BÁO CÁO ĐỒ ÁN II
Đề tài: Mô hình hóa và thiết kế bộ điều khiển hai mạch vòng cho
động cơ một chiều không chổi than
Cao Ngọc Thắng ĐK-TĐH-1 K56
Ngày 12 tháng 1 năm 2015
Lời mở đầu
Thiết kế hệ thống điều khiển cho động cơ là vấn đề trọng tâm của ngành tự động hóa.
Mỗi loại động cơ, tùy mục đích sử dụng lại có những phương pháp điều khiển khác
nhau yêu cầu người kỹ sư phải có thiết kế linh hoạt. Để có được bộ điều khiển chính
xác người kỹ sư cần hiểu rõ bản chất của động cơ cũng như phương pháp điều khiển
động cơ. Đề tài này trình bày vấn đề: "Mô hình hóa và thiết kế bộ điều khiển hai mạch
vòng cho động cơ một chiều không chổi than BLDC".
Động cơ BLDC là động cơ có rất nhiều ưu điểm và được đưa vào sử dụng rộng rãi
trong thực tế như: xe đạp điện, ô tô điện, xe lăn Động cơ BLDC với kết cấu đặc biệt
của nó - rotor là nam châm vĩnh cửu đặc biệt là không cần hệ thống vành góp, chổi
than đòi hỏi phương pháp điều khiển kết hợp sử dụng cảm biến vị trí - cảm biến Hall
gắn trên stator của động cơ. Bài báo cáo sẽ trình bày thiết kế bộ điều khiển dòng điện
và tốc độ dựa trên phương pháp tối ưu module và tối ưu đối xứng sau đó kết hợp với
bộ giải mã cảm biến Hall để điều khiển động cơ.
Nội dung bài báo cáo gồm bốn phần:
Chương 1: Giới thiệu về động cơ một chiều không chổi than BLDC.
Chương 2: Mô hình hóa động cơ BLDC theo phương pháp hàm truyền.
Chương 3: Thiết kế bộ điều khiển hai mạch vòng cho động cơ BLDC.
Chương 4: Mô phỏng sử dụng Matlab Simulink.
Sau thời gian học tập và tìm hiểu, dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Tạ Cao
Minh, em đã hoàn thành đề tài của mình. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến
thầy, người đã luôn nhiệt tình hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình học tập và
làm bài.
Tuy nhiên, trong quá trình làm bài khó có thể tránh khỏi sai sót, em mong nhận
được sự đánh giá, nhận xét từ thầy giáo và các bạn để em có thể hoàn thiện bài làm
của mình hơn nữa.

Em xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, Tháng 12, 2014
1
Đề bài
Cho động cơ một chiều không chổi than có các tham số sau:
• Điện trở một pha: R
a
= 0.38205Ω
• Điện cảm một pha: L
a
= 11.475mH
• Tốc độ không tải: n
0
= 2069rpm
• Tốc độ định mức: n
dm
= 1150rpm
• Dòng điện định mức: I
dm
= 72A
• Momen định mức: M
dm
= 249.11N.m
• Momen quán tính: J = 0.185kg.m
2
• Hệ số Momen: K
t
= 2.54N.m/A
• Hệ số sức điện động: K
e

= 2.35V/rad/s
• Số đôi cực: p = 4
• Điện áp định mức: V
dm
= 640V
Yêu cầu:
1. Mô hình hóa động cơ bằng phương pháp hàm truyền.
2. Xây dựng cấu hình hệ điều khiển với hai mạch vòng (dòng điện, tốc độ).
3. Mô phỏng hệ điều khiển trong Simulink. Lấy các đặc tính điều khiển (tốc
độ, dòng điện) vùng dưới tốc độ cơ bản.
2
Mục lục
1 Giới thiệu về động cơmột chiều không chổi than 5
1.1 Tổng quan về động cơ một chiều không chổi than . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Cấu tạo động cơ BLDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3 Nguyên lí điều khiển . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4 Ưu, nhược điểm của động cơ một chiều không chổi than . . . . . . . . 6
2 Mô hình hóa động cơ một chiều không chổi than bằng phương pháp hàm
truyền 8
2.1 Sơ đồ nguyên lí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2 Phương trình . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3 Mô hình động cơ BLDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3 Thiết kế hệ điều khiển hai mạch vòng cho động cơ một chiều không chổi
than 14
3.1 Thiết kế bộ điều khiển cho một pha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.1.1 Vòng điều khiển dòng điện phần ứng . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.1.2 Vòng điều khiển tốc độ quay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2 Tổng hợp bộ điều khiển ba pha động cơ một chiều không chổi than . . 18
4 Mô phỏng sử dụng Matlab Simulink 21
4.1 Mô phỏng bộ điều khiển dòng điện và tốc độ cho một pha động cơ BLDC 21

4.2 Mô phỏng bộ điều khiển dòng điện và tốc độ cho ba pha động cơ BLDC 22
3
Danh sách hình vẽ
1.1 Cấu tạo động cơ BLDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1 Cấu trúc động cơ một chiều không chổi than. . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2 Đồ thị sức điện động và dòng điện . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3 Mô hình động cơ BLDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4 Tín hiệu Hall và sức điện động . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.5 Khối tạo sức điện động và tín hiệu Hall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.6 Khối giải mã tín hiệu Hall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.1 Mô hình một pha động cơ BLDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.2 Cấu trúc bộ điều khiển dòng điện . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3 Cấu trúc đơn giản mạch vòng dòng điện . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.4 Cấu trúc đơn giản mạch vòng điều khiển tốc độ . . . . . . . . . . . . . . 17
3.5 Mô hình điều khiển ba pha động cơ BLDC . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.6 Khối đo lường và bộ điều khiển dòng điện, tốc độ 3 pha động cơ BLDC 19
3.7 Mô hình bộ biến đổi cấp nguồn cho động cơ BLDC . . . . . . . . . . . . 19
3.8 Mô hình động cơ BLDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.1 Đặc tính dòng điện và tốc độ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.2 Đáp ứng dòng điện và tốc độ sau khi hiệu chỉnh bộ điều khiển tốc độ . 22
4.3 Đáp ứng Momen, dòng điện và tốc độ động cơ BLDC . . . . . . . . . . . 23
4.4 Dòng điện động cơ BLDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.5 Momen động cơ BLDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.6 Đáp ứng tốc độ động cơ BLDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4
Chương 1
Giới thiệu về động cơ một chiều không
chổi than
1.1 Tổng quan về động cơ một chiều không chổi than
Động cơ một chiểu không chổi than BLDC (Brushless DC Motor) là một dạng động

cơ đồng bộ tuy nhiên động cơ BLDC kích từ bằng nam châm vĩnh cửu gắn trên rotor
và dùng dòng điện một chiều ba pha cho dây quấn stator.
Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu là nhóm động cơ xoay chiều đồng bộ có phần
cảm là nam châm vĩnh cửu. Dựa vào dạng sóng sức điện động stator của động cơ mà
ta chia thành 2 loại:
- Động cơ sóng hình sin
- Động cơ sóng hình thang
Động cơ BLDC thuộc loại sóng hình thang, những động cơ còn lại là động cơ sóng
hình sin (ta gọi chung với tên là PM – Permanent magnet Motor).
1.2 Cấu tạo động cơ BLDC
Hình 1.1: Cấu tạo động cơ BLDC
- Stator: bao gồm lõi sắt (các lá thép kĩ thuật điện ghép cách điện với nhau) và dây
quấn. Cách quấn dây của BLDC khác so với cách quấn dây động cơ xoay chiều 3 pha
5
BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
thông thường, sự khác biệt này tạo nên sức phản điện động dạng hình thang mà ta
thấy.
- Rotor: Về cơ bản là không có gì khác so với các động cơ nam châm vĩnh cửu khác.
- Cảm biến Hall: do đặc thù sức phản điện động có dạng hình thang nên cấu hình
điều khiển thông thường của BLDC cần có cảm biến xác định vị trí của từ trường
rotor so với các pha của cuộn dây stator. Để làm được điều đó người ta dùng cảm
biến hiệu ứng Hall.
1.3 Nguyênlí điều khiển
Nguyên tắc điều khiển của động cơ BLDC là xác định vị trí rotor để điều khiển dòng
điện vào cuộn dây stator tương ứng, nếu không động cơ không thể tự khởi động hay
thay đổi chiều quay. Động cơ BLDC được điều khiển bằng một bộ điều khiển tương
ứng. Bộ điều khiển này có cấu tạo giống như một bộ nghịch lưu ba pha thông thường
tuy nhiên dòng điện ra là dòng điện không đổi DC. Tại một thời điểm hoạt động của
bộ điều khiển chỉ cho dòng điện DC chạy qua hai cuộn dây của hai pha tương ứng
với vị trí rotor lúc đó.

1.4 Ưu, nhược điểm của động cơ một chiều không chổi
than
- Ưu điểm
Động cơ BLDC có các ưu điểm của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu như: tỷ
lệ momen/quán tính lớn, tỉ lệ công suất trên khối lượng cao. Do được kích từ bằng
nam châm vĩnh cửu nên giảm tổn hao đồng và sắt trên rotor, vì vậy hiệu suất động cơ
được nâng cao.
Động cơ BLDC không cần chổi than và vành trượt nên giảm ma sát trên trục động cơ
và không phải tốn chi phí bảo trì chổi than. Ta cũng có thể thay đổi đặc tính cơ bằng
cách thay đổi đặc tính của nam châm kích từ và cách bố trí nam châm trên rotor.
Một số đặc tính nổi bật của động cơ khi hoạt động:
• Mật độ từ thông khe hở không khí lớn.
• Tỉ lệ công suất / khối lượng cao.
• Vận hành nhẹ nhàng (dao động của momen nhỏ) thậm chí ở tốc độ thấp (để đạt
được điều khiển vị trí một cách chính xác).
• Momen điều khiển được ở vị trí bằng không.
• Vận hành tốc độ cao.
• Có thể tăng tốc và giảm tốc trong thời gian ngắn.
• Hiệu suất cao.
• Kết cấu gọn.
Cao Ngọc Thắng 6
BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
- Nhược điểm
Do động cơ được kích từ bằng nam châm vĩnh cửu được điều khiển bằng một bộ
điều khiển với điện áp ngõ ra dạng xung vuông và cảm biến Hall được đặt bên trong
để xác định vị trí rotor. Điều này làm tăng giá thành sản xuất động cơ.
Nếu dùng các loại nam châm sắt từ chúng dễ từ hóa nhưng khả năng tích từ không
cao dễ bị khử từ và đặc tính từ của nam châm bị giảm khi tăng nhiệt độ.
Cao Ngọc Thắng 7
Chương 2

Mô hình hóa động cơ một chiều không
chổi than bằng phương pháp hàm
truyền
2.1 Sơđồ nguyên lí
Sơ đồ tương đương và đồ thị dạng sóng suất điện động và dòng điện của động cơ
BLDC được thể hiện ở hình vẽ. Mô hình toán học của động cơ BLDC có thể được xây
dựng như cách làm với động cơ đồng bộ ba pha. Tuy nhiên sẽ có điểm khác biệt về
đặc tính động học do rotor của động cơ BLDC là nam châm vĩnh cửu.
Hình 2.1: Cấu trúc động cơ một chiều không chổi than.
8
BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Hình 2.2: Đồ thị sức điện động và dòng điện
2.2 Phương trình
Quan hệ giữa điện áp và dòng điện các pha động cơ điện mô tả như sau:
u
an
= Ri
a
+ L
di
a
dt
+ e
a
(2.1)
u
bn
= Ri
b
+ L

di
b
dt
+ e
b
(2.2)
u
cn
= Ri
c
+ L
di
c
dt
+ e
c
(2.3)
Trong đó:
L,R - cảm kháng, điện trở của mỗi pha động cơ.
u
an
, u
bn
, u
cn
- điện áp pha a, pha b, pha c.
i
a
, i
b

, i
c
- dòng điện chạy qua mỗi pha a,b,c.
e
a
, e
b
, e
c
- sức điện động sinh ra tại mỗi pha a,b,c.
Khi S1, S2 dẫn → pha a, pha c dẫn:
Ung = 2Ri
a
+ 2L
di
a
dt
+ 2e
a
(2.4)
U
ng
2
= Ri
a
+ L
di
a
dt
+ e

a
(2.5)
Sử dụng phép biến đổi Laplace:
U
ng
2
− Ea = I
a
(R + sL) (2.6)
Cao Ngọc Thắng 9
BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
I
a
U
ng
2
− E
a
=
1
R
T
a
s + 1
(2.7)
Với T
a
= L
a
/R

a
Trong động cơ BLDC 3 pha, sức điện động phụ thuộc vào vị trí rotor:
e
a
= K
e
f(θ
e
)ω (2.8)
e
b
= K
e
f(θ
e
− 2π/3)ω (2.9)
e
c
= K
e
f(θ
e
+ 2π/3)ω (2.10)
Trong đó: K
e
- hằng số sức điện động; θ
e
- góc điện rotor; ω - tốc độ quay của rotor.
Mối quan hệ giữa góc điện và góc cơ θ
m

của rotor động cơ:
θ
e
= pθ
m
(2.11)
Với p là số đôi cực.
Công suất điện từ:
P
dt
= e
a
i
a
+ e
b
i
b
+ e
c
i
c
(2.12)
M
dt
- Momen điện từ động cơ sinh ra. Bỏ qua tổn hao do ma sát trên trục động cơ ta
có:
P
dt
= e

a
i
a
+ e
b
i
b
+ e
c
i
c
= M
dt
ω (2.13)
Phương trình Mô men:
M
dt
=
e
a
i
a
+ e
b
i
b
+ e
c
i
c

ω
(2.14)
Khi có momen tải M
c
, ta có phương trình động lực học:
M
dt
− M
c
= J
dω
dt
+ K
f
ω (2.15)
Với J - Momen quán tính của rotor; K
f
- hằng số ma sát, K
f
= 0
Sử dụng biến đổi Laplace:
ω
M
dt
− M
c
=
1
Js
(2.16)

2.3 Mô hình động cơ BLDC
Dựa vào các phương trình trên, ta thu được mô hình động cơ BLDC. [Hình 2.3]
Động cơ BLDC có cảm biến Hall đặt trên Stator để xác định vị trí rotor và điều khiển
dòng điện phần ứng cho phù hợp với vị trí đó.
Giá trị của cảm biến Hall được xác định qua [Bảng2.1]
Dựa vào "bảng 2.1" và "hình 2.4" ta xây dựng khối tạo tín hiệu Hall theo khối look-
up table như hình vẽ:
Khối giải mã tín hiệu Hall có tác dụng giải mã tín hiệu Hall đưa về tạo ra dạng dòng
điện chuẩn từ đấy xác định được pha nào đang dẫn để điều khiển.
Sức điện động pha cũng được tạo nhờ khối look-up table cho ra dạng sức điện động,
sau khi nhân với tốc độ ω và hệ số K
e
ta thu được sức điện động 3 pha e
a
, e
b
, e
c
.
Cao Ngọc Thắng 10
BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Hình 2.3: Mô hình động cơ BLDC
Góc điện Hall Pha dẫn Van dẫn
0 - 60 101 A - C S1 - S2
60 - 120 001 B - C S2 - S3
120 - 180 011 B - A S3 - S4
180 - 240 010 C - A S4 - S5
240 - 300 110 C - B S5 - S6
300 - 360 100 A - B S6 - S1
Bảng 2.1: Góc điện, cảm biến Hall, pha dẫn, van dẫn

Cao Ngọc Thắng 11
BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Hình 2.4: Tín hiệu Hall và sức điện động
Hình 2.5: Khối tạo sức điện động và tín hiệu Hall
Cao Ngọc Thắng 12
BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Hình 2.6: Khối giải mã tín hiệu Hall
Cao Ngọc Thắng 13
Chương 3
Thiết kế hệ điều khiển hai mạch vòng
cho động cơ một chiều không chổi than
Động cơ BLDC là động cơ 3 cuộn dây stator và rotor được làm bằng nam châm vĩnh
cửu. Vì vậy khi thiết kế bộ điều khiển tốc độ và dòng điện ta sẽ thiết kế cho 1 pha của
động cơ sau đó tiến hành ghép nối và hiệu chỉnh để được bộ điều khiển hoàn chỉnh
cho động cơ.
Hiện nay để tổng hợp bộ điều khiển các phương pháp tính toán gần đúng được thực
hiện nhiều. Bài tập này sẽ sử dụng hai tiêu chuẩn tối ưu phổ biến đó là tiêu chuẩn tối
ưu module và tiêu chuẩn tối ưu đối xứng cho việc thiết kế bộ điều khiển dòng điện và
tốc độ.
3.1 Thiếtkế bộ điều khiển cho một pha
Khi điều khiển động cơ, tham số cần quan tâm đầu tiên là dòng điện và tốc độ. Điều
khiển tốc độ để đảm bảo tốc độ động cơ luôn bám theo giá trị đặt mong muốn. Điều
khiển dòng điện của động cơ cũng chính là điều khiển mô men, đảm bảo động cơ
luôn cấp một lượng mô men ứng với yêu cầu của tải. Tuy nhiên, sự phù hợp giữa mô
men và tốc độ phải tuân theo đường đặc tính cơ của động cơ.
3.1.1 Vòng điều khiển dòng điện phần ứng
1. Cấu trúc bộ điều khiển dòng điện
Mô hình một pha và cấu trúc bộ điều khiển dòng điện cho một pha động cơ
BLDC:
2. Mô hình hóa khối bộ biến đổi

Bộ biến đổi ở đây là bộ chuyển mạch dùng 6 van MOSFET mắc theo kiểu nghịch
lưu nguồn áp, khâu phát xung là khâu PWM với tần số phát xung 10 kHz.
Hàm truyền của khối bộ biến đổi có dạng:
G
bd
=
K
bd
1 + sT
bd
(3.1)
14
BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Hình 3.1: Mô hình một pha động cơ BLDC
Hình 3.2: Cấu trúc bộ điều khiển dòng điện
Trong đó K
bd
, T
bd
được xác định theo tài liệu [4] như sau:
K
bd
= 0.65
U
ng
U
cm
(3.2)
Với U
cm

= 10V - điện áp đỉnh của khâu so sánh.
T
bd
=
1
2f
c
(3.3)
Với f
c
- tần số chuyển mạch của bộ biến đổi.
3. Khâu đo dòng điện - phản hồi dòng
Khâu đo dòng điện có thể chọn là khâu trễ với dạng hàm truyền như sau:
G
i
=
K
i
1 + sT
i
(3.4)
Với hệ sô khuếch đại:
K
i
=
U
cm
3I
dm
(3.5)

T
i
= 0.0001 (3.6)
Cao Ngọc Thắng 15
BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Hình 3.3: Cấu trúc đơn giản mạch vòng dòng điện
4. Thiết kế bộ điều khiển dòng điện
Bỏ qua sự tác động của sức điện động trong thời gian ngắn. Ta có thể đơn giản
mạch vòng điều khiển dòng điện:
Ta có hàm truyền đạt đối tượng:
G
dt
(s) =
K
bd
sT
bd
+ 1
1
R
a
1
sT
a
+ 1
Ki
sT
i
+ 1
(3.7)

Do hằng số thời gian T
a
lớn hơn nhiều so với T
bd
, T
i
nên ta có thể xấp xỉ hai thành
phần T
bd
, T
i
lại với nhau, ta được:
T
bdi
= T
bd
+ T
i
(3.8)
Khi đó hàm truyền của đối tượng là:
G
dt
(s) =
K
bd
1
R
a
K
i

(sT
a
+ 1)(sT
bdi
+ 1)
(3.9)
Là khâu quán tính bậc 2, áp dụng tiêu chuẩn tối ưu mô đun, ta chọn bộ điều
khiển là bộ PI với :
R
i
(s) = K
p
(1 +
1
sT
I
) = K
p
+ K
I
1
s
(3.10)
Các tham số K
p
và T
I
được xác định như sau:
T
I

= T
a
(3.11)
K
p
=
T
I
2kT
bdi
=
T
a
2kT
bdi
(3.12)
K
I
=
K
p
T
I
(3.13)
Với k =
K
bd
K
i
R

a
Hàm truyền đạt kín của mạch vòng dòng điện khi có sự tham gia của bộ điều
khiển PI (coi thành phần suất điện động E là nhiễu và sẽ bị triệt tiêu nhờ thành
phần tích phân của bộ điều khiển):
Gi
k
(s) =
i
a
(s)
i
d
(s)
=
1
2T
bdi
s(T
bdi
s + 1) + 1
≈
1
2T
bdi
s + 1
(3.14)
Cao Ngọc Thắng 16
BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
3.1.2 Vòng điều khiển tốc độ quay
1. Cấu trúc bộ điều khiển tốc độ

Hình 3.4: Cấu trúc đơn giản mạch vòng điều khiển tốc độ
Đối với vòng điều khiển tốc độ quay, vòng điều chỉnh dòng điện trên là vòng
điều khiển vòng trong có thể gom lại thành một phần của đối tượng điều khiển
cho vòng điều khiển tốc độ vòng ngoài.
Hàm truyền đạt của vòng điều khiển dòng điện:
Gi
k
(s) =
i
a
(s)
i
d
(s)
=
1
2T
bdi
s(T
bdi
s + 1) + 1
≈
1
2T
bdi
s + 1
(3.15)
2. Khâu phản hồi tốc độ
Khâu đo tốc độ có thể chọn là khâu trễ với dạng hàm truyền như sau:
G

ω
=
K
ω
1 + sT
ω
(3.16)
Với hệ số khuếch đại:
K
ω
=
U
cm
3ω
dm
(3.17)
T
ω
= 0.001 (3.18)
Đối tượng ĐK tổng quát lúc này sẽ có mô hình hàm truyền đạt:
G
ω
(s) =
1
2T
bdi
s + 1
1
Ki
K

t
1
Js
K
ω
T
ω
s + 1
(3.19)
G
ω
(s) =
K
t
K
ω
1
K
i
J
s(2T
bdi
s + 1)(T
ω
s + 1)
(3.20)
G
ω
(s) ≈
K

t
K
ω
1
K
i
J
s((2T
bdi
+ T
ω
)s + 1)
(3.21)
Cao Ngọc Thắng 17
BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Ta thấy, hàm truyền của đối tượng là khâu tích phân, quán tính bậc nhất. Áp
dụng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng ta thu được: Bộ điều khiển tốc độ là bộ PI:
R
ω
(s) = K
p
(1 +
1
sT
I
) = K
p
+ K
I
1

s
(3.22)
Tham số của bộ điều khiển:
T
I
= a(T
bdi
+ T
ω
) (3.23)
K
p
=
1
k(T
bdi
+ T
ω
)
√
a
(3.24)
K
I
=
K
p
T
I
(3.25)

Với a > 1 chọn a = 4.
3.2 Tổng hợp bộ điều khiển ba pha động cơ một chiều
không chổi than
Sau khi thiết kế bộ điều khiển dòng điện và tốc độ cho mô hình một pha của động cơ
BLDC ta thực hiện thiết kế bộ điều khiển dòng điện và tốc độ cho cả ba pha động cơ
thông qua các phương trình điện, cơ đã có.
1. Mô hình điều khiển động cơ BLDC.
Hình 3.5: Mô hình điều khiển ba pha động cơ BLDC
Mô hình điều khiển động cơ BLDC gồm 3 khối: Khối đo và điều khiển, khối bộ
biến đổi, khối động cơ BLDC. Giá trị đặt tốc độ và momen sử dụng khâu tạo đáp
ứng bước nhảy Step.
Cao Ngọc Thắng 18
BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
2. Khối đo lường và điều khiển
Bộ điều khiển gồm bộ điều khiển dòng điện, tốc độ được tổng hợp ở trên kết
hợp với bộ giải mã tín hiệu Hall để xác định pha dẫn. Khâu đo dòng điện và tốc
độ là 2 khâu tỉ lệ quán tính có hệ số đã được xác định ở trên.
Hình 3.6: Khối đo lường và bộ điều khiển dòng điện, tốc độ 3 pha động cơ BLDC
3. Khối bộ biến đổi
Khối bộ biến đổi gồm 6 van Mosfet/IGBT được mắc theo kiểu nghịch lưu nguồn
áp 3 pha, mỗi thời điểm chỉ có 2 van dẫn. Bộ biến đổi được điều khiển theo
phương pháp điều chế độ rộng xung Pwm.
Hình 3.7: Mô hình bộ biến đổi cấp nguồn cho động cơ BLDC
4. Khối động cơ BLDC
Khối động cơ là mô hình động cơ BLDC được thiết kế, mô hình hóa ở chương 1.
Cao Ngọc Thắng 19
BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Hình 3.8: Mô hình động cơ BLDC
Cao Ngọc Thắng 20
Chương 4

Mô phỏng sử dụng Matlab Simulink
4.1 Môphỏngbộđiềukhiểndòngđiệnvàtốcđộchomột
pha động cơ BLDC
• Sơ đồ mô phỏng được thực hiện như "Hình 3.4". Với thông số bộ điều khiển như
sau:
- Bộ điều khiển dòng:
K
p1
=
T
I
2kT
bdi
=
T
a
2kT
bdi
= 19.861 (4.1)
K
I1
=
K
p
T
I
= 661.240 (4.2)
- Bộ điều khiển tốc độ:
K
p2

=
1
k(T
bdi
+ T
ω
)
√
a
= 46.832 (4.3)
K
I2
=
K
p
T
I
= 9000 (4.4)
Với a > 1 chọn a = 4.
• Kết quả mô phỏng:
• Nhận xét kết quả mô phỏng:
Nhận thấy đáp ứng tốc độ (dưới) đã bám theo giá trị tốc độ đặt. Giá trị dòng
điện (trên) cũng phù hợp với dòng thực tế khi ở trạng thái xác lập. Tuy nhiên,
giá trị dòng điện khí khởi động lớn quá mức cho phép rất nhiều lần mặc dù đã
sử dụng bộ hạn chế dòng.
• Hiệu chỉnh
Việc giá trị dòng khởi động vượt quá mức là do thông số Kp2, Ki2 của bộ điều
khiển tốc độ quá lớn khiến cho đáp ứng nhanh và lớn làm cho dòng điện tăng
vọt. Vì vậy ta sẽ giảm giá trị Kp, Ki của bộ điều khiển tốc độ.
Sau nhiều lần thử nghiệm ta chọn: K

p2
= 3; K
i2
= 100
- Kết quả mô phỏng sau khi hiệu chỉnh:
21
BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Hình 4.1: Đặc tính dòng điện và tốc độ
Hình 4.2: Đáp ứng dòng điện và tốc độ sau khi hiệu chỉnh bộ điều khiển tốc độ
4.2 Mô phỏng bộ điều khiển dòng điện và tốc độ cho ba
pha động cơ BLDC
• Sơ đồ mô phỏng như "hình 3.5". Sau khi tiến hành mô phỏng với 1 pha, ta tiến
hành mô phỏng với 3 pha động cơ BLDC với bộ điều khiển đã được hiệu chỉnh
như sau:
- Bộ điều khiển dòng:
K
p1
=
T
I
2kT
bdi
=
T
a
2kT
bdi
= 19.861 (4.5)
K
I1

=
K
p
T
I
= 661.240 (4.6)
Cao Ngọc Thắng 22
BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
- Bộ điều khiển tốc độ:
K
p2
= 3 (4.7)
nK
I2
= 100 (4.8)
• Kết quả mô phỏng:
– Đáp ứng Momen, dòng điện và tốc độ
Hình 4.3: Đáp ứng Momen, dòng điện và tốc độ động cơ BLDC
– Đáp ứng dòng điện
Hình 4.4: Dòng điện động cơ BLDC
– Đáp ứng Momen
– Đáp ứng tốc độ
Cao Ngọc Thắng 23
BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Hình 4.5: Momen động cơ BLDC
Hình 4.6: Đáp ứng tốc độ động cơ BLDC
• Nhận xét kết quả mô phỏng
- Tốc độ động cơ bám theo giá trị đặt tốc độ ở cả chế độ không tải và tải định
mức. Giá trị dòng điện, momen phù hợp với đặc tính của động cơ.
- Các chỉ tiêu chất lượng như độ quá điều chinh đạt 14%, thời gian quá độ ngắn

(khoảng 0.2s), sai lệch tĩnh nhỏ, không đáng kể.
Cao Ngọc Thắng 24