B GIÁO DC VÀ ĐÀO TO
TRNG ĐI HC BÁCH KHOA HÀ NI





Phm Tâm Thành





ĐIU KHIN VECTOR PHI TUYN CHO MÁY
ĐIN XOAY CHIU BA PHA TRONG ĐIU KIN
THI GIAN THC






LUN ÁN TIN S ĐIU KHIN VÀ T ĐNG HÓA

Hà Ni – 2014
B GIÁO DC VÀ ĐÀO TO
TRNG ĐI HC BÁCH KHOA HÀ NI




Phm Tâm Thành





ĐIU KHIN VECTOR PHI TUYN CHO MÁY
ĐIN XOAY CHIU BA PHA TRONG ĐIU KIN
THI GIAN THC


Chuyên ngành: K thut điu khin và t đng hóa
Mã s: 62520216



LUN ÁN TIN S ĐIU KHIN VÀ T ĐNG HÓA




NGI HNG DN KHOA HC:
GS. TSKH. NGUYN PHÙNG QUANG








Hà Ni - 2014
LI CAM ĐOAN


Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cu ca tôi di s hng dn
ca GS.TSKH. Nguyn Phùng Quang. Các s liu, kt qu trong lun án hoàn
toàn trung thc và cha tng đc ai công b trong bt k công trình nào.


Tác gi lun án




Phm Tâm Thành
LI CM N



Lun án đc hoàn thành di s hng dn ca thy GS.TSKH. Nguyn
Phùng Quang. Ngoài nhng ch dn v mt khoa hc, s đng viên và lòng tin
tng ca thy dành cho tác gi luôn là đng lc ln giúp tác gi t tin và say
mê trong nghiên cu. Qua đây tác gi xin bày t lòng bit n sâu sc và lòng
quý mn đi vi thy.
Tác gi cng xin đc bày t lòng bit n đn Ban lãnh đo, các thy, các
đng nghip trong Trung tâm nghiên cu trin khai công ngh cao (Hitech)
nay là Vin K thut Điu khin&T đng hóa, Trng Đi hc Bách Khoa
Hà Ni đã to mt môi trng hc tp và nghiên cu thun li giúp tác gi
hoàn thành lun án này. Ti đây tác gi đã nhn đc nhiu ch dn, góp ý
cng nh mt môi trng khoa hc nghiêm túc và thân thin, điu không th
thiu trong quá trình nghiên cu, hoàn thành lun án ca tác gi.
Tác gi cng xin đc cm n các Thy, các anh ch, các bn đng nghip
công tác ti B môn T đng hóa xí nghip công nghip, B môn Điu khin
t đng, Vin Đin, Trng ĐH Bách Khoa Hà Ni, nhng ngi đã có nhng
góp ý quý báu giúp tác gi hoàn thin lun án.
Tác gi xin đc cm n Ban Giám hiu trng Đi hc Bách Khoa Hà
Ni, Ban lãnh đo, các chuyên viên ca Vin Đào to Sau đi hc Trng ĐH
Bách Khoa Hà Ni đã to mi điu kin h tr tác gi trong quá trình nghiên
cu, hoàn thin lun án.
Tác gi xin đc bày t lòng bit n đn Ban Giám hiu trng Đi hc
Hàng Hi Vit Nam, Ban ch nhim Khoa Đin-Đin t, Ban ch nhim B
môn, các anh ch đng nghip công tác ti B môn Đin t đng công nghip-
Khoa Đin-Đin t, trng Đi hc Hàng Hi Vit Nam đã to điu kin
thun li trong quá trình tác gi hc tp, công tác và hoàn thành lun án.
Cui cùng, tác gi xin đc bày t lòng bit n đn gia đình, b m, v và
con trai, nhng ngi luôn cm thông và đng viên tác gi trong quá trình
hoàn thành lun án. Tác gi cng xin gi li cm n đn các bn bè, bn bè
ngun đng viên to ln đi vi tác gi.



Tác gi






1
MC LC
DANH MC CÁC KÝ HIU VÀ CH VIT TT 4
DANH MC HÌNH NH,  TH 6
M U 12
1 TNG QUAN 16
1.1 Đt vn đ 16
1.2 Tng quan các phng pháp điu khin máy đin xoay chiu ba pha
17
1.3 Điu khin thi gian thc (realtime control, digital control) cho máy
đin xoay chiu ba pha 23
1.3.1 B điu khin thi gian thc tuyn tính cho máy đin xoay
chiu ba pha 23
1.3.2 B điu khin thi gian thc phi tuyn cho máy đin xoay
chiu ba pha 23
1.4 Tình hình và đnh hng nghiên cu 24
1.4.1 Tình hình nghiên cu trong nc 24
1.4.2 Tình hình nghiên cu  nc ngoài 24
1.4.3 Đnh hng nghiên cu ca lun án 25
2 MÔ HÌNH MÁY IN XOAY CHIU BA PHA THÍCH HP CHO THIT K
IU KHIN 26
2.1 Mô hình toán hc ca máy đin không đng b rotor lng sóc 26

2.2 Mô hình dòng phi tuyn dng affine ca máy đin không đng b
rotor lng sóc 30
2.3 Mô hình gián đon bilinear ca máy đin không đng b rotor lng
sóc thích hp vi điu khin thi gian thc 31
2.3.1 Nghim ca phng trình vi phân dng ma trn 32
2.3.2 Nghim ca phng trình bilinear 32
2.3.3 Mô hình trng thái gián đon ca máy đin không đng b
rotor lng sóc s dng phng pháp Taylor 34
2.4 Kt lun chng 2 36
3 CÁC PHNG PHÁP THIT K IU KHIN PHI TUYN CHO MÁY IN
XOAY CHIU BA PHA 37
3.1 Cu trúc điu khin phi tuyn cho máy đin không đng b rotor
lng sóc s dng phng pháp tuyn tính hóa chính xác 37

2
3.1.1 Khái quát v phng pháp tuyn tính hoá chính xác 37
3.1.2 Cu trúc điu khin 39
3.2 Cu trúc điu khin phi tuyn cho máy đin không đng b rotor
lng sóc theo nguyên lý h phng 40
3.2.1 Khái quát v nguyên lý h phng 40
3.2.2 Cu trúc điu khin 42
3.3 Cu trúc điu khin cho máy đin không đng b rotor lng sóc s
dng phng pháp backstepping 45
3.3.1 Khái quát v phng pháp backstepping 45
3.3.2 Cu trúc điu khin 46
3.4 Kt lun chng 3 48
4 IU KHIN PHI TUYN THI GIAN THC CHO MÁY IN XOAY CHIU
BA PHA 49
4.1 Cu trúc điu khin máy đin không đng b rotor lng sóc thit k
theo phng pháp tuyn tính hóa chính xác 49

4.2 Cu trúc điu khin máy đin không đng b rotor lng sóc thit k
theo nguyên lý h phng 55
4.3 Cu trúc điu khin máy đin không đng b rotor lng sóc thit k
theo phng pháp backstepping 57
4.4 Kt lun chng 4 61
5 KT QU MÔ PHNG VÀ THÍ NGHIM 62
5.1 Kt qu mô phng cho máy đin không đng b rotor lng sóc 62
5.1.1 Mô phng cu trúc điu khin thit k theo phng pháp tuyn
tính hóa chính xác 62
5.1.2 Mô phng cu trúc điu khin thit k theo nguyên lý h phng
79
5.1.3 Mô phng cu trúc điu khin thit k theo phng pháp
backstepping 85
5.1.4. Đánh giá kt qu mô phng khi các cu trúc điu khin đc
thit k theo các phng pháp khác nhau 88
5.2 Kt qu thí nghim 93
5.2.1 Cu trúc thc nghim và u th 93
5.2.2 Kt qu thí nghim đng c không đng b rotor lng sóc 95
5.3 Kt lun chng 5 104

3
KT LUN VÀ KIN NGH 105
TÀI LIU THAM KHO 106
DANH MC CÁC CÔNG TRÌNH Ã CÔNG B CA LUN ÁN 113
PH LC 114
Ph lc A: Mô hình ca máy đin đng b kích thích vnh cu 114
A1: Mô hình trng thái ca máy đin đng b kích thích vnh cu
ta theo t thông cc 114
A2: Mô hình dòng affine 115
A3: Mô hình trng thái gián đon bilinear 116

Ph lc B: Mô hình ca máy đin không đng b ngun kép 117
B1: Mô hình trng thái ca máy đin không đng b ngun kép ta
theo vector đin áp li 117
B2: Mô hình dòng affine 120
B3: Mô hình trng thái gián đon bilinear 121
Ph lc C: Các phng pháp thit k điu khin phi tuyn liên tc cho
máy đin đng b kích thích vnh cu và không đng b ngun kép 122
C1: Máy đin đng b kích thích vnh cu 122
C2: Máy đin không đng b ngun kép 126
Ph lc D: Các cu trúc điu khin phi tuyn thi gian thc ca máy
đin đng b kích thích vnh cu và không đng b ngun kép 131
D1: Máy đin đng b kích thích vnh cu 131
D2: Máy đin không đng b ngun kép 144
Ph lc E: Thông s ca các máy đin s dng trong quá trình mô
phng và thc nghim 154

4
DANH MC CÁC KÝ HIU VÀ CH VIT TT
,
s
r
ww
Tc đ góc ca các vector thuc mch đin stator, rotor
w
Tc đ góc c hc ca rotor
s
i
Vector dòng stator
,,,
s

dsqs s
iiii


Các thành phn ca vector dòng stator trên h ta đ dq và


r
i
Vector dòng rotor
,,,
rd rq r r
iiii



Các thành phn ca vector dòng rotor trên h ta đ dq và


s
Y
Vector t thông stator
,
s
dsq
yy
Các thành phn ca vector t thông stator trên h ta đ dq
r

Vector t thông rotor

,
rd rq
yy
Các thành phn ca vector t thông stator trên h ta đ dq
s
u
Vector đin áp stator
,
s
dsq
uu
Các thành phn ca vector đin áp stator trên h ta đ dq
A
Ma trn h thng
B
Ma trn đu vào
N

Ma trn tng tác phi tuyn
u

Vector bin đu vào
x
Vector bin trng thái
y

Vector bin đu ra
r
Vector bc tng đi
()Lx

Ma trn tách kênh
m
L
H cm gia stator và rotor
,
s
r
LL
Đin cm stator và rotor
,
s
r
LL



Đin cm tn phía stator và rotor
,
s
r
R
R
Đin tr stator và rotor


H s t tn toàn phn
p
z
S cp cc
,

M
W
mm
Mômen quay ca đng c, mômen ti
J
Mômen quán tính c
KĐB Không đng b
KĐB-NK Không đng b ngun kép

5
KĐB-RLS Không đng b rotor lng sóc
TTHCX Tuyn tính hóa chính xác
TKTT Tách kênh trc tip
ĐB Đng b
ĐB-KTVC Đng b kích thích vnh cu
ĐB-KTĐL Đng b kích thích đc lp
MĐXCBP Máy đin xoay chiu ba pha
ĐCVTKG Điu ch vector không gian
ĐCD Điu chnh dòng
ĐC Điu chnh
TTR T thông rotor
T
4
R Ta t thông rotor
TTGĐ Trng thái gián đon
ĐLĐK Đi lng điu khin
ĐK Điu khin
QS Quan sát
DFIM Doubly-Fed Induction Machine
IM Induction Motor

PI
Proportional–integral controller
PMSM
Permanent Magnet Synchronous Motor
PWM
Pulse Width Modulation
FRT Finite respone time
RTI Real time interface
RFO Rotor Flux Orientation
SFO Statator Flux Orientation
NFO Natural Field Orientation
GAS Globally asymptotically stable
MIMO Multi-Input – Multi-Output
MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Tranzitor
PC Personal computer
ISA Integrated Systems Architecture
DSP Digital Signal Processor
IGBT Insulated Gate Bipolar Tranzitor







6
DANH MC HÌNH NH,  TH
Trang
Hình 1.1 Các loi máy đin xoay chiu ba pha 16
Hình 1.2 Các phng pháp điu khin đi tng MĐXCBP 17

Hình 1.3 H thng hóa các phng pháp điu khin MĐXCBP 18
Hình 1.4
Các phng pháp điu khin vector phi tuyn cho
MĐXCBP
19
Hình 2.1
Đc đim phi tuyn bilinear ca mô hình máy đin KĐB
trên h ta đ ta t thông rotor

27
Hình 2.2
Đc đim phi tuyn bilinear ca mô hình dòng máy đin
KĐB-RLS trên h ta đ ta t thông rotor

29
Hình 2.3 Các phng án tìm mô hình trng thái gián đon

31
Hình 3.1
Cu trúc ca đi tng phi tuyn sau khi đã TTHCX
(chuyn ta đ trng thái)
38
Hình 3.2
Cu trúc điu khin phi tuyn máy đin KĐB-RLS thit
k theo phng pháp tuyn tính hóa chính xác [62]
40
Hình 3.3 Cu trúc b điu khin truyn thng [83] 41
Hình 3.4 Cu trúc h thng thit k theo nguyên lý h phng [83] 42
Hình 3.5
Cu trúc điu khin phi tuyn máy đin không đng b

rotor lng sóc thit k theo nguyên lý h phng [19]

43
Hình 3.6
Cu trúc điu khin phi tuyn máy đin KĐB-RLS thit
k theo nguyên lý h phng (có b sung thêm khâu thit
lp qu đo phng cho mch vòng dòng)

43
Hình 3.7
Cu trúc h “dng tam giác di” và phng pháp đ
quy (backstepping) tìm hàm điu khin Lyapunov

46
Hình 3.8
Cu trúc điu khin phi tuyn máy đin KĐB-RLS thit
k theo phng pháp backstepping [20]

47
Hình 3.9
Cu trúc điu khin phi tuyn máy đin KĐB-RLS thit
k theo phng pháp backstepping

47
Hình 4.1
Cu trúc điu khin phi tuyn máy đin KĐB-RLS thit
k theo phng pháp tuyn tính hóa chính xác [62]

55
Hình 4.2

Cu trúc điu khin máy đin KĐB-RLS thit k theo
nguyên lý h phng

57

7
Hình 4.3
Cu trúc điu khin máy đin KĐB-RLS thit k theo
phng pháp backstepping
57
Hình 5.1
S đ mô phng cu trúc điu khin phi tuyn máy đin
KĐB-RLS thit k theo phng pháp tuyn tính hóa
chính xác

62
Hình 5.2 Tc đ đt và tc đ thc ca đng c 63
Hình 5.3 Đc tính dòng ba pha 64
Hình 5.4 Đc tính mô-men và thành phn dòng i
sq
64
Hình 5.5 Đáp ng t thông và thành phn dòng i
sd
65
Hình 5.6 Đáp ng dòng i
sd
và i
sq
65
Hình 5.7 Đáp ng các thành phn:

'
,, ,
sd sq rd
iiyw
66
Hình 5.8 Đáp ng tc đ khi đo chiu 66
Hình 5.9 Đáp ng dòng ba pha 67
Hình 5.10 Đc tính mô-men và thành phn 67
Hình 5.11 T thông và thành phn dòng i
sd
67
Hình 5.12 Thành phn dòng i
sd
và i
sq
68
Hình 5.13 4 thành phn:
'
,, ,
sd sq rd
iiyw
68
Hình 5.14 Đáp ng tc đ 69
Hình 5.15 Đáp ng dòng ba pha 69
Hình 5.16 Thành phn dòng i
sd
và i
sq
70
Hình 5.17 Đáp ng tc đ 70

Hình 5.18 Đáp ng dòng ba pha 71
Hình 5.19 Thành phn dòng i
sd
và i
sq
71
Hình 5.20 Đáp ng tc đ 72
Hình 5.21 Đáp ng dòng ba pha 72
Hình 5.22 Thành phn dòng i
sd
và i
sq
73
Hình 5.23 Đáp ng tc đ 73
Hình 5.24 Đáp ng dòng ba pha 74
Hình 5.25 Thành phn dòng i
sd
và i
sq
74
Hình 5.26 Đáp ng tc đ 75

8
Hình 5.27 Đáp ng dòng ba pha 75
Hình 5.28 Thành phn dòng i
sd
và i
sq
75
Hình 5.29 Đáp ng tc đ 76

Hình 5.30 Đáp ng dòng ba pha 76
Hình 5.31 Thành phn dòng i
sd
và i
sq
77
Hình 5.32 Đáp ng tc đ khi đo chiu 77
Hình 5.33 Đáp ng dòng ba pha 78
Hình 5.34 Đáp ng dòng i
sd
và i
sq
78
Hình 5.35
S đ mô phng cu trúc điu khin phi tuyn máy đin
KĐB-RLS thit k theo nguyên lý h phng
80
Hình 5.36 Đáp ng tc đ ca đng c khi tng tc 81
Hình 5.37 Đáp ng dòng ba pha 81
Hình 5.39 Đáp ng dòng i
sq
82
Hình 5.40 Đáp ng dòng i
sd
và i
sq
83
Hình 5.41 Đáp ng tc đ khi đo chiu 83
Hình 5.42 Đáp ng dòng ba pha 84
Hình 5.43 Đáp ng dòng i

sd
84
Hình 5.44 Đáp ng dòng i
sq
84
Hình 5.45 Đáp ng hai thành phn dòng dòng i
sd
và i
sq
85
Hình 5.46
S đ mô phng cu trúc điu khin máy đin KĐB-RLS
thit k theo phng pháp backtepping
85
Hình 5.47 Đáp ng tc đ khi tng tc 86
Hình 5.48 Đáp ng dòng ba pha khi tng tc 86
Hình 5.49 Đáp ng thành phn dòng i
sd
và i
sq
87
Hình 5.50 Đáp ng tc đ khi đo chiu 87
Hình 5.51 Đáp ng dòng ba pha 88
Hình 5.52 Đáp ng thành phn dòng i
sd
và i
sq
88
Hình 5.53 Đáp ng tc đ ng vi các cu trúc điu khin 89
Hình 5.54 Đáp ng t thông ng vi các cu trúc điu khin


89

9
Hình 5.55
Đáp ng thành phn dòng i
sd
ng vi các cu trúc điu
khin
90
Hình 5.56
Đáp ng thành phn dòng i
sq
ng vi các cu trúc điu
khin
90
Hình 5.57
Đáp ng tc đ khi đo chiu ng vi các cu trúc điu
khin
91
Hình 5.58 Đáp ng t thông ng vi các cu trúc điu khin 91
Hình 5.59
Đáp ng thành phn dòng i
sd
ng vi các cu trúc điu
khin
92
Hình 5.60
Đáp ng thành phn dòng i
sq

ng vi các cu trúc điu
khin
92
Hình 5.61 Cu trúc mch công sut ca bin tn thc nghim 95
Hình 5.62 Hình nh chi tit bin tn thc nghim 95
Hình 5.63 S đ nguyên lý ca h thng 96
Hình 5.64
Thi gian đóng ngt các van t
u
, t
v
, t
w
và t
v
-t
w
khi quan sát
trên Graph ca phn mm Code Compose Studio (CCS)

96
Hình 5.65 Thi gian đóng ngt van t
u
, t
v
96
Hình 5.66 Thi gian đóng ngt van t
u
, t
v

-t
w
96
Hình 5.67 Thi gian đóng ngt van t
v
, t
w
97
Hình 5.68 Dng sóng PWM1H&2H 97
Hình 5.69 Dng sóng PWM1H&3H 97
Hình 5.70 Dng sóng PWM1L&2L 97
Hình 5.71 Dng sóng PWM1L&3L 97
Hình 5.72 Dng sóng PWM2L&3L 97
Hình 5.73
Dng sóng U&V khi đin áp đu vào 200VAC (s dng
que đo cách ly có t l 1/200)
98
Hình 5.74
Dng sóng U&W khi đin áp đu vào 250VAC (s dng
que đo cách ly có t l 1/200)
98
Hình 5.75 Tc đ và các thành phn dòng ca đng c khi tng tc 99
Hình 5.76 Tc đ và các thành phn dòng ca đng c khi tng tc 100
Hình 5.77
Tc đ và các thành phn dòng ca đng c khi đo
chiu
101
Hình 5.78 Tc đ và các thành phn dòng ca đng c khi tng tc

102


10
Hình 5.79
Tc đ và các thành phn dòng ca đng c khi đo
chiu
103
Hình 5.80 Đc tính khi đóng ti 103
Hình PL.1
Đc đim phi tuyn bilinear ca mô hình máy đin ĐB-
KTVC trên h ta đ ta t thông cc
115
Hình PL.2
Đc đim phi tuyn bilinear ca mô hình máy đin KĐB-
NK trên h ta đ ta đin áp li
119
Hình PL.3
Đc đim phi tuyn bilinear ca mô hình dòng rotor máy
đin KĐB-NK trên h ta đ ta đin áp li
120
Hình PL.4
Cu trúc điu khin phi tuyn máy đin ĐB-KTVC thit
k theo phng pháp tuyn tính hóa chính xác
123
Hình PL.5
Cu trúc điu khin phi tuyn máy đin đng b kích
thích vnh cu
124
Hình PL.6
Cu trúc điu khin phi tuyn máy đin đng b kích
thích vnh cu thit k theo nguyên lý h phng (có b

sung khâu thit lp qu đo phng cho mch vòng dòng)
124
Hình PL.7
Cu trúc điu khin phi tuyn máy đin đng b kích
thích vnh cu
126
Hình PL.8
Cu trúc điu khin thit k theo phng pháp tuyn
tính hóa chính xác điu chnh máy phát trong h thng
máy phát đin chy sc gió s dng MĐKĐBNK
127
Hình PL.9
Cu trúc điu khin phi tuyn máy đin không đng b
ngun kép thit k theo nguyên lý h phng
128
Hình PL.10
Cu trúc điu khin phi tuyn máy đin không đng b
ngun kép thit k theo nguyên lý h phng (có b sung
thêm khâu thit lp qu đo phng cho mch vòng
dòng rotor)
128
Hình PL.11
Cu trúc điu khin phi tuyn máy đin không đng b
ngun kép khi b điu chnh dòng thit k theo phng
pháp backstepping
130
Hình PL.12
Cu trúc điu điu khin phi tuyn máy đin không
đng b ngun kép khi b điu chnh dòng thit k theo
phng pháp backstepping

131
Hình PL.13
Cu trúc điu khin phi tuyn máy đin ĐB-KTVC thit
k theo phng pháp tuyn tính hóa chính xác

138
Hình PL.14
Cu trúc điu khin phi tuyn máy đin đng b kích
thích vnh cu thit k theo nguyên lý h phng
140

11
Hình PL.15
Cu trúc điu khin phi tuyn máy đin ĐB-KTVC thit
k theo phng pháp backstepping
141
Hình PL.16
Cu trúc điu khin phi tuyn máy phát trong h thng
máy phát đin sc gió s dng MĐ KĐBNK thit k theo
phng pháp tuyn tính hóa chính xác
150
Hình PL.17
Cu trúc điu khin phi tuyn máy đin không đng b
ngun kép thit k theo nguyên lý h phng
152
Hình PL.18
Cu trúc điu khin phi tuyn máy đin không đng b
ngun kép khi b điu chnh dòng thit k theo phng
pháp backstepping
152

Hình PL.19 Hình nh h thng thí nghim 155



































12
M U
Tính cp thit ca đ tài:
Cùng vi s phát trin mnh m ca khoa hc và công ngh trong các lnh
vc công ngh ch to, công ngh vt liu mi và công ngh thông tin là s
ln mnh ca các ngành công nghip nhm khai thác và cung cp các sn
phm, dch v có cht lng tt nht vi giá thành h ti ngi s dng.
Kinh nghim ca các nc phát trin cho thy vic áp dng khoa hc và công
ngh trong ci tin, to ra các sn phm mi cng nh vic nâng cao cht
lng, gim chi phí sn xut và h giá thành sn phm, dch v có ý ngha
sng còn đi vi mi nhà sn xut nhng ngc li cng đòi hi khoa hc và
công ngh phi luôn đi trc mt bc, đáp ng đc yêu cu phát trin ca
nhà sn xut nói riêng và ca xã hi nói chung.
Cho đn nay, lnh vc điu chnh t đng truyn đng đin xoay chiu ba
pha đã đi qua mt chng đng dài. Các kt qu nghiên cu rt đa dng,
phong phú và dn đi đn mc đ hoàn thin cao. Tuy nhiên, điu đó cng
không làm xu hng tp trung nghiên cu vào lnh vc này gim sút bi các
lý do sau đây: các công c toán hc mi liên tc đc ra đi, các thit b
phn cng h tr cho điu khin ngày mt nâng cao v dung lng b nh,
tc đ x lý, s lng cng giao tip vào/ra và nhu cu đòi hi công vic thit
k h thng ti gin nhng hiu qu và cht lng cao ca các k s điu
khin t đng đt ra Theo trào lu đó, các công trình nghiên cu áp dng
các phng pháp thit k điu khin phi tuyn cho máy đin xoay chiu ba
pha đc thc hin c  trong và ngoài nc. Tuy nhiên các công trình đó
ch yu thit k trên min thi gian liên tc, hoc dng li  vic mô phng

vi phn cng HIL (Hardware In Loop), vn đ thit k điu khin trên min
thi gian gián đon và cài đt thi gian thc các cu trúc điu khin phi
tuyn cho máy đin xoay chiu ba pha cha đc đ cp đn. Vì vy, tác gi
la chn đ tài: “Điu khin vector phi tuyn cho máy đin xoay chiu ba
pha trong điu kin thi gian thc”.
Đi tng nghiên cu:
Máy đin xoay chiu ba pha loi không đng b rotor lng sóc, không
đng b ngun kép và đng b kích thích vnh cu
Mc đích nghiên cu:
Bài toán gii quyt vn đ cài đt thi gian thc các cu trúc điu khin
phi tuyn cho lp đi tng máy đin xoay chiu ba pha

13
Phm vi nghiên cu:
Máy đin xoay chiu pha pha vn hành  ch đ phi tuyn, khi các cu
trúc điu khin phi tuyn đc đ xut s dng
Phng pháp nghiên cu:
Phng pháp nghiên cu ca lun án th hin qua trình t tin hành công
vic nh sau:
1. Phân tích và ch ra đc đim phi tuyn cu trúc bilinear ca máy đin
xoay chiu ba pha, tng quát hóa dng phng trình mô t lp máy đin
xoay chiu ba pha, tng quát hóa dng phng trình mô t mô hình dòng
ca máy đin xoay chiu ba pha
2. Trên c s mô hình thu đc, tin hành tng hp các cu trúc điu khin
phi tuyn cho máy đin xoay chiu ba pha
3. Sau đó tin hành kim chng các cu trúc ĐK thu đc nh mô phng off-
line trên nn Matlab/Simulink và PLECS
4. Cui cùng là bc kim chng bng thc nghim trên mô hình tht ca
máy đin xoay chiu ba pha trên min thi gian gián đon
Ý ngha ca đ tài:

Vic thit k các cu trúc điu khin (K) phi tuyn nhm nâng cao cht
lng K máy đin xoay chiu 3 pha (XC3P) đã đc tin hành trong sut 10
nm qua ti trng HBK Hà Ni nói riêng và trên th gii nói chung. Tuy
nhiên, các kt qu thu đc trên min thi gian, min tn s cha phù hp vi
thc tin k thut, cha thun li cho vic cài đt trên nn t
ng k thut s
(điu kin thi gian thc, s dng vi điu khin). Khi cài đt ta s phi chuyn
xp x gn đúng lut K thu đc sang thut toán K.
Lun án đt mc tiêu ch ra con đng thc hin các cu trúc K phi tuyn
thích hp hn vi thc tin, phi xut phát t mô hình gián đon mô t đ
i
tng phi tuyn đ chính xác ti các thi đim gián đon cách đu, t đó thit
k trc tip K phi tuyn hn ch nh hng ca quá trình xp x gn đúng
lut K sang thut toán K.
T các mc tiêu đt ra ta s d dàng khng đnh đc:
 Ý ngha KH ca đ tài: Khng đnh s tn t
i/không tn ti nghim ca
mô hình bilinear ca đi tng máy đin XC3P. T đó chn phng
pháp thu thp mô hình gián đon thích hp vi lp đi tng này. Cui
cùng, s dng các phng pháp thit k K phi tuyn, thit k cu trúc
K và kim chng chúng thông qua mô phng và thc nghim.

14
Ý ngha thc tin ca đ tài: Vi kt qu mi ca lun án, ta s có đc
chic chìa khóa m cánh ca đi vào các ng dng ca thc tin công nghip,
góp phn xác minh tính kh thi ca các cu trúc K phi tuyn cho lp đi
tng máy đin XC3P
Nhng kt qu mi ca lun án:
Góp phn hoàn thin các cu trúc điu khin phi tuyn cho máy đin xoay
chiu ba pha.

Xây dng mô hình trng thái gián đon ca máy đin xoay chiu ba pha
theo phng pháp Taylor, mô hình này có đc đim bilinear và phù hp vi
thit k điu khin thi gian thc s dng các phng pháp điu khin phi
tuyn.
T các mô hình va xây dng đc tin hành áp dng các phng pháp
điu khin phi tuyn cho máy đin xoay chiu ba pha trên min thi gian
gián đon
Chng minh tính kh thi ca các b điu khin phi tuyn thit k theo
phng pháp tuyn tính hóa chính xác, nguyên lý h phng, phng pháp
cun chiu backstepping trong điu kin thi gian thc thông qua mô phng
và thc nghim.
B cc ca lun án đc chia thành 5 chng:
Chng 1 trình bày tng quan các vn đ trong điu khin máy đin xoay
chiu ba pha nh các loi máy đin xoay chiu ba pha, các phng pháp điu
khin tuyn tính, phi tuyn và các cách thc x lý các yu t phi tuyn nh
hng đn h thng, t đó tng hp li các vn đ còn tn ti cn tip tc
nghiên cu trong phng án mô hình hóa đng c, các phng pháp thit
k điu khin phi tuyn cho máy đin xoay chiu ba pha.
Chng 2 trình bày chi tit v mô hình bilinear ca máy đin xoay chiu
ba pha, đa ra các gii pháp xây dng mô hình trng thái gián đon thích
hp vi điu khin phi tuyn trong điu kin thi gian thc
Chng 3, trình bày khái quát ý tng các phng pháp thit k điu
khin phi tuyn: phng pháp tuyn tính hóa chính xác, phng pháp da
trên nguyên lý h phng, phng pháp thit k cun chiu (backstepping), t
đó đa ra các cu trúc điu khin cho máy đin xoay chiu ba pha.
Chng 4 s dng các kt qu thu đc  chng 2 là mô hình hóa ca
máy đin xoay chiu ba pha. Thc hin thit k điu khin phi tuyn trc
tip trên min thi gian gián đon cho máy đin xoay chiu ba pha.
Chng 5 tác gi tp trung vào mô phng trên Matlab/Simulink và thc
nghim s dng DSP h C2000 ca hãng Texas Instruments nhm khng

đnh kt qu nghiên cu. Đây là bc tin đ đ ch to bin tn thng mi

15
có tích hp các thut toán điu khin phi tuyn phù hp vi ch đ vn hành
phi tuyn ca máy đin xoay chiu ba pha.
Máy đin xoay chiu ba pha gm 3 loi: máy đin không đng b rotor
lng sóc, máy đin đng b kích thích vnh cu, máy đin không đng b
ngun kép. Đ cho tp trung và tránh rm rà trong các chng ch trình
bày các kt qu nghiên cu cho mt loi máy đin đin hình: máy đin
không đng b rotor lng sóc, các kt qu nghiên cu cho hai loi máy đin
còn li đc trích dn trong Ph lc
Phn cui là kt lun và kin ngh ca lun án.

16
1 TNG QUAN
1.1 t vn đ
Hin nay, chúng ta đu bit đn hiu qu kinh t cao và tin li v k thut
trong s dng máy đin xoay chiu ba pha trong c ng dng công nghip
ln dân dng. Do nhng u đim quan trng ca máy đin xoay chiu ba pha
mà vic ng dng rng rãi máy đin xoay chiu ba pha là vn đ cp thit đt
ra.
Máy đin xoay chiu ba pha (MĐXCBP). Theo Hình 1.1 máy đin xoay
chiu bao gm: máy đin đng b (MĐĐB) và máy đin không đng b
(MĐKĐB). Trong đó, MĐĐB li có 2 loi: đng b kích thích vnh cu (ĐB-
KTVC) và đng b kích thích đc lp (ĐB-KTĐL). MĐKĐB có hai loi đó là:
không đng b rotor lng sóc (KĐB-RLS) và không đng b ngun kép (KĐB-
NK). Tuy nhiên đi vi máy đin ĐB-KTĐL là loi máy đin đc s dng
trong các h thng máy phát đin công sut ln, công sut cc ln có phng
thc điu khin khác vi 3 loi máy đin còn li, do đó ta không nghiên cu
đn trong lun án này.

Nh vy lp đi tng MĐXCBP đc gii hn gm 3 loi máy đin (1),
(2), (3). V bn cht k thut, bn cht vt lý thì (1), (2), (3) có th coi là mt.
Máy đin ĐB-KTĐL không thuc phm vi nghiên cu ca đ tài


Hình 1.1 Các loi máy đin xoay chiu ba pha
Trong nhng nm gn đây, lý thuyt điu khin phi tuyn đã có nhng
bc tin quan trng và trong đó có nhiu ng dng mà lý thuyt điu khin
tuyn tính không th đa ra các gii pháp phù hp. Các ng dng ca lý
thuyt điu khin phi tuyn cho máy đin ngày đc quan tâm mt cách rng

17
rãi. Ta xét lp đi tng máy đin xoay chiu ba pha là lp đi tng phi
tuyn có đc đim:
 Cu trúc phi tuyn: đc đim phi tuyn yu (lp đi tng bilinear)
th hin rt rõ trong cu trúc xut hin tích ca vector trng thái i
s
vi
bin đu vào
s

đc th hin bi ma trn ghép phi tuyn N. H
bilinear là h mà các ma trn có th coi là ma trn hng tng khúc và
thành phn phi tuyn ch liên quan gia đi lng trng thái và đi
lng vào. Đc đim cu trúc phi tuyn khc phc bng các gii pháp
điu khin, đc bit là điu khin phi tuyn. Các gii pháp phi tuyn s
đc đ cp và gii quyt trong chng 3, chng 4.
 Tham s phi tuyn:
'
()

mrd
L y ph thuc dòng t hóa, tham s bin thiên
thay đi ph thuc vào bin trng thái, hin tng tham s phi tuyn
ch đc khc phc bng phng pháp nhn dng và thích nghi.
 Phi tuyn rác: là các hin tng phi tuyn đã đc b qua khi mô hình
hóa. Ví d: dòng chy qua cun dây theo hin tng hiu ng mt
ngoài, tham s đin tr cun dây r ph thuc vào tn s, dòng Fucô
ph thuc vào tn s, ph thuc vào t thông, tn hao Fucô ph thuc
vào đin tr…
Lun án ch gii hn xét đc đim phi tuyn cu trúc ca lp đi tng
máy đin xoay chiu ba pha.
1.2 Tng quan các phng pháp điu khin máy đin xoay chiu
ba pha
Sau khi xác đnh rõ đi tng nghiên cu, chúng ta xem xét tng quan các
phng pháp điu khin cho lp đi tng này. Bao gm nhóm các phng
pháp điu khin tuyn tính và nhóm các phng pháp điu khin phi tuyn
(Hình 1.2)

MXCBP
Nhóm các phng
pháp tuyn tính
Nhóm các phng
pháp phi tuyn

Hình 1.2 Các phng pháp điu khin đi tng MĐXCBP
V phng pháp điu khin cho máy đin xoay chiu ba pha ta có th chia
ra: nhóm phng pháp điu khin vô hng (scalar) và nhóm phng pháp
điu khin vector (Hình 1.3)

18

iu chnh đin áp
Ta t thông stator
(stator flux
orientation-SFO)
Các phng pháp điu
khin MXCBP
Phng pháp điu
khin vô hng
Phng pháp điu
khin vector
iu khin công sut
trt
iu chnh đin tr rotor
(ch đi vi KB-RDQ)
iu chnh tn s
Ta t thông Rotor
(Rotor flux
orientation-RFO)
T chnh trc tip
(direct self-control-
DSC)
T chnh mômen trc
tip (direct torque
control-DTC)
Ta hng trng t
nhiên (natural field
orientation-NFO)


Hình 1.3 H thng hóa các phng pháp điu khin MĐXCBP


Điu khin vô hng (scalar) - đúng nh tên gi ca nó có ngha là ch
điu khin biên đ ca các bin điu khin mà không quan tâm ti hiu ng
không phân ly trong máy đin. Ví d, đin áp ca máy đin có th đc điu
khin đ điu khin t thông và tn s hoc h s trt có th đc điu
khin đ điu khin mô men. Tuy nhiên, t thông và mô men tng ng li
là hàm ca tn s và đin áp. Điu khin vô hng khác vi điu khin
vector hay điu khin hng trng, trong đó c biên đ và góc pha ca các
bin đu đc điu khin. Các h điu khin vô hng thì có tính nng thp
hn nhng li d thc hin hn h điu khin vector.
 đây chúng ta ch quan tâm đn h điu chnh RFO là loi h ph bin
rng rãi trong các thit b bán ra trên th trng nh các u th hn hn h
SFO. Lu ý là rào cn ln nht đ phng pháp điu khin vector SFO

19
không th cài đt trong các thit b thng mi mà ch dng li  các công
trình mang tính lý thuyt đó là do tn ti phép tích phân h, s không có
bin pháp nào trit tiêu các đc các sai lch trng thái do nhiu hoc do giá
tr ban đu gây nên.
Các phng pháp thit k điu khin tuyn tính cho lp đi tng máy
đin xoay chiu ba pha đã chín mui và gn nh hoàn ho v tính nng và
cht lng [13], [14], [51], [67], [73], [74], [77]. Do vy  lun án này tác gi
không đi sâu xem xét các phng pháp điu khin tuyn tính cho đi tng
máy đin xoay chiu ba pha.
Các phng pháp điu khin phi tuyn cho máy đin xoay chiu ba pha là
hng nghiên cu, vn đ quan tâm ca lun án. Khi thit k các b điu
khin phi tuyn cho đi tng máy đin xoay chiu ba pha có rt nhiu
phng pháp đc đa ra,  đây ta xem xét mt s phng pháp đin hình
nht, đc nghiên cu ng dng trong các công trình gn đây (Hình 1.4). 
đây ta ch xét đn các phng pháp điu khin phi tuyn da trên nguyên lý

điu khin vector RFO


Hình 1.4 Các phng pháp điu khin vector phi tuyn cho MĐXCBP
Theo h thng nh Hình 1.4, các phng pháp điu khin phi tuyn bao
gm: phng pháp tuyn tính hóa chính xác, phng pháp thit k da trên
nguyên lý h phng, phng pháp thit k cun chiu backstepping là các
phng pháp có th kh thi trong khi trin khai các ng dng.
Phn sau đây ta s tng quan li các công trình s dng các phng pháp
thit k phi tuyn cho đi tng máy đin xoay chiu ba pha.
1.2.1. Phng pháp thit k tuyn tính hóa chính xác cho máy đin xoay
chiu ba pha

Phng pháp thit k tuyn tính hóa chính xác cho máy đin xoay chiu ba
pha đc công b trong mt lot các công trình [4], [5], [6], [17], [18], [27],
[30], [50], [54], [57], [61], [62], [63], [71], [76], [78]
Thành công ca phng pháp là chuyn h thng sang dng quan h tuyn
tính đu vào-đu ra gia tín hiu đu vào và đu ra điu khin, s dng vòng
lp bên trong tách kênh phi tuyn. B điu khin có th đc thit k đm
bo n đnh và cht lng ca h thng tuyn tính bng cách s dng tiêu
chun ca lý thuyt tuyn tính. C s ca cách tip cn là la chn mt h

20
ta đ biu din cho h thng, cùng vi vic thit k mt mch vòng bên
trong điu khin tách kênh trong h to đ mi. Phng pháp cn phép
chuyn ta đ và mch vòng tách kênh bên trong, s tách kênh gia các đu
ra mt cách trc tip. Phép chuyn ta đ đc dùng phc tp hn phép
quay s dng trong phng pháp ta theo t thông (FOC).
Nhc đim ca phng pháp là phi đo lng đy đ các trng thái cn
thit, loi b chính xác thành phn đng là cn thit và b điu khin riêng

r đc gii thiu, đin hình cho mc t thông rotor zero. Đây cng là mt
khó khn đ áp dng phng pháp mt cách tng quát cho mt lp đi
tng máy đin và b điu khin tìm đc cho các loi máy đin trong mt
s trng hp đc tìm t b điu khin tng quát. Phng trình đng hc
cho các đi lng stator và rotor phi đc chuyn đi v cùng mt h quy
chiu (đc bit là h to đ c đnh stator) trc khi các công c toán hc
khác có th đc s dng.
Trong k thut tuyn tính hóa có phn hi, tt c thành phn phi tuyn
ca h đc loi b đ nhn đc h kín là tuyn tính. Có hai nhc đim
đi vi cách tip cn này: Th nht, nu vic loi b các thành phn phi
tuyn nu không chính xác thì s nh hng đn s bn vng ca h. Th
hai, trên quan đim toán thì thc s không th ch đc mt cách rõ ràng
rng tt c các thành phn phi tuyn này đu không có li đi vi đng hc
ca h kín.
Các công trình [4], [18] thc hin tuyn tính hoá chính xác cho mô hình
dòng stator ca đng c không đng b rotor lng sóc, trong không gian
trng thái mi các trng thái i
sd
,i
sq
đc tách kênh, các công trình đó cng
đa ra các cu trúc điu khin cho đng c không đng b rotor lng sóc,
gi là cu trúc tách kênh trc tip.
[5], [18], [62], [78] áp dng phng pháp tuyn tính hóa cho mô hình dòng
stator cho đng c đng b kích thích đc lp. Trong đó [5] đa ra cu trúc
mô phng offline và mô phng Hardware in loop cho đng c tuyn tính đng
b kích thích vnh cu có s dng phng pháp tn s đ điu khin lc đy.
[18] đã tuyn tính hóa mô hình dòng ca đng c đng b kích thích vnh
cu, các b điu chnh dòng Ri
sd

, Ri
sq
đc thit k theo phng pháp tuyn
tính đã bit.
Mt s công trình li s dng phng pháp thit k này cho máy đin
không đng b ngun kép [17], [50], [61], [63], các thành phn dòng rotor
i
rd
, i
rq
ca máy đin không đng b ngun kép đc tách kênh trc tip sau
khi thc hin phép bin đi vi phôi trong không gian trng thái mi, các công
trình này ch ra cu trúc điu khin trong các h thng máy phát đin sc gió
và đm bo máy đin sc gió hot đng tt c trong trng hp li li.
Có rt nhiu gii pháp đc đ xut cho bài toán c lng, lý thuyt v
các b quan sát tuyn tính và phi tuyn, b lc Kalman m rng [71] và b
quan sát phi tuyn kt hp vi b điu khin phi tuyn da trên phng
pháp tuyn tính hóa chính xác [41].

21
[71] là công trình s dng cu trúc thit k theo phng pháp tuyn tính
hóa chính xác và trong cu trúc này, các b điu chnh dòng đc tng hp
theo phng pháp backstepping thích nghi.


1.2.2. Phng pháp thit k da trên nguyên lý h phng
Các công trình [5], [16], [19], [22], [28], [35], [38] áp dng phng pháp
này cho đi tng MĐXCBP
Mt đc tính c bn hn phn hi tuyn tính là đc tính phng. Chúng ta
nói rng mt h thng có đu ra là phng nu bc tng đi ca nó cùng bc

vi bc ca h thng, do đó không có đng hc zero. H qu đu tiên là h
thng vi đu ra phng là h phn hi tuyn tính hoá, nhng đây cng không
phi là h qu quan trng ca đc tính này. Mt cách t nhiên, ta cng có th
phân h thng thành h phng và h không phng. Mt s h vt lý là phng,
ngha là đu ra phng. Chúng ta thy rõ điu này khi tng nng lng là mt
đu ra phng cho b bin đi khuych đi, khi mà tc đ góc khp là mt
đu ra phng đi vi rôbt có các khp linh hot. Rt nhiu nghiên cu gn
đây dành cho vic làm sáng t đc đim này. Công trình [19] ch ra rng
đng c không đng b rotor lng sóc là phng, vi đu ra phng là tc đ
rotor  và thành phn t thông rotor
'
rd
y và công trình này cng xét ti tn
hao và vn đ gim thiu tn hao.
Các công trình [5], [22] ch ra đu ra phng ca đng c đng b kích
thích vnh cu đó là tc đ đng b
s
w và thành phn dòng i
sd
, công trình
[22] b sung thêm khâu c lng ti, và tt c các công trình đu dn dt
đ thit lp qu đo phng. Cng là đng c đng b kích thích vnh cu
nhng [35] li chn các đu ra phng là: góc t thông, thành phn dòng i
sd
,
mômen ti, t đó đa ra cu trúc phng hai cp cho h thng đin và h
thng c.
Đu ra phng ca máy đin không đng b ngun kép [16][28] đc
chng minh là mômen máy đin m
G

và h s công sut cos, chin lc điu
khin ti u tn hao đc xem xét trong phát đin sc gió.

1.2.3. Phng pháp cun chiu backstepping
Mt lot các công trình thc hin theo phng pháp này [3], [12], [20],
[37], [42], [46], [47], [53], [59], [70], [71]
Backstepping là thut toán đ quy hàm Lyapunov đ thit k b điu
khin. Bc đu tiên ca phng pháp này là chn đu ra đ điu khin và
đa ra biu thc đng hc. Mt tín hiu điu khin o đc chn. S dng lý
thuyt Lyapunov th nht, mt hàm mong mun cho điu khin o đc tìm
thy, do đó đi tng điu khin ca h con th nht có th thu đc là
không đi xng. Nu tín hiu điu khin o là đu vào thc ca h thng nó
có th trc tip xác đnh hàm mong mun, và cui cùng là thit k. Đây là
tng quát không phi c th trng hp nào và s có sai lch gia điu khin