Luận án Nghiên cứu điều khiển hệ thống truyền động sử dụng động cơ đồng bộ từ thông dọc trục kích từ nam châm vĩnh cửu

i 
LỜI CAM ĐOAN 
Tên tôi là Dương Quốc Tuấn, hiện đang công tác tại Bộ môn Tự động hóa – 
Khoa Điện – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên. Tôi xin 
cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của tập thể 
các nhà khoa học và các tài liệu tham khảo đã trích dẫn. Kết quả nghiên cứu là trung 
thực và chưa được công bố trên bất cứ một công trình nào khác. 
 Thái Nguyên, ngày tháng 03 năm 2020 
 Tác giả luận án 
 Dương Quốc Tuấn 
ii 
LỜI CẢM ƠN 
Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận án này, tôi đã nhận 
được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị, các em, các bạn và 
các tổ chức. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn 
chân thành tới: 
 Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo, Khoa Điện của trường đại học Kỹ thuật Công 
nghiệp thuộc Đại học Thái Nguyên, Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ cao về 
Kỹ thuật Công nghiệp thuộc Đại học Thái Nguyên và Đại học Thái Nguyên đã tạo 
mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện 
luận án. 
 PGS.TS. Nguyễn Như Hiển và PGS.TS. Trần Xuân Minh, những người thầy 
kính mến đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi 
cho tôi. 
 Tập thể các nhà khoa học của Bộ môn Tự động hóa, Khoa Điện trường Đại 
học Kỹ thuật Công nghiệp, Viện Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa của trường Đại 
học Bách khoa Hà Nội, đã có những ý kiến đóng góp quý báu để tôi hoàn chỉnh bản 
luận án này. 
 Xin chân thành cảm ơn bố mẹ, các em và người vợ yêu quý cùng con trai đã 
luôn luôn bên tôi, hết lòng thương yêu, quan tâm, sẻ chia, ủng hộ, động viên tinh thần, 
tình cảm, tạo điều kiện giúp tôi có nghị lực để hoàn thành quyển luận án này. 
 Thái Nguyên, ngày tháng 03 năm 2020 
Tác giả luận án 
Dương Quốc Tuấn 
Mục lục 
iii 
MỤC LỤC 
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i 
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii 
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii 
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................... v 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................. vi 
DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................. x 
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 
1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................... 1 
2. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu .................................................... 2 
3. Mục tiêu của luận án ............................................................................................... 3 
4. Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án .......................... 3 
5. Bố cục của luận án .................................................................................................. 4 
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐCĐB TỪ THÔNG DỌC TRỤC CÓ TÍCH 
HỢP Ổ ĐỠ TỪ 5 
1.1 Mở đầu .................................................................................................................. 5 
1.2 Sự phát triển của máy điện đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu từ thông dọc trục
 6 
1.3 Các kiểu máy điện từ thông dọc trục kích từ nam châm vĩnh cửu ....................... 7 
1.3.1 Các cấu hình cơ bản của động cơ đồng bộ từ thông dọc trục .................... 9 
1.3.2 Lựa chọn cấu hình động cơ đồng bộ từ thông dọc trục ........................... 10 
1.3.3 Mô hình truyền thống về ổ đỡ trục động cơ ............................................ 11 
1.3.4 Mô hình ĐC thông dụng sử dụng ổ từ đỡ trục ĐC .................................. 11 
1.3.5 Mô hình tích hợp ổ từ dọc trục vào động cơ đồng bộ từ thông dọc trục . 13 
1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ........................................................ 14 
1.4.1 Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................ 15 
1.4.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước ............................................................ 16 
1.5 Định hướng nghiên cứu của luận án ................................................................... 27 
1.6 Kết luận ............................................................................................................... 28 
CHƯƠNG 2 : MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ THÔNG DỌC TRỤC 
KÍCH TỪ NCVC TÍCH HỢP Ổ ĐỠ TỪ DỌC TRỤC............................................. 29 
2.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ đồng bộ từ thông dọc trục kích từ 
nam châm vĩnh cửu ................................................................................................... 29 
2.1.1 Cấu tạo ..................................................................................................... 29 
Mục lục 
iv 
2.1.2 Nguyên lý làm việc động cơ đồng bộ từ thông dọc trục NCVC ............. 30 
2.2 Mô hình toán học của động cơ từ thông dọc trục kích từ NCVC....................... 30 
2.2.1 Đặt vấn đề ................................................................................................ 30 
2.2.2 Mô hình toán học của động cơ đồng bộ từ thông dọc trục tích hợp chức 
năng ổ từ dọc trục trên hệ tọa độ đồng bộ từ thông ........................................... 32 
2.3 Tính toán lực hút dọc trục ................................................................................... 35 
2.3.1 Xác định lực dọc trục của ĐCĐB từ thông dọc trục kích từ nam châm vĩnh 
cửu 35 
2.3.2 Mô hình toán học của ĐC AFPM ............................................................ 45 
2.4 Kết luận ............................................................................................................... 47 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ THÔNG DỌC TRỤC 48 
3.1 Cấu trúc điều khiển vectơ động cơ AFPM ......................................................... 48 
3.1.1 Cấu trúc điều khiển tổng quát .................................................................. 48 
3.1.2 Thiết kế điều khiển động cơ AFPM bằng phương pháp kinh điển ......... 49 
3.1.3 Thiết kế điều khiển động cơ AFPM bằng phương pháp Backstepping-SMC
 54 
3.2 Các kết quả mô phỏng ........................................................................................ 60 
3.2.1 Mô phỏng hệ thống với mạch vòng ngoài PID, mạch vòng dòng điện 
PID 61 
3.2.2 Mô phỏng hệ thống với mạch vòng ngoài Backstepping-trượt ............... 66 
CHƯƠNG 4 : HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .... 74 
4.1 Hệ thống thí nghiệm ........................................................................................... 74 
4.2 Kết quả thực nghiệm ........................................................................................... 89 
4.2.1 Động cơ chạy với tốc độ nhỏ hơn tốc độ định mức n=1500 vòng/phút .. 89 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 93 
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ... 95 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 97 
PHỤ LỤC ................................................................................................................ 108 
Danh mục các bảng biểu 
v 
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 
Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật nguồn DC GW INSTEK PSW 80-40.5 ....................... 78 
Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật của Encoder RE30E-500-213-1 ................................... 79 
Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật cảm biến đo khoảng cách SENTEC LS 500D-2A....... 80 
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 
vi 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 
Danh mục các ký hiệu 
Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa 
B, B T Mật độ từ thông, mật độ từ thông ở khe hở không khí 
C3/2, C2/3 Ma trận chuyển đổi từ hệ tọa độ ba pha sang hệ tọa độ 2 
pha và ngược lại 
C3s/2r, C2r/3s Ma trận chuyển đổi từ hệ tọa độ cố định ba pha sang hệ 
tọa độ quay 2 pha và ngược lại 
C2s/2r, C2r/2s Ma trận chuyển đổi từ hệ tọa độ cố định 2 pha sang hệ 
tọa độ quay 2 pha và ngược lại 
L Ma trận điện cảm 
F1, F2 N Lực điện từ do động cơ 1, động cơ 2 sinh ra 
FL N Lực ngoài tác động vào trục động cơ 
Fp, Fs, F Sức từ động kích từ, stđ tổng 3 pha stator, stđ tổng 
go mm Khe hở không khí giữa Stator và rotor 
i ,i A Thành phần trục , của dòng điện 
iA, iB, iC A Các dòng điện pha 
id, iq A Dòng điện trên trục d,q 
Ip, If A Dòng kích từ một chiều 
isd, isq A Thành phần trục d,q của dòng điện stator 
J, jr KGm2 Mô men quán tính 
Knl Hệ số khuếch đại của nghịch lưu 
Lsd, Lsq H Thành phần điện cảm dọc trục, ngang trục 
M1, M2, m1, m2 Nm Mô men điện từ do động cơ 1, động cơ 2 sinh ra 
Mđt Nm Mô men điện từ 
N Số vòng dây 
np Số đôi cực 
R Ma trận điện trở 
Rs, Rr Điện trở cuộn dây stator, rotor 
S m2 Diện tích mặt cắt của đường sức từ 
Sp m2 Diện tích cực từ tại khe hở không khí 
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 
vii 
Tsd, Tsq s Hằng số thời gian 
Te, Tm s Hằng số thời gian điện từ, hằng số thời gian điện cơ 
u , u V Điện áp trên trục , 
uA, uB, uC V Các điện áp pha 
ud, uq V Điện áp trên trục d,q 
usd, usq V Thành phần trục d,q của điện áp stator 
Wm Năng lượng điện từ 
wl mm2 Kích thước mạch từ 
z mm Độ dịch chuyển của lõi thép, rotor 
,  Wb Từ thông 
p Wb Từ thông cực từ 
 rad Góc lệch giữa trục d và trục 
 Wb Từ thông 
o Tm/A Độ từ thẩm của không khí 
s, 1 rad/s Tốc độ góc của từ trường stator 
, m rad Vị trí góc 
 s Hằng số thời gian 
Các chỉ số bên phải, trên cao: 
f đại lượng mô tả trên hệ tọa độ T4R (hệ tọa độ dq quay đồng bộ với 
vector từ thông. 
s, r đại lượng mô tả trên hệ tọa độ  cố định với stator, rotor 
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 
viii 
Danh mục các chữ viết tắt 
Chữ viết 
tắt 
Ý nghĩa 
AFPM 
Axial Flux Permanent Magnet (từ thông dọc trục kích thích vĩnh 
cửu) 
AGBM 
axial gap self- bearing machine (máy điện tự nâng có khe hở dọc 
trục) 
AMB Active Magnetic Bearing (ổ đỡ từ chủ động) 
AMM amorphous magnetic materials (vật liệu từ vô định hình) 
ĐB Đồng bộ 
ĐC Động cơ 
ĐCĐB Động cơ đồng bộ 
ĐH Đại học 
BSCCO Bismuth strontium calcium copper oxide 
CAN Controller Area Network 
CNC Computer Numeric Control (Điều khiển số dùng máy tính) 
CFD computational fluid dynamic (động học chất lỏng tính toán) 
DSP Digital signal processor (Xử lý tín hiệu số) 
DSSR Double stator single rotor (hai stator một rotor) 
EV electric vehicle (Xe điện) 
FEA Finite Element Analysis (Phân tích phần tử hữu hạn) 
FEM Finite element method (Phương pháp phần tử hữu hạn) 
FSCW 
Fractional-slot concentrated-winding (dây quấn tập trung rãnh 
phân số) 
FVA Finite Volume Analysis (phân tích thể tích hữu hạn) 
HTC high-temperature superconducting (siêu dẫn nhiệt độ cao) 
LQG Linear Quadratic Gaussian 
LSAFPM Line start AFPM (AFPM khởi động trực tiếp) 
LSPM 
Line start permanent magnet (Máy điện kích thích vĩnh cửu khởi 
động trực tiếp) 
MIMO multiple-input multiple-output (nhiều đầu vào nhiều đầu ra) 
NCVC nam châm vĩnh cửu 
NGTL NOVA Gas Transmission Ltd 
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 
ix 
NS North – South (Bắc – Nam) 
PC Personal Computer (máy vi tính) 
PPC PowerPC (Máy tính chuyên dụng) 
PID Proportional Integral Derivative (tỷ lệ vi tích phân) 
PM Permanent Magnet (Nam châm vĩnh cửu) 
RFPM 
Radial Flux Permanent Magnet (máy điện kích thích vĩnh cửu từ 
thông hướng tâm) 
LRU Least recently used 
SMC Sliding Mode Control (Điều khiển trượt) 
SMC 
soft magnetic composites, soft magnetic compound (Hợp chất từ 
mềm) 
SS South – South (Nam – Nam) 
SSDR Single stator double rotor (Một stator hai rotor) 
SSSR Single stator single rotor (Một stator một rotor) 
stđ sức từ động 
TFPM transverse flux PM () 
T4R Tựa theo từ thông rotor 
XNCN Xí nghiệp công nghiệp 
YBCO yttrium barium copper oxide 
Danh mục hình vẽ 
x 
DANH MỤC HÌNH VẼ 
Hình 1 Hình ảnh của động cơ đồng bộ từ thông dọc trục, kích từ nam châm vĩnh cửu, 
có tích hợp ổ từ chặn chuyển động dọc trong dây quấn stator động cơ ...................... 2 
Hình 1.1 ĐC điện-từ với rotor dạng đĩa theo bằng sáng chế số 405 858,1889 của N. 
Tesla (a- hình chiếu đứng, b- hình chiếu cạnh, c- mặt cắt dọc). ................................. 6 
Hình 1.2 Các modul cơ bản của ĐC AFPM. ............................................................... 9 
Hình 1.3 Các cấu hình của máy điện từ thông dọc trục NCVC .................................. 9 
Hình 1.4 Mặt cắt mô hình ĐC điện thông dụng ........................................................ 11 
Hình 1.5 Ổ đỡ từ hướng tâm chủ động ..................................................................... 12 
Hình 1.6 Mặt cắt mô hình ĐC điện thông dụng có tích hợp ổ đỡ từ hướng tâm và 
hướng trục (1: Trục; 2: Rotor; 3: Stator; 4: Ổ từ hướng tâm; 5: Ổ từ dọc trục). ...... 12 
Hình 1.7 Cấu tạo ổ từ chủ động (AMB): hướng tâm (a), dọc trục (b). ..................... 13 
Hình 1.8 Mặt cắt ĐC AFPM có tích hợp ổ đỡ từ hai đầu trục .................................. 14 
Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc của động cơ AFPM tích hợp chức năng ổ đỡ từ dọc trục .. 29 
Hình 2.2 Vector dòng stator khi ĐCĐB làm việc trong dải tốc độ quay danh định . 31 
Hình 2.3 Mô hình liên tục của của động cơ đồng bộ từ thông dọc trục .................... 35 
Hình 2.4 Mạch từ lõi thép chữ C ............................................................................... 36 
Hình 2.5 Quan hệ phi tuyến giữa từ thông móc vòng  và dòng điện i ................... 39 
Hình 2.6 Mô hình xác định các từ thông móc vòng của ĐC AFPM ......................... 41 
Hình 2.7 Mô hình xác định từ thông móc vòng và lực đẩy kéo của stator 1 (a) và stator 
2 (b) với rotor ............................................................................................................ 41 
Hình 2.8 Sơ đồ thay thế mạch từ của ĐC đồng bộ từ thông dọc trục NCVC ........... 42 
Hình 2.9 Sơ đồ cấu trúc đầy đủ của ĐC AFPM có tích hợp ổ từ dọc trục ............... 46 
Hình 3.1 Cấu trúc điều khiển vectơ của động cơ đồng bộ từ thông dọc trục ........... 48 
Hình 3.2 Cấu trúc dòng điện của động cơ AFPM ..................................................... 49 
Hình 3.3 Mạch vòng điều khiển dòng điện có khâu tách kênh Rii. .......................... 51 
Hình 3.4 Mạch vòng điều khiển tốc độ ..................................................................... 52 
Hình 3.5 Mạch vòng điều khiển khoảng cách trục ................................................... 53 
Hình 3.6 Cấu trúc mô phỏng điều khiển động cơ A ... ., vol. 53, no. 3, pp. 822–830, Jun. 2006. 
74. M. Aydin, Q. Ronghai, and T. A. Lipo (2003), Cogging torque minimization 
technique for multiple-rotor, axial-flux, surface-mounted-PM motors: 
Alternating magnet pole-arcs in facing rotors, in Proc. 38th IAS Annu. Meeting 
Conf. Rec. Ind. Appl. Conf., Oct. 2003, pp. 555–561. 
75. M. Aydin, S. Huang, and T. A. Lipo (2004), Axial flux permanent mag-net disc 
machines: A review, in Proc. Int. SPEEDAM, Jun. 2004, 61–71. 
76. M. Aydin, S. Hum, and T. A. Lipo (2001), Design and 3D electromagnetic field 
analysis of non-slotted and slotted TORUS type axial flux surface mounted 
permanent magnet disc machines, in Proc. IEEE IEMDC, Jun. 2001, pp. 645–
651. 
77. M. C. Tsai and L. Y. Hsu (2006), Design of a miniature axial-flux spindle motor 
with rhomboidal PCB winding, IEEE Trans. Magn., vol. 42, no. 10, pp. 3488–
3490, Oct. 2006. 
78. M. J. Kamper, W. R. Jie, and F. G. Rossouw (2008), Analysis and performance 
of axial flux permanent-magnet machine with air-cored nonoverlapping 
concentrated stator windings, IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 44, no. 5, 1495–
1504, Oct. 2008. 
79. M. J. Kamper, R.-J. Wang, and F. G. Rossouw (2008), Analysis and 
performance of axial flux permanent-magnet machine with air-cored 
nonoverlapping concentrated stator windings, IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 44, 
no. 5, pp. 1495–1504, Sep./Oct. 2008. 
80. M. Neff, N. Barletta and R. Schoeb (2002), Bearingless Centrifugal Pump for 
Highly Pure Chemicals, Proc. Of the 8th International Symposium on Magnetic 
Bearings, August 2002, Mito, Japan, pp.283-287. 
Tài liệu tham khảo 
104 
81. Marcio S. de Queiroz and Darren M. Dawson (1996), Nonlinear control of 
Active Magnetic Bearing: A backstepping approach, IEEE Transactions on 
Control Systems Technology, Vol. 4, No. 5, March 1996 
82. N. Lombard and M. Kamper (1999), Analysis and performance of an ironless 
stator axial flux PM machine, IEEE Trans. Energy Convers., vol. 14, no. 4, pp. 
1051–1056, Dec. 1999. 
83. Naghi Rostami (2019), Particle swarm optimization approach to optimal design 
of an AFPM traction machine for different driving conditions, Turkish Journal 
of Electrical Engineering & Computer Sciences, (2019) 27: 3234 – 3246 
84. Narges Taran, Vandana Rallabandi, Greg Heins, and Dan M. Ionel (2018), 
Coreless and Conventional Axial Flux Permanent Magnet Motors for Solar 
Cars, DOI 10.1109/TIA.2018.2855123, IEEE Transactions on Industry 
Applications 
85. Nguyen Phung Quang and Jörg-Andreas Dittrich (2015), Vector Control of 
Three-Phase AC Machines, springer 
86. O. Masahiro (2010) et al., Miniaturized Magnetically Levitated Motor for 
Pediatric Artificial Heart, Proc. Of the 12th International Symposium on 
Magnetic Bearings, August 2010, Wuhan, China, pp. 674-679. 
87. P. J. Masson, M. Breschi, P. Tixador, and C. A. Luongo (2007), Design of HTS 
axial flux motor for aircraft propulsion, IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 17, 
no. 2, pp. 1533–1536, Jun. 2007. 
88. Praveen Kumar, M. M. Reza and R. K. Srivastava (2017), Effect of Cogging 
Torque Minimization Techniques on Performance of an Axial Flux Permanent 
Magnet Machine, 2017 IEEE Transportation Electrification Conference (ITEC-
India) 
89. Q. D. Nguyen and S. Ueno (2011), Analysis and control of nonsalient 
permanent magnet axial gap self-bearing motor, IEEE Trans. Ind. Electron., 
vol. 58, no. 7, pp. 2644–2652, Jul. 2011. 
90. Quang Dich Nguyen and Satoshi Ueno (2010), Analysis and Control of Non-
Salient Permanent Magnet Axial-Gap Self-Bearing Motor, IEEE Transactions 
on Industrial Electronics, Vol. PP, No. 99, pp. 1-8, 2010 (early access). 
91. Quang Dich Nguyen and Satoshi Ueno (2010), Modeling and Control of 
Salient-Pole Permanent Magnet Axial Gap Self-Bearing Motor, IEEE/ASME 
Transactions on Mechatronics, Vol. PP, No. 99, pp. 1-9, 2010 (early access). 
Tài liệu tham khảo 
105 
92. Quang Dich Nguyen (2010), Control of 6 Degrees of Freedom Salient Axial-
Gap Self-bearing Motor, PhD thesis, Ritsumeikan University, Japan, 2010 
93. R. L. Ficheux, F. Caricchi, F. Crescimbini, and O. Honorati (2001), Axial-flux 
permanent-magnet motor for direct-drive elevator systems without machine 
room, IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 37, no. 6, pp. 1693–1701, Dec. 2001. 
94. R. Qu, M. Aydin, and T. A. Lipo (2003), Performance comparison of dual-rotor 
radial-flux and axial-flux permanent-magnet BLDC machines, in Proc. IEEE 
IEMDC, Jun. 2003, pp. 1948–1954. 
95. Russell D. Smith and William F. Weldon (1995), Nonlinear control of a Rigid 
Rotor Magnetic Bearing System: Modeling and Simulation with Ful state 
feedback, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 31, No. 2, March 1995 
96. S. C. Oh and A. Emadi (2004), Test and simulation of axial flux-motor 
characteristics for hybrid electric vehicles, IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 53, 
no. 3, pp. 912–919, May 2004. 
97. S. H. Lee (2006) et al., Characteristic analysis of the slotless axial-flux type 
brushless DC motors using image method, IEEE Trans. Magn., vol. 42, no. 4, 
pp. 1327–1330, Apr. 2006. 
98. S. Huang, M. Aydin, and T. A. Lipo (2001), TORUS concept machines: Pre-
prototyping design assessment for two major topologies, in Proc. IEEE Ind. 
Appl. Conf. Rec. 36th IAS Annu. Meeting, Oct. 2001,1619–1625. 
99. S. M. A. Sharkh and M. T. N. Mohammad (2007), Axial field permanent magnet 
DC motor with powder iron armature, IEEE Trans. Energy Convers., vol. 22, 
no. 3, pp. 608–613, Sep. 2007. 
100. S. Rao (1984), Optimization Theory and Applications. Hoboken, NJ, USA: 
Wiley, 1984. 
101. S. Y. Sung, J. H. Jeong, Y. S. Park, J. Y. Choi, and S. M. Jang (2012), Improved 
analytical modeling of axial flux machine with a double-sided permanent 
magnet rotor and slotless stator based on an analytical method, IEEE Trans. 
Magn., vol. 48, no. 11, pp. 2945–2948, Nov. 2012. 
102. Schweitzer G (2002), Active Magnetic Bearings – Chances and Limitations, 
Proceedings of the 6th International Conference on Rotor Dynamics, Sydney, 
Australia, Sep. 2002 
103. Solmaz Kahourzade, Amin Mahmoudi, Hew Wooi Ping, and Mohammad Nasir 
Uddin (2014), A Comprehensive Review of Axial-Flux Permanent-Magnet 
Tài liệu tham khảo 
106 
Machines Canadian journal of electrical and computer engineering, Vol. 37, 
No. 1, Winter 2014 
104. T. Brown, G. Heins, S. Hobbs, M. Thiele, and J. Davey (2011), Cogging torque 
prediction for mass-produced axial flux PMSM stators, in Proc. IEEE IEMDC, 
May 2011, pp. 206–211. 
105. T. Chan and L. Lai (2007), An axial-flux permanent-magnet synchronous 
generator for a direct-coupled wind-turbine system, IEEE Trans. Energy 
Convers., vol. 22, no. 1, pp. 86–94, Mar. 2007. 
106. T. Cook (1840), Improvement in electromagnetic machines, U.S. Patent 1 735, 
Aug. 25, 1840. 
107. T. F. Chan, W. Wang, and L. L. Lai (2012), Magnetic field in a transverse-and 
axial-flux permanent magnet synchronous generator from 3-D FEA, IEEE 
Trans. Magn., vol. 48, no. 2, pp. 1055–1058, Feb. 2012. 
108. T. F. Chan, L. L. Lai, and S. Xie (2009), Field computation for an axial flux 
permanent-magnet synchronous generator, IEEE Trans. Energy Convers., vol. 
24, no. 1, pp. 1–11, Mar. 2009. 
109. T. D. Nguyen, K. J. Tseng, S. Zhang, and H. T. Nguyen (2011), A novel axial 
flux permanent-magnet machine for flywheel energy storage system: Design 
and analysis, IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 58, no. 9, pp. 3784–3794, Sep. 
2011. 
110. T. Shinshi (2008) et al., A Mini-Centrifugal Blood Pump Using 2-DOF 
Controlled Magnetic Bearing, Proc. Of the 11th International Symposium on 
Magnetic Bearings, August 2008, Nara, Japan, pp. 274-279. 
111. Tesla N. (1889), Electro-Magnetic Motor, U.S. patent No. 405 858. 
112. Tian Ye, Sun Yanhua, Yu Lie (2010), LQG Control of Hybrid Foil-Magnetic 
Bearing, 12th International Symposium on Magnetic Bearings, August, 2010 
113. Trong Duy Nguyen, Gilbert Foo Hock Beng, King-Jet Tseng, Don Mahinda 
Vilathgamuwa, and Xinan Zhang (2012), Modeling and Position-Sensorless 
Control of a Dual-Airgap Axial Flux Permanent Magnet Machine for Flywheel 
Energy Storage Systems, Journal of Power Electronics, Vol. 12, No. 5, 
September 2012. 
114. Trong Duy Nguyen, King-Jet Tseng, Shao Zhang, Hoan Thong Nguyen (2011), 
A Novel Axial Flux Permanent-Magnet Machine for Flywheel Energy Storage 
System: Design and Analysis, IEEE Transaction on industrial electronics, Vol 
58, No. 9, September 2011. 
Tài liệu tham khảo 
107 
115. Trong Duy Nguyen, King-Jet Tseng, Shao Zhang, Hoan Thong Nguyen (2010), 
On The Modeling and Control of a Novel Flywheel Energy Storage System, 
Centre for Smart Energy Systems, Nanyang Technological University Nanyang 
Avenue, 639798, Republic of Singapore. 
116. W. Fei, P. C. K. Luk, and K. Jinupun (2008), A new axial flux permanent magnet 
segmented-armature-torus machine for in-wheel direct drive applications, in 
Proc. IEEE PESC, Jun. 2008, pp. 2197–2202. 
117. W. Wang, K. W. E. Cheng, K. Ding, and L. C. Meng (2011), A novel approach 
to the analysis of the axial-flux permanent-magnet generator with coreless 
stator supplying a rectifier load, IEEE Trans. Magn., vol. 47, no. 10, pp. 2391–
2394, Oct. 2011. 
118. Y. J. Cao, Y. K. Huang, and J. Long (2012), Research on axial magnetic force 
and rotor mechanical stress of an air-cored axial-flux permanent magnet 
machine based on 3D FEM, Appl. Mech. Mater., vol. 105, pp. 160–163, Sep. 
2012. 
119. Y. P. Yang and D. S. Chuang (2007), Optimal design and control of a wheel 
motor for electric passenger cars, IEEE Trans. Magn., vol. 43, no. 1, pp. 51–
61, Jan. 2007. 
120. Z. Kohari, Z. Nadudvari, L. Szlama, M. Keresztesi, and I. Csaki (2011), Test 
results of a compact disk-type motor/generator unit with superconduct-ing 
bearings for flywheel energy storage systems with ultra-low idling losses, IEEE 
Trans. Appl. Supercond., vol. 21, no. 3, pp. 1497–1501, Jun. 2011. 
121. Wang (2011) et al., Development of an axial gap motor with amorphous metal 
cores, IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 47, no. 3, pp. 1293–1299, Jun. 2011. 
Phụ lục 
108 
PHỤ LỤC 
Phụ lục A: Các thông số mô phỏng với bộ điều khiển kinh điển 
Hình A.1 Cấu trúc mô phỏng hệ thống với bộ điều khiển kinh điển PID 
Hình A.2 Khối PID 
Hình A.3 Khối Motor 1 
Phụ lục 
109 
Hình A.4 Khối Motor 2 
Hình A.5 Khối subAFPM 
Tham số mô phỏng: 
global R Ld Lq phip J m Fl muy N g0 Sp cw lamda cz cid1 ciq1 cid2 ciq2 cz2 
lamda = 100; 
cw = 100; cz = 100; cz2 = 00; 
cid1 = 500; 
cid2 = 1000; 
ciq1 = 500; 
ciq2 = 500; 
R = 2.3; 
Lq = 9.6*10^-6; 
Ld = 8.2*10^-6; 
phip = 0.0126; 
g0 = 1.7*10^-3; 
N = 400; 
m = 0.235; 
Phụ lục 
110 
J = 0.0000082; 
muy = 4*3.14*10^-7; 
Fl = 0; 
Sp = 0.00045; 
motor1_PID.m 
function y = motor1_PID(u) 
%input 
id1 = u(1); 
iq1 = u(2); 
ud1 = u(3); 
uq1 = u(4); 
w = u(5); 
%parameter 
global R Ld Lq phip 
%mathematic 
%id1_dot = (ud1+w*Lq*iq1-R*id1)/Ld; 
%iq1_dot = (uq1-w*Ld*id1-R*iq1-w*phip)/Lq; 
id1_dot = (ud1-R*id1)/Ld; 
iq1_dot = (uq1-R*iq1-w*phip)/Lq; 
%output 
y(1) = id1_dot; 
y(2) = iq1_dot; 
end 
motor2_PID.m 
function y = motor2_PID(u) 
%input 
id2 = u(1); 
iq2 = u(2); 
ud2 = u(3); 
uq2 = u(4); 
w = u(5); 
%parameter 
Phụ lục 
111 
global R Ld Lq phip 
%mathematic 
% id2_dot = (ud2+w*Lq*iq2-R*id2)/Ld; 
% iq2_dot = (uq2-w*Ld*id2-R*iq2-w*phip)/Lq; 
id2_dot = (ud2-R*id2)/Ld; 
iq2_dot = (uq2-R*iq2-w*phip)/Lq; 
%output 
y(1) = id2_dot; 
y(2) = iq2_dot; 
end 
system_PID.m 
function y = System_PID(u) 
%u = [1;2;3;4;5]; 
id1 = u(1); 
iq1 = u(2); 
id2 = u(3); 
iq2 = u(4); 
z = u(5); 
Fngoai = u(6); 
mn = u(7); 
iq = [iq1;iq2]; 
%parameter 
global phip Ld Lq J m Fl muy N g0 Sp 
k1 = 2*(muy^2*N^2*phip)/(g0^2); 
k2 = 2*(muy*phip^2)/(Sp*g0); 
%math 
B = [1.5*(phip+id1*(Ld-Lq)) 1.5*(phip+id2*(Ld-Lq))]; 
w_dot = (1/J)*(B*iq-mn); 
z_2dot = (1/m)*(k1*(id2-id1)+k1*z*(id2-id1)-k2*z-Fngoai); 
%output 
y(1) = w_dot; 
y(2) = z_2dot; 
end 
Phụ lục 
112 
Phụ lục B: Các thông số mô phỏng với bộ điều khiển Backstepping-SMC 
Hình B.1 Cấu trúc mô phỏng hệ thống với bộ điều khiển Backstepping-SMC 
Hình B.2 Khối Backstepping-Slidingmode 
Hình B.2 Khối AFPM 
Phụ lục 
113 
Hình B.3 Khối subAFPM 
Hình B.4 Khối Motor1 
Hình B.5 Khối Motor1 
Hình B.5 Khối Controller 
Phụ lục 
114 
Hàm controlsystem 
function y = controlsystem(u) 
%input 
w = u(1); 
z = u(2); 
id1 = u(3); 
iq1 = u(4); 
id2 = u(5); 
iq2 = u(6); 
wd = u(7); 
z_dot = u(9); 
mn = u(10); 
lamdas = u(11); 
%para 
global m cw phip Ld Lq lamda cz muy N Sp g0 J Fl cz2 
%% 
B = [1.5*(phip+id1*(Ld-Lq)) 1.5*(phip+id2*(Ld-Lq))]; 
iqd = (B'*(B*B')^-1)*(mn+J*(-cw*(w-wd))); 
k1 = 2*(muy^2*N^2*phip)/(g0^2); 
k2 = 2*(muy*phip^2)/(Sp*g0); 
S = z_dot+lamdas*z; 
id2d = id1+(k2*z-lamdas*m*z_dot-(cz*(S)+cz2*satlins(S))*m+Fl)/(k1+k1*z); 
%output 
y(1) = 0; 
y(2) = iqd(1); 
y(3) = id2d; 
y(4) = iqd(2); 
end 
Hàm controlmotor1 
function y = controlmotor1(u) 
%input 
w = u(1); 
id1 = u(3); 
Phụ lục 
115 
iq1 = u(4); 
id1d = u(5); 
iq1d = u(6); 
iq1d_dot = u(8); 
%para 
global R Ld Lq cid1 ciq1 phip 
%math 
ud1 = R*id1-w*Lq*iq1-Ld*cid1*id1; 
uq1 = R*iq1+Lq*(-ciq1*(iq1-iq1d)+iq1d_dot)+w*Ld*id1+w*phip; 
%output 
y(1) = ud1; 
y(2) = uq1; 
end 
Hàm controlmotor2 
function y = controlmotor2(u) 
%input 
w = u(1); 
id2 = u(3); 
iq2 = u(4); 
id2d = u(5); 
iq2d = u(6); 
id2d_dot = u(7); 
iq2d_dot = u(8); 
%para 
global R Ld Lq cid2 ciq2 phip 
%math 
ud2 = R*id2-w*Lq*iq2-Ld*cid2*(id2-id2d)+Ld*id2d_dot; 
uq2 = R*iq2+Lq*(-ciq2*(iq2-iq2d)+iq2d_dot)+w*Ld*id2+w*phip; 
%output 
y(1) = ud2; 
y(2) = uq2; 
end 
Hàm lamdasau 
Phụ lục 
116 
function y = lamdasau(u) 
z = u(2); 
lamda = 5e-4/(5e-7+z); 
y = lamda; 
end 
Hàm Motor1 
function y = motor1(u) 
%input 
id1 = u(1); 
iq1 = u(2); 
ud1 = u(3); 
uq1 = u(4); 
w = u(5); 
%parameter 
global R Ld Lq phip 
%mathematic 
id1_dot = (ud1+w*Lq*iq1-R*id1)/Ld; 
iq1_dot = (uq1-w*Ld*id1-R*iq1-w*phip)/Lq; 
%output 
y(1) = id1_dot; 
y(2) = iq1_dot; 
end 
Hàm Motor2 
function y = motor2(u) 
%input 
id2 = u(1); 
iq2 = u(2); 
ud2 = u(3); 
uq2 = u(4); 
w = u(5); 
%parameter 
global R Ld Lq phip 
%mathematic 
Phụ lục 
117 
id2_dot = (ud2+w*Lq*iq2-R*id2)/Ld; 
iq2_dot = (uq2-w*Ld*id2-R*iq2-w*phip)/Lq; 
%output 
y(1) = id2_dot; 
y(2) = iq2_dot; 
end 
Hàm System 
function y = System(u) 
%input 
%u = [1;2;3;4;5]; 
id1 = u(1); 
iq1 = u(2); 
id2 = u(3); 
iq2 = u(4); 
z = u(5); 
Fngoai = u(6); 
mn = u(7); 
iq = [iq1;iq2]; 
%parameter 
global phip Ld Lq J m Fl muy N g0 Sp 
k1 = 2*(muy^2*N^2*phip)/(g0^2); 
k2 = 2*(muy*phip^2)/(Sp*g0); 
%math 
B = [1.5*(phip+id1*(Ld-Lq)) 1.5*(phip+id2*(Ld-Lq))]; 
w_dot = (1/J)*(B*iq-mn); 
z_2dot = (1/m)*(k1*(id2-id1)+k1*z*(id2-id1)-k2*z-Fngoai); 
%output 
y(1) = w_dot; 
y(2) = z_2dot; 
end