

3
3


(2.2)

Tổng hợp lực trên trục X và Y được trình bày trên hình 2.3b:

 Fx  Fxad  Fxbe  Fxcf

 Fy  Fyad  Fybe  Fycf
Fadr

(2.3)


Y

Y

r
yad

F

Fcfr

Fy

r
Fycf

t
r
Fxad

X

Rô to

Fxcfr

Fx

Fx


X

Fy

r
Fybe

Fber
a)Lực quay (Fad, Fbe, Fcf)

b) Lực tĩnh (Fx, Fy)

Hình 2.3 Đồ thị véc tơ dịng điện đẳng trị cho ba cặp cuộn dây chiếu lên trục X-Y

9


Xét chế độ tĩnh ở vị trí ban đầu với ωt = 0 và rotor đồng tâm ta có các lực thành phần được biểu diễn trên
f
f
f
f
Hình 2.4a với I oad  I obe  I ocf  I0

- Lực ổ từ theo trục X

 Fx  Fx  Fx
 
r
r

 Fx  Fxad  Fxbe
 
r
 Fx  Fxcf

(2.4)

 Fy  Fy  Fy

 
r
 Fy  Fxbe
 
r
r

 Fy  Fyad  Fycf

(2.5)

Lực ổ từ theo trục Y

Để kiểm tra mơ hình lực ổ từ ta thay số liệu ở trạng thái rotor đứng im với  

3
và t  0 , tính tốn ta
4

có:


 
3
7 
r
r
f 
 Fx  Fxad  Fxbe   B I o cos 4  cos(  12 )




f
f
 0,5B I o  0,707  0, 258  0,5B I o  0,965



r
 Fx  Fxcf
  B I of cos   0,5B I of  0,965

 12 

(2.6)

 
3

r
r

f 
 Fy  Fyad  Fycf   B I o  sin 4  sin 12 




f
f
  B I o  0,707  0, 258   B I o  0 ,965

 7 
r
 Fy   Fybe
  B I of  sin   B I of  0,965

 12 


(2.7)

Từ (2.6) và (2.7) ta thấy khi rotor đồng tâm (sai lệch vị trí bằng khơng) ta có:

 Fx  Fx

 
F  Fy

 y

(2.8)


Từ (2.8) của mơ hình lực ổ từ của động cơ TNSKLT được biểu diễn trên trục X-Y như trên Hình 2.4a
Khi rotor lệch tâm (Hình 2.4b), hệ điều khiển sẽ tạo ra Fx và Fx để khử sai lệch theo trục X ( x  0 ),




lực Fy và Fy để khử sai lệch theo trục y ( y  0 ) bằng giải pháp điều khiển dòng điện tạo ra lực để kéo
sai lệch ∆x = 0 và ∆y = 0.


 Fx  k f ix


 Fy  k f i y

10

(2.9)



Y Fy

Y

Fy

Fy


a)

Fx

Rơ to

Fx

Fx

Fx

Fx

X
Rơ to

Fy

Fx

X

Fy

Fy

a)

b)


Hình 2.4 Lực ổ từ của động cơ TNSKLT khi hệ đứng im khi đồng tâm (a) và khi lệch tâm (b) trên tọa độ X-Y
2.1.3 Mô men quay động cơ tự nâng stator không lõi thép
Sử dụng tính chất vật lý tạo ra sức từ động của từng cặp bối dây khi cấp cho ba cặp bối dây động cơ
dòng xoay chiều:
T
iad
 I m cos
T
ibe  I m cos(  2 / 3)
T
icf  I m cos(  2 / 3)

Trong đó    0  t với  0 


4

(2.10)

. Đồ thị véc tơ dịng và từ trường được trình bày trên Hình 2.5.
q

Y (t )

I adT

I beT
0 


t

X


4

d

B

I cfT

Hình 2.5 Đồ thị véc tơ dòng điện đẳng trị của động cơ tự nâng không lõi thép
Dùng phép biến đổi véc tơ cho máy điện ta có thể chọn véc tơ tổng I s trùng với trục q như trên hình 2.6. Với
mơ hình nghiên cứu động cơ tự nâng stator không lõi thép, do điện cảm Ls động cơ rất nhỏ (Ls= 0,006 mH),
nếu động cơ chạy với tần số 1000Hz (60.000v/f) thì giá trị điện kháng stator chỉ cỡ 0,037Ω, so với điện trở
stator 3,2Ω (xem số liệu động cơ ở Bảng 3.1) (điều này tương tự như máy điện đồng bộ làm việc trong chế
độ thuần trở) dẫn đến véc tơ dòng điện tổng I s trùng pha với véc tơ sức điện động cơ

E , tức là véc tơ dòng

điện tổng I s trùng với trục q. Điều này có nghĩa là dịng stator khơng có thành phần trợ từ hoặc diệt từ

( sd  Ls .I sd  0 ) .
11


q


2

2
 I s  3 ( I a  aI b  a I c )

2
j

a  e 3

Y

Is

t

T
I ad

T
I be

d
r

X

(2.11)

I cfT


Hình 2.6 Biểu diễn dịng điện stato
động cơ trong khơng gian véc tơ
Từ thơng rotor  r được tính bằng cường độ từ trường nhân với diện tích cực từ rotor:

1
 r   r B(Wb )
2
Mô men động cơ được tính:
Trong đó kM



M  kM r I sm  kM r I sm

1
Nkdq r
2

(2.12)
(2.13)
\

2.2 Mơ hình điều khiển động cơ tự nâng stator khơng lõi thép
2.2.1. Phân tích phương pháp điều khiển
a. Cấu trúc điều khiển động cơ tự nâng stator không lõi thép dạng thanh (dạng I)
Cấu trúc điều khiển của động cơ tự nâng stator không lõi thép dạng I như trên hình 2.7
- Hệ có hai đại lượng cần điều khiển là vị trí rotor (X và Y) và tốc độ động cơ (ω). Như vậy hệ điều
khiển có hai kênh điều khiển: Điều vị trí rotor và điều khiển tốc độ động cơ. Hai đại lượng điều khiển gồm:
Dòng điện tạo lực ổ từ I kf là dòng một chiều để điều khiển vị trí rotor và dịng điện tạo mơ men I kT để điều

khiển tốc độ là dòng xoay chiều. Hai dòng điện này được điều khiển riêng rẽ sau đó tổng hợp đưa vào bộ
khuếch đại nguồn dòng cấp cho các thanh dẫn của động cơ.
- Đại lượng nhiễu đối với kênh điều khiển tốc độ là mô men tải Mc, nhiễu xen kênh từ sai lệch vị trí
rotor ảnh hưởng tới lực sinh mô men. Nhiễu đối với kênh vị trí là lực cản do trọng lực rotor Fc và nhiễu lực
ly tâm là D.
Kênh điều khiển tốc độ có bộ điều khiển tốc độ có đại lượng ra là biên độ cực đại dòng xoay chiều Im
được qua bộ biến đổi theo (1.14) trong đó  


4

 t . Tốc đô động cơ ω lấy từ bộ đo resolver ta được ba

T T T
,ibe ,icf ) .
dòng xoay chiều ( iad

Kênh điều khiển vị trí có hai bộ điều khiển theo trục X và bộ điều khiển vị trí trục Y với lượng đặt là
kích thước khe hở khơng khí δ (khơng đổi) tín hiệu vị trí lấy từ hai bộ đo khoảng cách ở hai trục X-Y. Đầu ra
hai bộ điều khiển vị trí là tín hiệu hai dòng điện ∆ix và ∆iy. Qua bộ biến đổi tọa độ (X-Y )→(a-d, b-e,c-f) theo
(1.11). Đặc điểm của phương pháp điều khiển vị trí là điện lực nâng chỉ xuất hiện khi có sai lệch tức là khi
khơng có sai lệch rotor được thả lỏng. Dòng tạo lực là xoay chiều có cùng tấn số quay với rotor nhưng chiều
r
quay thì ngược lại do dùng biến đổi (1.11) ba lực nâng ( Fad
,Fber ,Fcfr ) sẽ đứng im đó với rotor. Ưu điểm của

phương pháp này là hiệu suất động cơ cao vì dịng tạo mơ men được phát huy nhiều nhất. Nhược điểm của
phương pháp này là khi ổn định vị trí rotor sẽ tạo ra mơ men hãm ngược gây dao động tốc độ.

12



y
y*

- y

+

I y

BKĐ A

iad

I *ad

+a

a-d,b-e,c-f

-d

+
Bộ điều khiển vị trí

BKĐ B

+


ibe

*
I be

I cf*

icf

I x

X-Y

BKĐ C

+

+c
-f

+







+


Bộ điều
khiển
tốc độ

-

I sm



Reslover

T
I ad

cos
*

cos( 

2
)
3

cos( 

2
)
3


N

-e

+

- x

+

X
S

+b

x

x*

Y

T
I be

I cfT


d/dt

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý cấu trúc điều khiển động cơ stator tự nâng không lõi thép dạng I

b. Cấu trúc điều khiển động cơ tự nâng stator không lõi thép (dạng II)
Cấu trúc điều khiển động cơ tự nâng stator không lõi thép dạng II đươc trình bày trên Hình 2.8,
về cơ bản cấu trúc dạng II cũng giống dạng I có hai kênh điều khiển tốc độ và vị trí. Có sự khác nhau là cấu
f

trúc dạng II ln tồn tại dịng I 0 như phân tích ở 2.1.2. Như vậy rotor ln được giữ chặt bởi lực nâng liên
tục. Ưu điểm của phương pháp này là vị trí rotor sẽ bền vững với nhiễu, nhưng nhược điểm là sẽ tiêu tốn
điện năng so với phương pháp dạng I và hiệu suất động cơ sẽ thấp. Sự khác biệt tiếp là khâu biến đổi tọa độ
vì dịng lực nâng là một chiều nên bộ biến đổi tọa độ sẽ là bộ biến đổi tĩnh 2→3.
Biến đổi tọa độ ( ix ,i y )  ( iad ,ibe ,icf ) .
Khi hệ có sai lệch vị trí rotor hệ điều khiển sẽ tạo ra hai dịng điện trên hệ tọa độ X-Y là ∆ix ≠ 0 và ∆iy ≠
0 ta cần phải biến đổi hai tín hiệu dòng ( ix ,i y ) sang dòng trên cặp cuộn dây (a-d, b-e, c-f) là

( iad ,ibe ,icf ) như trên Hình 2.9a

I 0f

-

y

y*

y

iad

ix

+


+

-

x*

x

+

+a
-d

+

Y

f
I beo

I 0f

X Y

Điều khiển ví trí

x

BKĐ A


I *ad

BKĐ B

ibe

*
I be

+ +
I
i y

icf

-e

I cf*

+

BKĐ C
+c
-f








+

-

Bộ điều
khiển
tốc độ



I sm

Reslover

T
I ad

cos
*

cos( 

2
)
3

cos( 


2
)
3

N

f
0

+

ad  be  cf

X
S

+b

T
I be

I cfT


d/dt

Hình 2.8 Sơ đồ cấu trúc điều khiển động cơ tự nâng stator không lõi thép dạng II

13




ix

iad

ad  be  cf

ibe
i y

icf

x, y
Y

Y

a)

A
I ad

B
i y

i






I be

4

X
ix

X
I cf

C

b)

Hình 2.9 Sơ đồ biến đổi dịng điện hệ trục (X-Y ) sang (a-d, b-e, c-f)
Phương pháp biến đổi dòng điện biến thiên dòng trên cùng hệ tạo độ (X- Y) là ( ix ,i y ) sang dòng

( iad ,ibe ,icf ) như sau:
Ta tính được:

i  i 2  i 2
x
y


i
 sin   y


i

(2.14)

Vì vậy bản chất của phép biến đổi là chuyển đại lượng véc tơ i với biên độ là i và góc pha là 
sang ba véc tơ ( iad ,ibe ,icf ) ở hệ tọa độ tĩnh ba pha (A,B,C) cùng trên mặt phẳng (X-Y) (xem Hình
2.10b). Vị trí véc tơ i là góc  phụ thuộc vào sai lệch rotor ( x,y ) và độ lớn của véc tơ i phụ thuộc
vào giá trị dịng ( ix ,i y ) hay có thể nói là độ lớn của sai lệch ( x,y ) .

2.3 Động lực học quá trình điện từ động cơ TNSKLT
2.3.1 Động lực học mạch phần ứng
Giả thiết ba cuộn dây có thơng số giống nhau, khơng có nối điện với nhau, đặt cách nhau đúng 1200, ta
có phương trình điện áp cho từng thành phần cho một pha:
Quá trình điện từ mạch stator đối với dịng tạo lực nâng

usf

dicf
 Ls
 isf .Rs
dt

(2.15)

14


- Q trình điện từ đối với dịng tạo mơ men quay

usT  e( t )  Ls


dist
 RsisT
dt

(2.16)

Từ (2.17) và (2.18) ta xây dựng được sơ đồ thay thế mạch phần ứng cho quá trình tạo lực nâng được
trình bày trên Hình 2.10a và sơ đồ thay thế mạch phần ứng cho q trình tạo mơ men quay được trình bày
trên Hình 2.10b. Trong đó

U sf và U sT là điện áp của stator ứng với quá trình tạo lực nâng và tạo mô men

quay, Es là sức điện động xoay chiều cảm ứng, R là điện trở và L là điện cảm mạch phần ứng.
Rs

Rs

Ls

U sf

I sT

Es

I sf

Ls


U sT

a)

b)

Hình 2.10 Sơ đồ thay thế một pha mạch phần ứng của động cơ TNSKLT
2.3.2 Động lực học mạch vòng điều khiển lực nâng
Phương trình chuyển động theo trục X

dvx

F

F

m
x
cx

dt

dx

v x 
dt

 Fx  k f ix




(2.17)

Phương trình chuyển động theo trục Y

dv y

F

F

m
 y
cy
dt

dy

v y 
dt

 Fy  k f i y



(2.18)

Trong đó: x(m), y(m) là vị trí rotor tính theo trục X và trục Y được phát hiện bởi cảm biến vị trí;
m(kg) khối lượng rotor; Fcx(N), Fcy(N) là lực cản của rotor quy đổi về trục X và trục Y; Fx(N), Fy(N) là lực
đẩy động cơ sinh ra quy về trục X và trục Y được sinh ra do dòng điện của ba cuộn dây stator quy về trục

X và trục Y, ta có mơ hình đối tượng điều khiển vị trí rotor của động cơ được trình bày trên Hình 2.11.

15


Fx

Ix
k fx

Fcx

-

1 vx
ms

+

1
s

x

1
s

y

Fcy

Iy

Fy
k fy

-

1
ms

+

vy

Hình 2.11 Cấu trúc đối tượng điều khiển vị trí rotor
Đại lượng tác động của vị trí là lực thơng qua đại lượng dịng điện Ix và Iy, hai dòng điện này do ba dòng
f

f

f

điện một chiều I ad ,I be ,I cf tạo nên được chiếu trên trục X-Y.
2.3.3 Động lực học chuyển động
Vấn đề về chuyển động quay của rotor: Trục rotor của mơ hình động cơ TNSKLT được nối với tải bởi
khớp mềm. Do góc lệch của mặt rotor nhỏ β≤3.50 nên có thể giả thiết bỏ qua thay đổi mơ men qn tính, tức
là dJ/dt = 0. Mặt khác khi khe hở không khí thay đổi sẽ gây ra mơ men động cơ thay đổi cũng được giả thiết
gần đúng bỏ qua, ta có phương trình động học chuyển động của động cơ:

M dc  M c  J


d
dt

(2.19)

Từ (2.22) ta có mơ hình đối tượng điều khiển mơ men được trình bày trên Hình 2.12

Mc
I sm

M

k M r

-

+

1 
Js

Hình 2.12 Mơ hình đối tượng điều khiển mô men
Đại lượng tác động tốc độ động cơ là mô men, mô men động cơ được điều khiển bởi dịng điện tạo mơ
T

T

T


men I ad ,I be ,I cf thông qua điều khiển biên độ cực đại của ba dòng điện này Ism.

16


CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TỰ NÂNG STATOR KHƠNG LÕI THÉP
3.1 Tổng hợp mạch vịng tốc độ
Trên Hình 3.1 là sơ đồ cấu trúc mạch vịng điều khiển tốc độ:
Mc

*

u
dN/dt

+

-

k IT I sm
1  sTi

R

km r

M

-


+

1 
Js

Hình 3.1 Cấu trúc mạch vòng điều khiển tốc độ động cơ
Áp dụng tiêu chuẩn mô đun tối ưu bậc ba để tổng hợp bộ điều khiển tốc độ. Ta được hàm truyền bộ
điều khiển tốc độ là PI. Cụ thể:

FR ( s )  k R

1  s R
s R

(3.2)

J
1
; R  4Ti khâu tao gia tốc là
Với k R 
km kit
1  4Ti s
3.2 Tổng hợp mạch vòng điều khiển vị trí
Mạch vịng điều khiển vị trí được trình bày trên Hình 3.2

Hình 3.2. Cấu trúc điều khiển vị trí PD có hai mạch vịng nối song song
- Điều khiển tốc độ chuyển dịch vị trí Rv(x,y):
m

k Rvx  2k .T

f i


m
k 
 Rvy 2k f .Ti


(3.3)

- Điều khiển vị trí R(x,y):
1

k Rx  2 ; vx  2Ti
vx


1
k Ry 
; vy  2Ti

2 vy

(3.4)

17


Cấu trúc này có ưu điểm là đáp ứng nhanh, tuy nhiên lại không khử được sai lệch nhiễu tải và nhiễu
ngoại nên thường phải thiết kế thêm điều khiển Feedforward bù nhiễu. Để khắc phục được nhiễu D ta phải

thiết kế bù nhiễu theo điều khiển feedforward. Để thiết kế bù nhiễu có hai điều kiện: Phải đo hoặc ước lượng
được nhiễu D và phải nhận dạng được hàm truyền trong mạch điều khiển bù. Thực tế nhiễu ngoại xuất hiện
là ngẫu nhiên nên cần phải dùng bộ quan sát nhiễu. Ta có hai mạch đo vị trí x và y và có biểu thức tính tốn
lực ly tâm nên quan sát và ước lượng nhiễu có thể thực hiện được tuy nhiên trong giới hạn nội dung của bản
luận án này là tập trung vào một giải pháp loại bỏ nhiễu, khi mô phỏng ta giả thiết đo được nhiễu theo nhiễu
đưa vào hệ là D  D . Để thiết kế điều khiển bù nhiễu ta chọn nhiễu có dạng hàm điều hịa. Dạng nhiễu này
phù hợp lực ly tâm khi động cơ quay. Chọn điểm tác động của tín hiệu bù nhiễu tại đầu ra bộ điều khiển vị
trí. Cấu trúc bù nhiễu dùng điều khiển Feedforward được trình bày trên Hình 3.5.
Bộ điều khiển
Vị trí có bù nhiễu

kf

+

1  sTi

+

I *x,yf

Fx,y

+

I x,y

D

- +


+

+

-

Fc

GFF

+

k Rx,y

I 0f

+

x* , y*+

D

x, y
1
s

1
ms


k Rv

vx,y

-

+

v*x,y  0

s

Hình 3.3 Cấu trúc điều khiển vị trí PD có hai mạch vịng nối song song có bù nhiễu
Từ cấu trúc điều khiển hình 3.5 ta có thể viết
kf
 *f
 1
 Fc  D  2  ( x, y )
( I x,y  GFF D )
1  sTi

 ms

(3.5)

Biến đổi biểu thức (3.5):
 * f k f
kf
 
 1

 Fc    GFF
D  D   2  ( x,y )
 I x,y
1

sT
1

sT
i
i
 
  ms


(3.6)

Thiết kế hàm Feedforward:
GFF( s ) 

1  sTi
kf

(3.7)

Thay (3.7) vào (3.6) ta được:
 * f k f
 1

 Fc   D  D  2  ( x, y )

 I x,y
1  sTi
 ms







(3.8)

Về nguyên tắc ta phải thiết kế khâu ước lượng được nhiễu, như trên đã giả thiết trong phạm vi bài báo giả
thiết đã ước lượng được nhiễu D  D Thay vào (3.5) ta nhận được:
 * f kf
 1
 Fc  2  ( x, y )
 I x,y
1

sT
i

 ms

(3.9)

Như vậy nhiễu D đã được khử.
3.4 Mô phỏng hệ điều khiển động cơ tự nâng stator không lõi thép
Số liệu mơ hình nghiên cứu động cơ tự nâng stator khơng lõi thép được trình bày trên Bảng B3.1

18


Bảng 3.1 Số liệu động cơ TNSKLT
Thông số stator

Thông số rotor
Đại lượng

Giá tri

Đại lượng

Giá trị

  0,5( mm )

Cường độ từ trường

B  0,49(T )

Khe hở khơng khí

Khối lượng rotor

m  0,04( kg )

Số vòng dây của 1 pha

 0,02( m )


Chiều cao rotor

r  0,01( m )

Bán kính rotor

Mơ men qn tính

J  2.106 ( kgm 2 )

Dịng điện định mức
cho lực từ

I Nf  1( A )

Thông số thí nghiệm và tính tốn

52 vịng

Rs  3,2

Điện trở

Đại lượng

Lực từ định mức
Hệ số lực từ

k f  1(


N
)
A

M N  0,065( Nm )
kM  0,045(

Nm
)
A

ke  0,0141

V
v/ p

Ls  0,006mH

Hệ sơ mơ men

Dịng điện định mức
cho mơ men

I NT  1,45( A )

Hệ số sức điện động

nN  4500( v / p )


Fc  1( N )

Mô men định mức

Điện cảm

Tốc độ định mức

Giá trị

Hằng số thời gian
cuộn dây stator

Ti  0,19( ms )

Kịch bản mô phỏng hệ điều khiển:
Đầu tiên cho tốc độ bằng khơng vị trí sai lệch ban đầu theo hai trục x, y được đặt lần lượt là x = - 0.3
mm, y = + 0.3 mm. Tại thời điểm 1 giây cho khởi động động cơ đến 4500 v/p sau đó làm việc ổn định, tại 4
giây cho động cơ đảo chiều. Tác động của nhiễu: Bắt đầu từ 1 đến 1,7 giây cho nhiễu có dạng hàm điều hịa
Dy = 1.
và Dx = 1.
. Đáp ứng của hệ trình bày trên Hình 3.6.
a) Dạng nhiễu tác động

b) Đáp ứng vị trí khi có tác động của nhiễu

c) Đáp ứng biến thiên dòng điện sinh lực từ khi
có tác động của nhiễu

d) Đáp ứng vị trí khi có điều khiển bù nhiễu


e) Đáp ứng biến thiên dịng điện sinh lực từ khi
có điều khiển bù nhiễu

f) Đáp ứng tốc độ khởi động làm việc ổn
định và đảo chiều

19


g) Đáp ứng dịng điện sinh mơ men quay động cơ

Hình 3.4 Kết quả mơ phỏng hệ điều khiển động cơ tự nâng stator không lõi thép
Nhận xét:
1- Cấu trúc điều khiển khi có lực ban đầu Fo, rotor sẽ được giữ chặt nên có khả năng chống nhiễu, tuy
nhiên với nhiễu lực ly tâm hệ điều khiển không khử được hết, mặc dù sai lệch vị trí nhỏ nhưng rotor
vẫn bị dao động.
2- Khi có nhiễu lực ly tâm có tần số cao và biên độ lớn nên để kháng nhiễu ta cần sử dụng điều khiển
bù nhiễu. Hiệu quả của điều khiển Feedforward nhiễu có hiệu quả tốt tác động nhanh, do q trình
điện từ của dịng điện và lực từ nhanh hơn quá trình chuyển dịch vị trí.
3- Đáp ứng tốc độ và địng điện sinh mơ men quay phù hợp với động học của mạch vòng điều khiển tốc
độ.

20


CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ TNSKLT VÀ THỰC NGHIỆM
4.1 Cấu trúc xây dựng mơ hình thử nghiệm
Để kiểm chứng kết quả nghiên cứu trong chương 2 và 3, ta xây dựng mơ hình thực nghiệm ta dùng thiết
bị mô phỏng HIL với hệ điều khiển DSP1104 nối với máy tính có cài phần mềm Matlab&Simulink,

Controldesk và mạch lực động cơ như trên hình 4.1.

BKĐD A

iuad

+a
-d

Y

BKĐD B

MÁY TÍNH

iube

CARD DSP 1104

X

S

+b

N

-e

BKĐD C


iucf

 Máy phát điện
một chiều

+c
-f



Encorder

Điện trở tải

Hình 4.1 Mơ hình thử nghiệm động cơ tự nâng stator khơng lõi thép
4.2 Kết quả xây dựng mơ hình
Hình ảnh hệ thống thực nghiệm bao gồm các thiết bị như trong Hình 4.2

Hình 4.2 Hình ảnh hệ thống thực nghiệm
4.3

Thực nghiệm xác định thông số ban đầu
a. Kiểm tra thông số sức điện động

- Thí nghiệm đo sức điện động động cơ: Tiến hành sử dụng máy điện một chiều 12VDC kéo động cơ tự
nâng stator khơng lõi thép sau đó đo điện áp trên đầu của một cuộn dây một pha để tính sức điện động: Sử
dụng đồng hồ đo sức điện động. Sử dụng máy đo tốc độ kế quang học để đo tốc độ động cơ SSBM.
Đo động cơ SSBM bằng đồng hồ Fluke có thơng số như trong bảng sau:
Bảng 4.1 Đo thông số động cơ tự nâng không lõi thép

Thông số

1

2

3

4

5

6

7

8

n (v/p)

200

500

1000

2000

2500


3000

3500

4500

Epha (V)

0,27

0,67

1.4

2,9

3,6

4,3

4,9

6.40

21


Từ đây tính ra hệ số sức điện động gần đùng: ke  00141(

V

) . Thí nghiệm đo điện trở điện cảm
v/ p

stator. Thực hiện bằng thiết bị đo cầu đo LCR 821
Giá trị điện trở một pha stator R = 3,2Ω, điện cảm L= 0,006 mH
b. Thí nghiệm dạng sức điện động động cơ tự nâng stator không lõi thép
Xác định dạng sức điện động bằng cách cho máy điện một chiều quay động cơ tự nâng không lõi
thép và dùng thiết bị đo là osciloscop ghi lại dạng sóng sức điện động được trình bày trên Hình 4.3. Với dạng
sóng hàm điều hịa như vậy cho thấy giả thiết của chương 2 (động cơ có stator là dây cuốn rải và rotor là từ
trường tập trung) là đúng.

Hình 4.3 Dạng sóng sức điện động tự nâng khơng lõi thép a) Lúc bắt đầu khởi động
c. Thí nghiệm xác định vị trí cực từ của từ trường rotor
Do khơng có Resolver nên cần thí nghiệm để xác định cực từ rotor bằng phương pháp: Cho dòng điện
vào một cuộn dây a-d do tác dụng của lực Lorentz nên rotor chuyển động về vị trí 450, trùng với véc tơ dịng
điện đẳng trị I ad rotor dừng (do góc lệch giữa véc tơ từ trường và dịng điện bằng khơng).
4.4 Thử ngiệm về điều khiển
- Sử dụng cấu trúc điều khiển vị trí là điều khiển PD và điều khiển tốc độ là PI
- Kịch bản thử nghiệm:
+ Tiến hành kiểm tra từng bộ điều khiển, đầu tiên là bộ điều khiển vị trí. Vị trí ban đầu của rotor là x
= 0.5 mm, y= 0.5 mm, tại thời điểm 0.8s kích hoạt bộ điều khiển vị trí. Kết quả thu được như Hình 4.4. Lúc
này vị trí của rotor được đưa về vị trí cân bằng chỉ sau 0.12s, dòng điện Ix và Iy thay đổi tương ứng và được
giới hạn từ -1A đến 1A.
a) Đáp ứng vị trí trục x,y (mm)

b) Đáp ứng dịng điện ix, iy (A)

Hình 4.4 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển vị trí
+ Sau khi bộ điều khiển vị trí hoạt động, động cơ được đưa về vị trí cân bằng, tiến hành tăng tốc độ
động cơ từ 0 v/p đến 4500 v/p, kiểm tra đáp ứng tốc độ và sự thay đổi vị trí rotor được kết quả như Hình

4.5a. Lúc này đáp ứng vị trí (Hình 4.5b) theo trục x, y có dao động tuy nhiên giá trị nhỏ, sai lệch vị trí lớn
nhất chỉ là < 0.03 mm qua đó cho thấy bộ điều khiển vị trí hoạt động tốt ngay cả khi động cơ hoạt động ở tốc
độ cao.

22


a. Thay đổi tốc độ từ 0 v/p đến 4500 v/p

b. Đáp ứng vị trí trục x, y khi khởi động và chạy động cơ

a. Thử nghiệm xen vị trí lên kênh tốc độ

Hình 4.5 Đáp ứng vị trí và tốc độ để khảo sát tính xen kênh
+ Để chứng minh bộ điều khiển vị trí và bộ điều khiển tốc độ hoạt động độc lập, khi động cơ đang
chạy với tốc độ 4000 v/p, tiến hành tác động một lực vừa đủ theo cả trục x và y của động cơ, kiểm tra đáp
ứng vị trí và tốc độ và vị trí thu được kết quả như trong Hình 4.5c. Lúc này sai lệch vị trí xảy ra và ngay sau
đó bộ điều khiển vị trí triệt tiêu sai lệch đưa về 0, tốc độ động cơ không thay đổi cho thấy hai bộ điều khiển
tốc độ và vị trí hoạt động độc lập với nhau.
Đáp ứng tốc độ và dịng điện trên Hình 4.12, trong đó động cơ khởi động tới tốc độ 2000v/p chạy ổn định
sau đó đảo chiểu (Hình 4.6a).
a) Đáp ứng tốc độ động cơ
b) Đáp ứng dịng điện Im

Hình 4.12 Kết quả thực nghiệm điều khiển tốc độ

Hình 4.6 Đáp ứng đánh giá sai số quỹ đạo x-y khi động cơ chạy ổn định tại 4000 v/p
Nhận xét chung: Kết quả thí nghiệm cho thấy động cơ TNSKLT vận hành ổn định, bộ điều khiển vị trí và tốc
độ làm việc tốt tuy vẫn cịn tồn tại sai lệch và khơng hồn tồn chính xác như mô phỏng, song sai lệch không
phải là quá lớn nên bộ điều khiển có thể sử dụng để điều khiển động cơ, đồng thời cũng xác minh việc mơ

hình hóa động cơ là gần như chính xác so với động cơ thực nghiệm.

23