Đại học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------

NGÔ ANH TUẤN

ỨNG DỤNG FUZZY LOGIC ĐIỀU KHIỂN
ĐỘNG CƠ KĐB BA PHA
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN
MÃ SỐ NGÀNH: 2.02.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 08 NĂM 2003


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:
Tiến só Phan Quốc Dũng
cán bộ chấm nhận xét 1:
…………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………
cán bộ chấm nhận xét 2:
…………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN
VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp. Hồ Chí Minh
ngày……….tháng ………..naêm 2003


Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: Ngô Anh Tuấn
Ngày tháng năm sinh: 16-10-1970
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện

Phái: Nam
Nơi sinh: Hà nội

I- TÊN ĐỀ TÀI:
Ứng dụng Fuzzy logic điều khiển động cơ KĐB ba pha.
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Ứng dụng Fuzzy logic điều khiển gián tiếp vecto dòng đồng bộ trong khâu PI
điều khiển tốc độ và bảng tham chiếu quy luật đóng cắt khóa bán dẫn của bộ
nghịch lưu để điều khiển động cơ KĐB ba pha.
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/2/2003
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/07/2003

V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : Tiến Só Phan Quốc Dũng
VI- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1:

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
.......

VII- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2:

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
.......
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ NHẬN XÉT 1 CÁN BỘ NHẬN XÉT 2

Ts. Phan Quốc Dũng
Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành
thông qua.
Ngày tháng năm 2003
TRƯỞNG PHÒNG QLKH-SĐH
CHỦ NHIỆM NGÀNH

Nguyễn Hữu Phúc


LỜI CÁM ƠN

Tôi xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ của Trường Đại Học Bách
Khoa, phòng quản lý sau Đại học đã hỗ trợ tạo mọi điều kiện thuận
lợi để tôi có thể hoàn thành tập luận văn này.
Tôi xin cảm ơn toàn thể quý Thầy Cô trường Đại học Bách Khoa,

Thầy Cô giảng dạy trong các năm học qua, đặc biệt:
Thầy Ts. Phan Quốc Dũng đã nhiệt tình hướng dẫn để tôi
hoàn thành luận văn này.
Xin kính chúc sức khoẻ và chân thành cảm ơn đến tất cả các
Thầy Cô.


GIỚI THIỆU
Đối với động cơ DC ta biết rằng: có thể điều khiển độc lập hai thành
phần dòng tạo từ thông( dòng mạch điện kích thích ) và dòng tạo
momen quay( dòng mạch điện phần ứng) do hai mạch điện động cơ
DC hòan tòan cách ly, vì vậy các thuật tóan điều khiển đơn giản và
đòi hỏi ở vi xử lý một lượng thời gian tính không lớn. Đây chính là
những nguyên nhân đưa động cơ DC đi trước một bước ở những năm
đầu ứng dụng kỹ thuật số trong các hệ thống điều khiển truyền động,
đặc biệt là các hệ có chất lượng cao.
Ngược lại, do hệ thống cuộn dây và nguồn cấp điện ba pha,
động cơ xoay chiều ba pha có cấu trúc phức tạp và đã gây khó khăn
đáng kể cho việc mô tả toán học đặc điểm cách ly trên. Chính vì lý do
đó phương pháp điều khiển định hướng trường theo vecto từ thông roto
đã xuất hịên nhằm tạo ra một công cụ cho phép tách các thành phần
dòng tạo từ thông và dòng tạo momen quay từ dòng điện xoay chiều
ba pha chảy trong các cuộn dây stator của động cơ và có thể điều
khiển độc lập hai thành phần này[1][2]. Và phương pháp này còn thể
hiện ở việc tạo điều kiện tối ưu cho việc tạo momen, kết quả của việc
cực đại momen trên mỗi đơn vị ampere cho cả hai trường hợp xác lập
và quá độ [2].
Phương pháp điều khiển gián tiếp vecto dòng đồng bộ nhằm
điều khiển momen và tốc độ cũng là một phương pháp điều khiển định
hướng trường theo vecto từ thông roto.

Ưu điểm của phương pháp này là tốc độ đáp ứng nhanh và ít dao
động.
Áp đặt nhanh momen quay.
Hiện nay việc điều khiển thông minh với các ứng dụng lý thuyết mờ,
mạng neural, hệ mờ – neural, kỹ thuật dựa trên thuật toán di truyền
đang được ứng dụng rộng rãi với mục đích thay thế các vấn đề điều
khiển truyền thống dựa trên các lý luận tóan học mà trong một số
trường hợp không giải quyết được do tính phức tạp của vấn đề. Vì vậy:
Mục đích của luận văn là nghiên cứu và đề xuất việc ứng dụng logic
mờ ( Fuzzy logic), được sử dụng để điều khiển động cơ không đồng
bộ( ĐCKĐB) theo phương pháp điều khiển gián tiếp vecto dòng đồng
bộ(isd,isq).
Xây dựng hệ thống điều khiển ĐCKĐB bằng logic mờ.


Nhiệm vụ luận văn yêu cầu giải quyết các vấn đề cụ thể như sau:
• Xây dựng mô hình động cơ không đồng bộ.
• Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển vecto dòng đồng
bộ(isd,isq).
• Mô phỏng hệ truyền động động cơ không đồng bộ theo phương
pháp điều khiển vecto dòng đồng bộ.
• Nghiên cứu ứng dụng logic mờ trong phương pháp điều khiển
vecto dòng đồng bộ(isd,isq).
• Mô phỏng hệ thống điều khiển vecto dòng đồng bộ( isd,isq )
dùng logic mờ.
• Kết luận.
Phương pháp nghiên cứu:
Để mô phỏng và huấn luyện ta sử dụng phần mềm
Matlab/simulink/Fuzzy logic toolbox.
Sơ đồ hệ thống điều khiển vecto dòng đồng bộ ứng dụng logic mờ(

Fuzzy logic) được chia làm hai phần riêng biệt:
1. Thay khối PI điều khiển tốc độ động cơ truyền thống bằng Fuzzy
logic.
2. Dùng logic mờ cho bảng tham chiếu quy luật đóng cắt khoá bán dẫn
của bộ nghịch lưu.
Tính chất mới mẻ của luận văn:
1. Khối PI trở nên đơn giản do thay thế được việc xác định các thông
số Ki, Ti thường phức tạp, trở nên đơn giản do khâu mờ sẽ tự xác định
các thông số trên.
2. Thiết lập được mô hình bảng tham chiếu quy luật đóng cắt khoá bán
dẫn của bộ nghịch lưu bằng logic mờ.
Kết quả của luận văn:
1. Nghiên cứu có thể được sử dụng để phục vụ cho sinh viên ngành kỹ
thuật điện trong lãnh vực truyền động điện, làm cơ sở để xây dựng mô
hình thực hành.
2. Ứng dụng trong công nghiệp: Sử dụng chip TMS320 của hãng Texas
Instrument được ứng dụng cho điều khiển dòng động cơ ứg dụng Fuzzy
logic.


3. Hệ thống trở nên đơn giản do thay thế khâu PI và bảng tham chiếu
quy luật đóng đóng cắt khóa bán dẫn của bộ nghịch lưu bằng Fuzzy
logic.
4. Hệ thống dễ dàng thực hiện.
5. Cải thiện được đặc tính kinh tế, kỹ thuật.
Thuyết minh của luận văn: Gồm phần giới thiệu, 04 chương nội dung,
kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục trong đó:
- Chương 1: Mô tả nguyên lý họat động và tổng quát về phương
pháp điều khiển gián tiếp vecto dòng đồng bộ.
- Chương 2: Xây dựng hệ thống điều khiển gián tiếp vecto dòng

đồng bộ.
- Chương 3: Giới thiệu tổng quan về logic mờ ( Fuzzy logic).
- Chương 4: Xây dựng hệ thống điều khiển gián tiếp vecto dòng
đồng bộ ứng dụng Fuzzy logic.
- Kết luận: Đưa ra các nhận xét về kết quả đạt được.


MỤC LỤC
Trang
LỜI GIỚI THIỆU
1. ĐIỀU KHIỂN GIÁN TIẾP VECTO DÒNG ĐỒNG BỘ
( INDIRECT VECTOR SYNCHRONOUS CURRENT CONTROL).

1

1.1. Giới thiệu
1.2. Nguyên lý hoạt động
1.3. Tổng quát về phương pháp điều khiển gián tiếp vecto
dòng đồng bộ.
- Ưu khuyết điểm.
- Mô hình tổng quát.

2
2
3

2. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁN TIẾP VECTO
DÒNG ĐỒNG BỘ

8


2.1. Các phương trình cơ bản.
2.2. Mô hình trạng thái động cơ trên hệ tọa độ stator.
2.3. Xây dựng mô hình động cơ trên hệ tọa độ stator bằng Mattlab.
2.4. Xây dựng mô hình khâu PI điều khiển tốc độ
và mô phỏng bằng Mattlab.
2.5. Xây dựng mô hình và mô phỏng
khâu
20
tách hai thành phần dòng đồng bộ và góc trượt.
2.6. Xây dựng mô hình và mô phỏng khâu chuyển hệ tọa độ cực.
2.7. Xây dựng mô hình và mô phỏng khâu so sánh trễ.
2.8. Xây dựng mô hình và mô phỏng bảng tham chiếu quy luật đóng
23
cắt khóa bán dẫn của bộ nghịch lưu.
2.9. Kết quả mô phỏng.

9
11
15
18

23

3. GIỚI THIỆU FUZZY LOGIC.

47

21
22



3.1. Tổng quan.
3.1.1 Khái niệm.
3.1.2 Mô hình hệ thống mờ ( Fuzzy logic ).
3.1.3 Khả năng hệ thống mờ.
3.2. Cấu trúc hệ thống mờ.
3.2.1 Phân loại hệ thống mờ.
3.2.2 Cơ sở luật mờ và suy luận mờ.
3.2.3 Mờ hóa và giải mờ.
3.2.4 Luật mờ IF – THEN
3.3. Ưu điểm của kỹ thuật mờ
3.4. Phạm vi ứng dụng.
3.5. Ứng dụng trong luận văn.

48
48
48
48
48
48
50
51
52
53
53
53

4. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁN TIẾP
VECTO DÒNG ĐỒNG BỘ ỨNG DỤNG FUZZY LOGIC


55

4.1 Giới thiệu.
4.2 Thay thế khâu PI truyền thống bằng kỹ thuật Fuzzy logic.
4.3 Thay thế bảng tham chiếu quy luật đóng cắt khóa bán dẫn
của bộ nghịch lưu bằng kỹ thuật Fuzzy logic.
4.4 Hệ thống điều khiển gián tiếp vecto dòng đồng bộ
sử dụng Fuzzy logic
4.5 Kết quả mô phỏng
4.5.1 Kết quả mô phỏng thay thế khâu PI bằng Fuzzy logic
4.5.2 Kết quả mô phỏng thay thế bảng tham chiếu quy luật đóng cắt
63
khóa bán dẫn của bộ nghịch lưu bằng Fuzzy logic.
4.5.3 Kết quả mô phỏng tổng hợp.
4.5.4 Tính bền vững của hệ thống điều khiển
KẾT LUẬN

56
56
58
59
61
62

65
67
87



Luận án Cao học

1. ĐIỀU KHIỂN GIÁN TIẾP VECTO DÒNG ĐỒNG
BỘ ( INDIRECT VECTOR SYNCHRONOUS
CURRENT CONTROL )
NỘI DUNG:

1.1. Giới thiệu
1.2. Nguyên lý hoạt động
1.3. Tổng quát về phương pháp điều khiển gián tiếp vecto dòng đồng bộ.
- Ưu khuyết điểm.
- Mô hình tổng quát.

Chương I

Trang 1


Luận án Cao học

1.1 . Giới thiệu:
Hệ thống điều khiển gián tiếp vecto dòng đồng bộ từ thông và moment
ban đầu được ứng dụng cho động cơ không đồng bộ được cấp nguồn từ bộ
nghịch lưu nguồn áp PWM và sau đó được ứng dụng cho việc điều khiển
động cơ AC với tên gọi là điều khiển vectơ dòng đồng bộ với bộ nghịch
lưu là nguồn dòng hay là nguồn áp dưới dạng điều chế vecto không gian.
Dựa trên biên độ vectơ từ thông rotor và sai số tốc độ, giá trị liên quan và
vị trí của vectơ từ thông stator của một phần sáu chu kỳ của hài cơ bản.
Điều đó có nghóa là chúng ta cần ước lượng sự biến thiên tương ứng cho
những sai số moment, từ thông rotor, tốc độ và vị trí không gian từ thông

rotor. Việc ước lượng từ thông (moment) thì tốt cho điều khiển vectơ trực
tiếp cũng như cho điều khiển trực tiếp moment và từ thông.
Điều khiển tốc độ và moment gián tiếp qua vecto dòng đồng bộ cần phải
có khâu hiệu chỉnh moment PI. Hơn nữa vectơ rotor và điều chế độ rộng
xung (PWM) vòng hở được thay thế bằng bảng đóng ngắt (table of
switching - TOS).
1.2. Nguyên lý hoạt động:
Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển gián tiếp vecto dòng đồng
bộ là việc hiểu hoạt động của bảng đóng ngắt TOS như thế nào, đó là
một cách để vận hành thành công [3].
Sự chọn lựa vectơ điện áp thích hợp trong bộ nghịch lưu Us(i) được dựa
trên phương trình stator trên hệ toạ độ stator.

d λs s
s
= u s s − R s i s (t )
dt

(1.1)

Thực chất sai số dòng tạo moment( isq) có thể triệt tiêu bởi sự tăng nhanh
dòng tạo từ thông stator(isd) hay giảm nhanh dòng tạo từ thông stator. Để
giảm sai số từ thông, q tích từ thông sẽ được điều khiển dọc theo vectơ
điện áp thích hợp mà điều này sẽ làm gia tăng hay giảm biên độ từ thông.
Khi biên độ từ thông tăng thì vectơ điện áp pha dời đi một góc lớn hơn 900
so với vectơ từ thông trước đó. Trường hợp ngược lại, nếu biên độ từ
thông giảm thì sẽ được quan sát một góc nhỏ hơn 900.

Chương I


Trang 2


Luận án Cao học

Một bảng chuyển mạch tối ưu được trình bày ở bảng sau [3]:
θs(2)
θs(3)
θs(4)
θs(5)
θs(1)
θs(i)
isd
isq
1
1
V2
V3
V4
V5
V6
1
-1
V6
V1
V2
V3
V4
0
1

V0
V7
V0
V7
V0
0
-1
V0
V7
V0
V7
V0
-1
1
V3
V4
V5
V6
V1
-1
-1
V5
V6
V1
V2
V3

θs(6)
V1
V5

V7
V7
V2
V4

Sự chọn lựa vectơ điện áp được trình bày như sau.

1.3. Tổng quát về phương pháp điều khiển gián tiếp vecto dòng đồng
bộ.
a. Ưu khuyết điểm.
Ưu điểm:
Tốc độ đáp ứng nhanh và ít dao động.
Áp đặt nhanh moment quay.
Bảo đảm cách ly lý tưởng giữa hai thành phần dòng tạo từ thông và
dòng tạo moment quay isd,isq tức là bảo đảm cách ly các quá trình từ
hóa cũng như sản sinh moment trong động cơ.
Khuyết điểm:
Chương I

Trang 3


Luận án Cao học

Khả năng áp đặt dòng ở miền giới hạn của độ mở biến tần( điện áp
stator có module tới hạn ) kém, gây nên hiện tượng sai lệch hướng tựa
và do đó không đảm bảo áp đặt chính xác momen quay.
b. Mô hình tổng quát.
Cấu trúc của hệ thống điều khiển gián tiếp vecto dòng đồng bộ(
Indirect vector synchronous current control): đã được S.A.Nasar, và Ion

Boldea đề xuất [3] như hình 1.1
Hệ thống điều khiển trực tiếp không dùng cảm biến có tính kinh tế hơn
so với hệ thống điều khiển trực tiếp dùng cảm biến và hiện nay thì
DSP đủ khả năng để giải quyết các mô hình toán.
Do hệ thống điều khiển trực tiếp không dùng cảm biến dùng các mô
hình toán nên sẽ xuất hiện sai số, để giải quyết các vấn đề đó ta cần
phải có các khâu bù nhưng hiện nay thì DSP cũng đã xử lý được các
khâu bù đó.
Vì vậy nên luận văn này ta tập trung nghiên cứu về hệ thống điều
khiển gián tiếp vector dòng đồng bộ không dùng cảm biến.

Chương I

Trang 4


Luận án Cao học

Chương I

Trang 5


Luận án Cao học

Hệ thống bao gồm các khâu:
- Hiệu chỉnh tốc độ( PI ).

es


Hiệu
chỉnh
Tốc độ

Moment đặt Te*

Ngõ vào là sai số tốc độ, ngõ ra là moment đặt.
- Tách hai thành phần dòng đồng bộ và góc trượt.
Lamda*

isd*
isq*

Te*

teta*

Khâu tách dòng

Ngõ vào là từ thông và moment và từ thông đặt, ngõ ra là dòng isd*, isq*,
góc teta.
- Chuyển hệ tọa độ cực.

isalpha
isbeta

isd

Theta


isq
alpha beta - dq

- Khâu so sánh:
eisd

isd*
isq*
isd
isq

Khâu so
sánh

eisq

- Bảng đóng cắt:
eisd
eisd
Theta
Chương I

Bảng đóng
cắt

Vi

Trang 6



Luận án Cao học

- Khâu ước tính từ thông, dòng stator, tốc độ, vị trí góc phụ tải:
Va,Vb,Vc

TL

Khâu ước tính
Từ thông,
Dòng stator,
Tốc độ, vị trí góc phụ
tải

isalpha
isbeta
ro
Wr

Trong đó:
isalpha, isbeta : dòng điện stator trên hệ trục alpha – beta( hệ tọa độ
stator).
isd*, isq* : dòng điện đặt stator trên hệ trục d – q( hệ tọa độ rotor).
isd, isq : dòng điện đặt stator trên hệ trục d – q( hệ tọa độ rotor).
eisd, eisq: sai số dòng đồng bộ.
TL: Moment tải.
Lamda*(λ*) : từ thông đặt.
Te*: moment đặt.
es : sai số tốc độ.
Theta: Góc đồng bộ.
Teta: góc trượt.

ro: góc phụ tải.
Vi( i=0..7): Vecto không gian điều khiển đóng cắt khóa bán dẫn bộ
nghịch lưu.
Wr: Tốc độ phụ tải.
Hai dòng thành phần được ước tính từ dòng điện ở ngõ ra của động cơ
không đồng bộ và bộ nghịch lưu, nó được so sánh với dòng thành phần
của khâu tách dòng thành phần thông qua moment đặt và từ thông đặt để
hiệu chỉnh sao cho sai số đạt tối thiểu thông qua khâu trễ.
Ở chương sau ta sẽ lần lượt xây dựng phương trình toán học và minh họa
bằng chương trình Mattlab với công cụ simulink.

Chương I

Trang 7


Luận án Cao học

2. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁN
TIẾP VECTO DÒNG ĐỒNG BỘ
NỘI DUNG
2.1 Các phương trình cơ bản.
2.2 Mô hình trạng thái động cơ trên hệ tọa độ stator.
2.3 Xây dựng mô hình động cơ trên hệ tọa độ stator bằng Matlab.
2.4 Xây dựng mô hình khâu PI và mô phỏng bằng Matlab.
2.5 Xây dựng mô hình và mô phỏng khâu tách hai dòng thành phầnvà góc
trượt teta.
2.6 Xây dựng mô hình và mô phỏng khâu chuyển hệ tọa độ cực.
2.7 Xây dựng mô hình và mô phỏng khâu so sánh trễ.
2.8 Xây dựng mô hình và mô phỏng bảng tham chiếu quy luật đóng cắt

khóa bán dẫn của bộ nghịch lưu.
2.9 Kết quả mô phỏng.
2.9.1 Kết quả mô phỏng hệ thống.
2.9.2 Kết quả mô phỏng hệ thống khi thay đổi moment tải.
2.9.3 Khảo sát tính bền vững của hệ điều khiển.
2.10 Kết Luận

Chương II

Trang

8


Luận án Cao học

2.1 Các phương trình cơ bản.
Động cơ không đồng bộ được mô tả bởi hệ phương trình vi phân bậc cao.
Về cấu trúc phân bố các cuộn dây phức tạp về mặt không gian, vì các
mạch từ móc vòng nên ta phải chấp nhận một loạt các điều kiện sau đây
trong khi mô hình hoá động cơ.
- Các cuộn dây stator được bố trí một cách đối xứng về mặt không
gian.
- Bỏ qua các tổn hao sắt từ và sự bão hòa.
- Dòng từ hóa và từ trường được phân bố hình sin trên bề mặt khe
từ.
- Các giá trị điện trở và điện cảm được coi là không đổi.
Ta sẽ sử dụng các mô hình trong không gian trạng thái để mô tả động cơ.
Phương trình điện áp cho 3 cuộn dây quấn stator:


dλ sa (t )
⎧
(
)
(
)
u
t
=
R
i
t
+
s sa
⎪ sa
dt
⎪⎪
dλ sb (t )
⎨u sb (t ) = R s i sb (t ) +
dt
⎪
⎪ u (t ) = R i (t ) + dλ sc (t )
s sc
⎪⎩ sc
dt

(2.1a)
(2.1b)
(2.1c)


Với Usa(t), Usb(t), Usc(t) : điện áp trên ba cuộn dây pha của stator.
λ sa (t ) , λ sb (t ) , λ sc (t ) : từ thông móc vòng trên ba dây quấn stator.
: điện trở của cuộn dây pha stator.
Rs
Biểu diễn điện áp theo dạng vectơ không gian:

us (t ) =

[

2
usa (t ) + usb (t )e j120 + usc (t )e j240
3
0

0

]

(2.2)

Thay các phương trình điện áp pha (2.1a), (2.1b), (2.1c) vào (2.2 ), ta được
phương trình điện áp stator dưới dạng vectơ như sau.

u

Chương II

s


d λs s
= R s i s (t) +
dt
s

s

(2.3)

Trang

9


Luận án Cao học

Trong đó :

[

]

2
i sa (t ) + i sb (t )e j120 + i sc (t )e j 240
3
2
λs s (t ) = λ sa (t ) + λ sb (t )e j120 + λ sc (t )e j 240
3
i s (t ) =
s


[

0

0

0

(2.4)

0

]

(2.5)

Với: i s s (t ) vecto dòng stator được quan sát trên hệ tọa độ stator.
λs s (t ) vecto từ thông stator được quan sát trên hệ tọa độ stator.
Tương tự như đối với cuộn dây stator, ta thu được phương trình điện
áp của mạch rotor khi quan sát trên hệ rotor (rotor ngắn mạch).
r
d λ r (t )
r
r
(2.6)
U r = 0 = R r i r (t ) +
dt
r
Với u r

: vectơ điện áp rotor.
r
: vectơ dòng rotor.
i r (t)
r
λ r (t) : vectơ từ thông rotor.
Rr
: điện trở rotor đã tính quy đổi vềstator.
0
: vectơ không (vectơ có môdul bằng không.
Chỉ số “r” ở trên chỉ các vectơ của phương trình (2.6) được biểu diễn
trong hệ tọa độ cố định rotor.
Các cuộn dây của động cơ có các giá trị điện cảm sau:

Lm
: hỗ cảm giữa rotor và stator.
Lσs
: điện kháng tản của dây quấn stator.
: điện kháng tản của dây quấn rotor.
Lσr
Từ các giá trị trên ta có:
Ls =Lm + Lσs
:điện cảm stator.
:điện cảm rotor.
Lr =Lm + Lσr
:hằng số thời gian stator.
Ts=Ls/Rs
:hằng số thời gian rotor.
Tr =Lr/Rr
2

σ =1-Lm /(Ls.Lr)
:hệ số tiêu tán tổng
Phương trình của từ thông stator và từ thông rotor:
λ s = is.L s + ir.L m .

Chương II

(2.7a)

Trang

10


Luận án Cao học

(2.7b)
Đối với động cơ không đồng bộ là một hệ điện cơ nên ta có phương
trình cơ:
λ s = i s .L m + i r .L r

Me = MT +

J dω
.
p dt

(2.8)

Với: J: Moment quán tính cơ.

P: Số đôi cực của động cơ.
ω : tốc độ góc của rotor.
MT: Moment tải.
Me: Moment điện từ.
Me =

3
3
.p(λ s × i s ) = − p(λ r × i r )
2
2

(2.9)

2.2. Mô hình trạng thái động cơ trên hệ tọa độ stator.
p dụng công thức chuyển hệ toạ độ, ta coù
s

k

s

k

s

k

U s = U s .e jϑ ; i s = i s .e jϑ ; λ s = λ s .e jϑ
k


k

k

(2.10a, b, c)

Đạo hàm bậc nhất của (2.10c):
s

k

dλs dλs jϑk
k
=
.e + jωk .λs .ejϑk
dt
dt

(2.10d)

dϑ k
, ϑ k là góc giữa trục thực của hệ toạ độ
dt
bất kỳ " k" và trục α của hệ toạ độ stator .

ωk =

Thay (2.10a, b, d) vào phương trình (2.3) ta thu được phương trình tổng
quát cho điện áp stator.

k

dλ
k
U = R i + s + jωk .λs
dt
k
s

k
s
s

(2.11)

Tương tự, ta có phương trình tổng quát cho điện áp rotor trên hệ toạ độ
“k” bất kỳ, quay quanh điểm gốc với tốc độ góc ωk so với rotor.

Chương II

Trang

11


Luận án Cao học
k

dλ
k

0 = R i + r + jωk .λr
dt
k
r r

(2.12)

Phương trình điện áp rotor trên hệ toạ ñoä αβ.
s

dλ
s
0 = R i + r − jωk .λ r
dt
s
r r

(2.13)

Vậy từ các phương trình (2.3), (2.7), (2.8) và (2.13) ta có hệ phương trình:
s

dλ
U =R i + s
dt
s
s

s
s s


(2.14a)

s

dλ (t)
s
0 = R i + r − jωk .λr
dt
s
r r

s

s

(2.14b)

s

λ s = i s L s + i r .L m
s

s

(2.14c)

s

λr = isLm +ir .Lr

Me =

(2.14d)

3
3
.p (λ s × i s ) = − p (λ r × i r )
2
2

Me= MT +

J dω
.
p dt

(2.14e)

(2.14f)

Từ phương trình (2.14c) và (2.14d), ta coù:
s

ir =

s

(

1 s s

λ r − is L m
Lr
s

λs = isLs +

Chương II

(

)

Lm s s
λr − isLs
Lr

(2.15a)

)

(2.15b)

Trang

12


Luận án Cao học
s


s

Thay i r và λ s vào (2.14a), (2.14b) đồng thời sử dụng các tham số σ,
Ts, Tr.

Ls
Rs
L
Tr = r
Rr
Ts =

L2m
σ =1−
LsL r

: Hằng số thời gian stator.
: Hằng số thời gian rotor.

: Hệ số từ tản tổng.

Ta được:

d i L dλ
U s = R s i + σ.L s . s + m . r
dt L r dt
s

s
s


s

s

L s
dλ
1
s
0 = − m .i s + ( − jω)λ r + r
Tr
Tr
dt
Thay (2.16b) vào (2.16a), ta được.

(2.16a)

s

(2.16b)

s
⎞ s⎤
di s L m ⎡ L m s ⎛ 1
U s = R s i + σ.L s .
+
.⎢
.i s − ⎜⎜ − jω ⎟⎟λ r ⎥
dt L r ⎣ Tr
⎝ Tr

⎠ ⎦
s

s
s

⎛ Rs
1 L2 m
.
⇒ d i = −⎜⎜
+
⎝ σ.L s σ.L s L r Tr
s
s

⎞s
1 Lm
⎟⎟i s +
.
σ.L s L r
⎠

⎛1
⎞ s
1
s
⎜⎜ − jω ⎟⎟λ r +
.U s
σ.L s
⎝ Tr

⎠

s
⎞ s
dλ r L m s ⎛ 1
i s − ⎜⎜ − jω ⎟⎟λ r
=
dt
Tr
⎝ Tr
⎠

(2.17)

(2.18)

Hay:
s
⎛ 1
⎞ s
di s
1
1− σ ⎞ s 1− σ ⎛ 1
s
⎟⎟i s +
⎜⎜ − jω ⎟⎟λ r +
.U s
= −⎜⎜
+
σL m ⎝ Tr

dt
σL s
⎠
⎝ σTs σTr ⎠
s
⎞ s
dλ r L m s ⎛ 1
=
i s − ⎜⎜ − jω ⎟⎟λ r
dt
Tr
⎝ Tr
⎠

Chương II

(2.19)
(2.20)

Trang

13


Luận án Cao học

Chuyển sang dạng các thành phần của vectơ trên hai trục toạ độ, ta được:
⎛ 1
di sα
1− σ ⎞

1− σ
1− σ
1
⎟⎟i sα +
λ rα +
ωλ rβ +
.U sα
= −⎜⎜
+
σTr L m
σL m
σL s
dt
⎝ σTs σTr ⎠
di sβ
⎛ 1
1− σ ⎞
1− σ
1− σ
1
⎟⎟i sβ +
λ rβ −
ωλ rα +
.U sβ
= −⎜⎜
+
σL m
σL s
dt
σTr L m

⎝ σTs σTr ⎠

dλ rα L m
1
=
i sα − λ rα − ωλ rβ
dt
Tr
Tr

dλ rβ
dt

=

Lm
1
i sβ − λ rβ + ωλ rα
Tr
Tr

(2.21a)
(2.21b)

(2.21c)

(2.21d)

Thay phương trình (2.15a) vaøo (2.14e):
M


e

=

3 Lm
.
p (λ r α i s β − λ r β i s α
2 Lr

)

(2.22)

Ta đặt:
a1 =

1 1−σ
+
σTs σTr

;

a2 =

a3 =

1−σ
σLm


;

a4 =

1
σLs

a5 =

1
Tr

a6 =

3 Lm
p.
2 Lr

Chương II

;

1−σ
σTr Lm

Trang

14



Luận án Cao học

Hệ phương trình (2.21) và (2.22) trở thaønh:
disα
= − a1isα + a2λ rα + a3ωλ rβ + a4 .U sα
dt

disβ
= −a1isβ + a2λ rβ − a3ωλ rα + a4 .U sβ
dt
dλ rα
= a5isα − a5λ rα − ωλ rβ
dt
dλ rβ
= a5isβ − a5λ rβ + ωλ rα
dt
M e = a 6 λ r α is β − λ r β is α

(

(2.23a)
(2.23b)
(2.23c)
(2.23d)

)

dω p
= [M e − M T ]
dt J


(2.23e)

- Phép chuyển đổi hệ toạ độ từ αβ → abc và αβ → dq

Phép chuyển đổi từ αβ → abc
⎡ 2
0
⎢
⎡vas ⎤ ⎢ 3
1
⎢v ⎥ = ⎢− 1
bs
⎢ ⎥ ⎢ 3
3
⎢⎣ vcs ⎥⎦ ⎢ 1
1
−
⎢−
3
⎣ 3

1⎤
⎥
3 ⎥ ⎡vssα ⎤
1⎥⎢ s ⎥
vsβ
3⎥⎢ ⎥
⎢ ⎥
1⎥⎣ 0 ⎦

⎥
3⎦

Hoaëc:
⎡ 2
⎤
0 ⎥
⎢
⎡vas ⎤ ⎢ 3
⎥ s
1 ⎥ ⎡ v sα ⎤
⎢v ⎥ = ⎢ − 1
⎢ s ⎥
⎢ bs ⎥ ⎢ 3
3 ⎥ ⎣⎢vsβ ⎦⎥
⎢⎣ vcs ⎥⎦ ⎢ 1
1 ⎥
−
⎢−
⎥
3⎦
⎣ 3

Phép chuyển đổi từ αβ→dq
⎡isd ⎤ ⎡cos(θ )
⎢ ⎥ ⎢
⎢isq ⎥ = ⎢ sin(θ )
⎢ ⎥ ⎢⎣
⎣ ⎦


− sin(θ )⎤ ⎡issα ⎤
⎢ ⎥
cos(θ ) ⎥⎥ ⎢issβ ⎥
⎥⎦ ⎢⎣ ⎥⎦

2.3. Xây dựng mô hình động cơ trên hệ tọa độ stator bằng Mattlab.
Chương II

Trang

15


Luận án Cao học

Ta dùng chương trình Matlab với công cụ simulink để xây dựng các khối
cho hệ thống điều khiển.
Từ hệ phương trình (2.21) và (2.14a) ta xây dựng mô hình động cơ không
đồng bộ [1].
Mô hình động cơ không đồng bộ có dạng tổng quát như sau:

Hình 2.1: Mô hình động cơ không đồng bộ.
Sơ đồ chi tiết trong khối mô phỏng động cơ:

Hình 2.2: Sơ đồ chi tiết trong khối mô phỏng động cơ

Chương II

Trang


16