Luận án Nghiên cứu tổng hợp cấu trúc điều khiển véc tơ truyền động động cơ không đồng bộ với tải có khớp nối mềm

1 
MỤC LỤC 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT........................................................... 3 
DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ .................................................................................... 5 
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................................8 
MỞ ĐẦU ..............................................................................................................................9 
1. TỔNG QUAN HỆ ĐIỀU KHIỂN VECTOR TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ KĐB 
THEO NGUYÊN LÝ TỰA TỪ THÔNG ROTOR ........................................................... 14 
1.1 Đặt vấn đề .................................................................................................................... 14 
1.2 Tổng quan về điều khiển hệ truyền động KĐB ............................................................... 15 
1.2.1 Tổng quan các phương pháp điều khiển hệ truyền động KĐB ...................................... 15 
1.2.2 Tổng quan các phương pháp điều khiển mạch vòng điều chỉnh..17 
1.3 Tiêu chí đánh giá chất lượng điều khiển hệ truyền động KĐB ........................................ 22 
1.4 Tình hình và định hướng nghiên cứu trong và ngoài nước .............................................. 25 
1.5 Định hướng nghiên cứu của luận án ............................................................................... 26 
2. MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG KĐB ................................................. 28 
2.1 Mô hình điều khiển động cơ KĐB-RLS trên hệ tọa độ dq ............................................... 28 
2.2 Phần tải của hệ truyền động ............................................................................................ 32 
2.2.1 Đặt vấn đề ................................................................................................................... 32 
2.2.2 Đặc điểm tải điển hình của hệ truyền động điện .......................................................... 33 
2.2.3 Phân tích động lực học khớp nối mềm ........................................................................ 36 
2.3 Giới hạn nghiên cứu ....................................................................................................... 37 
2.4 Mô hình ĐK truyền động động cơ KĐB với tải có khớp nối mềm ................................. 38 
2.5 Kết luận chương 2 .......................................................................................................... 42 
3. TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN MẠCH VÒNG DÒNG STATOR ..................................... 44 
3.1 Đặt vấn đề ...................................................................................................................... 44 
3.2 Tổng hợp và đánh giá các bộ điều khiển dòng stator ....................................................... 45 
3.2.1 Thiết kế bộ điều khiển dòng stator kiểu PI ................................................................... 45 
3.2.2 Thiết kế bộ điều khiển dòng stator sử phương pháp TTHCX ....................................... 49 
3.2.3 Thiết kế bộ điều khiển dòng stator trên cơ sở nguyên lý phẳng .................................... 53 
3.2.4 Thiết kế bộ điều khiển dòng stator deadbeat truyền thống ............................................ 58 
3.2.5 Thiết kế cải tiến bộ điều khiển dòng stator deadbeat .................................................... 63 
3.3 Đáp ứng mô-men khi mạch vòng dòng stator nhanh, chính xác, tách kênh ...................... 71 
3.4 Kết luận chương 3 .......................................................................................................... 75 
2 
4. TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN MẠCH VÒNG TỐC ĐỘ .................................................. 76 
4.1 Đặt vấn đề ...................................................................................................................... 76 
4.2 Tổng hợp, đánh giá các thiết kế bộ điều khiển tốc độ hệ truyền động động cơ KĐB với tải 
có khớp nối cứng ................................................................................................................. 78 
4.2.1 Thiết kế bộ điều khiển PI tốc độ kiểu ........................................................................... 78 
4.2.2 Thiết kế bộ điều khiển tốc độ theo phương pháp backstepping ..................................... 82 
4.2.3 Thiết kế bộ điều khiển tốc độ dựa trên nguyên lý phẳng .............................................. 88 
4.2.4 Kết quả mô phỏng về đánh giá độ bền vững hệ thống .................................................. 93 
4.3 Đặc điểm hệ truyền động động cơ KĐB ghép với tải qua khớp nối mềm ........................ 95 
4.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của các thông số đối tượng đến hệ truyền động ............................ 95 
4.3.2 Thiết kế bộ điều khiển tốc độ, từ thông dựa trên nguyên lý phẳng .............................. 101 
4.3.3 Thiết kế bộ điều khiển tốc độ, từ thông theo phương pháp backstepping .................... 108 
4.3.4 Kết quả mô phỏng off-line và mô phỏng thời gian thực (HIL) ................................... 113 
4.4 Kết luận chương 4 ........................................................................................................ 117 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................... 119 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ 122 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............................ 130 
PHỤ LỤC ......................................................................................................................... 132 
Phụ lục A: Thông số của động cơ KĐB-RLS sử dụng trong quá trình mô phỏng và thực 
nghiệm ............................................................................................................................... 132 
Phụ lục B: Thông số của truyền động động cơ KĐB với tải có khớp nối mềm sử dụng trong 
quá trình mô phỏng và thực nghiệm ................................................................................... 133 
Phụ lục C: Các thiết kế mô phỏng Matlab/Simulink và triển khai thực nghiệm .................. 133 
Phụ lục D: Mô hình thực nghiệm ...................................................................................... 135 
Phụ lục E: Cấu trúc thực hiện thực nghiệm HIL ................................................................ 141 
3 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 
,
s r
 Tốc độ góc của các vector thuộc mạch điện stator, rotor 
 Tốc độ góc cơ học của rotor 
s
i Vector dòng stator 
, , ,
sd sq s s
i i i i Các thành phần của vector dòng stator trên hệ tọa độ dq và β 
r
i Vector dòng rotor 
, , ,rd rq r ri i i i Các thành phần của vector dòng rotor trên hệ tọa độ dq và β 
s
 Vector từ thông stator 
,
sd sq
 Các thành phần của vector từ thông stator trên hệ tọa độ dq 
r
Ψ Vector từ thông rotor 
,
rd rq
 Các thành phần của vector từ thông stator trên hệ tọa độ dq 
s
u Vector điện áp stator 
,
sd sq
u u Các thành phần của vector điện áp stator trên hệ tọa độ dq 
A Ma trận hệ thống 
B Ma trận đầu vào 
N Ma trận tương tác phi tuyến 
u Vector biến đầu vào 
x Vector biến trạng thái 
y Vector biến đầu ra 
r Vector bậc tương đối 
( )L x Ma trận tách kênh 
m
L Hỗ cảm giữa stator và rotor 
,
s r
L L Điện cảm stator và rotor 
,
s r
L L Điện cảm tản phía stator và rotor 
,
s r
R R Điện trở stator và rotor 
 Hệ số từ tản toàn phần 
p
z Số cặp cực 
J Mô-men quán tính 
J1, J2 Mô-men quán tính động cơ và tải 
1 2
; Gia tốc góc động cơ và tải 
1 1 2 2
; Vận tốc góc động cơ và tải 
1 2
; Góc quay động cơ và tải 
;
M L
m m Mô-men động cơ, mô-men tải 
4 
max min
;m m Mô-men cực đại, cực tiểu 
c Hệ số cứng trục nối 
d Hệ số tắt dần 
Backstepping Cuốn chiếu 
ĐCVTKG Điều chế vector không gian 
ĐCMCKTĐL Động cơ một chiếu kích từ độc lập 
DTC Direct Torque Control – điều khiển mô-men trực tiếp 
ĐK Điều khiển 
DSP Digital Signal Processor 
Exact 
Linearizatiom 
Tuyến tính hóa chính xác 
FOC Field Oriented Control 
FPGA Field Programmable Gate Array 
ĐCVTKG Điều chế vector không gian 
FRT Finite response time 
HIL Hardware-in-the -lood 
IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor 
IM Induction motor 
MIMO Multi-Input – Multi-Output 
MCKTĐL Một chiều kích từ độc lập 
MHTT Mô hình tính toán từ thông 
KĐB-RLS Không đồng bộ -rotor lồng sóc 
KĐB Không đồng bộ 
Latness Tựa phẳng 
MPC Model Predictive Control 
PI Proportional-Intergral 
PWM Pulse Width Modulation 
TTHCX Tuyến tính hóa chính xác 
T4R Tựa từ thông rotor 
5 
DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ 
Hình 1.1 Các phương pháp điều khiển hệ truyền động động cơ KĐB ................................ 16 
Hình 1.2 Phương pháp điều khiển tựa theo từ thông rotor (FOC) ....................................... 17 
Hình 1.3 Phương pháp điều khiển các mạch vòng hệ truyền động động cơ KĐB ............... 18 
Hình 1.4 Tiêu chí đánh giá chất lượng điều khiển hệ truyền động KĐB ............................. 23 
Hình 1.5 Đáp ứng của hệ điều khiển truyền động điện ....................................................... 25 
Hình 2.1 Cấu trúc mô hình điều khiển động cơ KĐB-RLS ................................................ 30 
Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ KĐB-RLS .................................................. 31 
Hình 2.3 Đặc tính tải phản kháng mô-men không đổi ........................................................ 33 
Hình 2.4 Đặc tính tải thế có mô-men không đổi ................................................................. 34 
Hình 2.5 Đặc tính cơ của mô-men ma sát (a) và sơ đồ hàm truyền (b) Đặc tính tải của 
truyền động bơm, quạt (c); Sơ đồ khối (d) ............................................................................. 36 
Hình 2.6 Đặc tính cơ của tải công suất không đổi (a); Sơ đồ khối (b) ................................. 36 
Hình 2.7 Hệ truyền động ghép mềm động cơ với phụ tải ................................................... 37 
Hình 2.8 Cấu trúc hệ truyền động ghép mềm động cơ với phụ tải ...................................... 38 
Hình 2.9 Cấu trúc dạng sơ đồ khối hệ ghép mềm với phụ tải (a) Mô hình đầy đủ và (b) Mô 
hình biến đổi để tìm hàm truyền ............................................................................................ 40 
Hình 2.10 Đồ thị biên–tần của Gs1 ...................................................................................... 40 
Hình 2.11 Đồ thị Bode của 
1S
G s : Dạng đồ thị khi tỷ lệ quán tính x thay đổi ...................... 41 
Hình 2.12 Đồ thị biên–tần của Gs2 với các giá trị d khác nhau ............................................. 41 
[[[Ơ 
Hình 3.1 Cấu trúc bộ điều khiển PI dòng stator ................................................................. 47 
Hình 3.2 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm đáp ứng động học dòng isd , isq, tốc độ của bộ 
điều khiển PI dòng stator ...................................................................................................... 48 
Hình 3.3 Cấu trúc chuyển đổi tọa độ trạng thái của một hệ phi tuyến sang tuyến tính thay 
thế ........................................................................................................................................ 50 
Hình 3.4 Cấu trúc bộ điều khiển dòng stator sử dụng phương pháp tuyến tính hóa chính xác 
 .......................................................................................................................... 52 
Hình 3.5 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm đáp ứng dòng isd, isq và tốc độ của bộ điều 
khiển sử dụng TTHCX dòng stator ....................................................................................... 53 
Hình 3.6 Cấu trúc điều khiển vòng hở sử dụng mô hình đảo .............................................. 54 
Hình 3.7 Cấu trúc ĐK vòng kín sử dụng mô hình đảo, thiết lập quỹ đạo phản hồi ............. 54 
6 
Hình 3.8 Cấu trúc ĐK dòng stator dựa trên nguyên lý tựa phẳng ....................................... 56 
Hình 3.9 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm đáp ứng dòng isd , isq và tốc độ của bộ điều 
khiển dựa trên nguyên lý phẳng dòng stator .......................................................................... 57 
Hình 3.10 Cấu trúc ĐK số tổng quát hệ SISO trên miền thời gian gián đoạn ........................ 58 
Hình 3.11 Giá trị đặt và thực của hệ SISO với tốc độ đáp ứng hữu hạn ................................ 58 
Hình 3.12 Sơ đồ khối vòng ĐK dòng stator is của động cơ KĐB trên hệ tọa độ dq ............. 59 
Hình 3.13 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm đáp ứng dòng isd , isq và tốc độ của bộ điều 
khiển deadbeat truyền thống dòng stator ............................................................................... 61 
Hình 3.14 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm bộ điều khiển deadbeat truyền thống dòng 
stator khi Tr giảm .................................................................................................................. 62 
Hình 3.15 Cấu trúc bộ điều khiển dòng stator deadbeat cải tiến ........................................... 68 
Hình 3.16 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm đáp ứng dòng isd isq và tốc độ của bộ điều 
khiển dòng stator deadbeat cải tiến ........................................................................................ 69 
Hình 3.17 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm bộ ĐK dòng stator deadbeat cải tiến.............. 70 
Hình 3.18 Cấu trúc ĐK tốc độ động cơ KĐB-RLS khi vòng ĐK dòng stator thiết kế nhanh, 
chính xác và tách kênh .......................................................................................................... 72 
Hình 3.19 Cấu trúc ĐK mô-men động cơ ghép mềm với phụ tải(vùng trên tốc độ cơ bản) ... 75 
[Ơ 
Hình 4.1 Cấu trúc bộ ĐK tốc độ PI khi động cơ ghép cứng với phụ tải .............................. 78 
Hình 4.2 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm đáp ứng tốc độ và mô-men –bộ ĐK PI tốc độ.. 
 ........................................................................................................................... 81 
Hình 4.3 Cấu trúc tổng quát điều khiển backstepping ........................................................ 83 
Hình 4.4 Cấu trúc ĐK mạch vòng tốc độ theo phương pháp backstepping khi động cơ ghép 
cứng với phụ tải .................................................................................................................... 84 
Hình 4.5 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm đáp ứng từ thông, tốc độ và mô-mentheo 
phương pháp backstepping .................................................................................................... 86 
Hình 4.6 Sơ đồ cấu trúc bộ ĐK tốc độ dựa trên nguyên lý phẳng khi động cơ ghép cứng với 
phụ tải ........................................................................................................................... 89 
Hình 4.7 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm đáp ứng tốc độ và mô-men theo nguyên lý 
phẳng .......................... ... hữu hạn- Chuyên san Kỹ thuật Điều khiền và Tự động hóa số 16, 8/2016, pp-
50-56. 
[2] Võ Thanh Hà, Trần Vũ Trung, Nguyễn Phùng Quang, Một hướng tiếp cận mới 
về nguyên lý điều khiển tựa theo từ thông rotor trong truyền động điện xoay chiều 
ba pha-Hội nghị Khoa học toàn quốc lần thứ 2 về Cơ kỹ thuật và Tự động hóa. 10-
2016, pp-.17-23. 
[3] Võ Thanh Hà, Nguyễn Phùng Quang, Vai trò của bộ điều khiển dòng dead-
beat trong cách nhìn mới cấu trúc hệ truyền động xoay chiều ba pha. - Hội nghị cơ 
điện tử VCM-11-2016, pp-148-155. 
[4] Võ Thanh Hà, Nguyễn Phùng Quang, Mô hình điện cơ giảm bậc và các vấn đề 
điều khiển hệ hai khâu quán tính truyền động không đồng bộ –Hội nghị-Triển lãm 
quốc tế về Điều khiển và Tự động hoá VCCA-2017 (12/2017), pp 11-17. 
[5] Võ Thanh Hà, Hoàng Thành Nam, Nguyễn Phùng Quang, Nghiên cứu điều 
khiển dự báo cho hệ truyền động tựa từ thông rotor biến tần - động cơ không đồng 
bộ – Hội nghị-Triển lãm quốc tế về Điều khiển và Tự động hoá VCCA-2017 
(12/2017), pp 501-506. 
[6] Võ Thanh Hà, Nguyễn Đức Nam, Nguyễn Phùng Quang, Thiết kế backstepping 
điều khiển truyền động không đồng bộ hệ hai khâu quán tính nuôi bởi nghịch lưu 
nguồn áp có vòng điều khiển dòng stator lý tưởng. Chuyên san Đo lường, Điều 
khiển và Tự động hóa quyển 21, số 1, tháng 04 năm 2018, pp 16-23. 
[7] Nguyen Phung Quang, Vo Thanh Ha, Tran Vu Trung, A New Control Design 
with Dead-Beat Behavior for Stator Current Vector in Three-Phase AC Drives - 
International Journal of Electrical and Electronics Engineering (SSRG-IJEEE) –
April 2018, 5(4) pp1-8. 
[8] Võ Thanh Hà, Nguyễn Hai Huỳnh, Đỗ Phúc Hưng, Nguyễn Phùng Quang, 
Thiết kế điều khiển phẳng truyền động điện không đồng bộ hệ hai khâu quán tính 
ghép mềm nuôi bởi nghịch lưu nguồn áp có vòng điều khiển dòng stator lý tưởng– 
Tạp chí khoa học Công nghê, số 133 (3.2019). 
[9] Vo Thanh Ha, Nguyen Phung Quang, Flatness-Based Control Design for Two-
Mass System Using Induction Motor Drive Fed by Voltage Source Inverter with 
Ideally Control Performance of Stator Current, Engineer of XXI Century”, Book 
Chapter, Proceedings of the VIII International Conference of Students, PhD 
Students and Young Scientists, May, 16, 2019. Mechanisms and Machine Science 
131 
70, Mechanisms and Machine Science, ISBN 978-3-030-13321-4 (eBook), 
https://doi.org/10.1007/978-3-030-13321-4, pp39-50, Springer Nature Switzerland. 
[10] Vo Thanh Ha, Le Trong Tan, Nguyen Duc Nam, Nguyen Phung Quang, 
Backstepping Control of Two-Mass System Using Induction Motor Drive Fed by 
Voltage Source Inverter with Ideal Control Performance of Stator Current – 
International Journal of Power Electronics and Drive System (IJPEDS), 10(2), 
June 2019, ISSN: 2088-8694,  pp-720-730 
(Scopus). 
[11] Võ Thanh Hà, Nguyễn Phùng Quang, Các cấu trúc thiết kế điều khiển nâng 
cao tựa từ thông rotor cho động cơ không đồng bộ với mạch vòng dòng sator lý 
tưởng – Hội nghị-Triển lãm quốc tế về Điều khiển và Tự động hoá VCCA-2019 
(09/2017). 
[12] Vo Thanh Ha, Tung Lam Nguyen, Vo Thu Ha, Vo Quang Vinh , Advanced 
control structures for induction motors with ideal current loop response using 
field oriented control– International Journal of Power Electronics and Drive 
System (IJPEDS), 10(4), December 2019, ISSN: 2088-8694, 
  pp-610-623 (Scopus). 
132 
PHỤ LỤC 
Phụ lục A: Thông số của động cơ KĐB-RLS sử dụng trong quá trình mô 
phỏng và thực nghiệm 
Động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc 2.2 kW (chỉ sử dụng trong mô phỏng và thực 
nghiệm) có các thông số sau: 
- Công suất định mức: PN= 2,2 kW 
- Dòng điện định mức: IN=4,7 A 
- Tần số định mức: fN =50 Hz 
- Hệ số công suất: cosφ = 0,9 
- Số đôi cực: zp=1 
- Tốc độ định mức: nN= 2880 vòng/phút 
- Điện áp định mức: UN= 400 V 
- Điện trở stator: Rs=0,37  
- Điện trở Rotor: Rr=0,42  
- Điện cảm stator: Ls=0,03441 H 
- Điện cảm Rotor: Lr=0,03425 H 
- Hỗ cảm giữa Stator và Rotor: Lm=0,0331 H 
- Mô-men quán tính: J=0.00095kgm2 
- Thành phần bộ điều khiển dòng điện: 
+ l1 = 0.5 
+ l2 = 0.5 
+ T =200e-6 (Sampling time) 
- Thành phần bộ ĐK cuốn chiếu: 
+ c1 = 500 
+ c2 = 500 
+ c3 = 500 
133 
Phụ lục B: Thông số của truyền động động cơ KĐB với tải có khớp nối 
mềm sử dụng trong quá trình mô phỏng và thực nghiệm 
Công suất định mức: PN= 2,2 kW 
Dòng điện định mức: IN=4,7 A 
Tần số định mức: fN =50 Hz 
Hệ số công suất: cosφ = 0,9 
Số đôi cực: zp=1 
Tốc độ định mức: nN= 2880 vòng/phút 
Điện áp định mức: UN= 400 V 
Điện trở stator: Rs=0,37  
Điện trở rotor: Rr=0,42  
Điện cảm stator: Ls=0,03441 H 
Điện cảm rotor: Lr=0,03425 H 
Hỗ cảm giữa stator và rotor: Lm=0,0331 H 
Mô-men quán tính động cơ IM: J1=7.555*10 -5kgm2 
Mô-men quán tính tải : J2=5.5913*10 -5kgm2 
Hệ số cứng trục: c=0.28Nm/rad 
Hệ số giảm chấn: d=0.0015Nm/rad 
Phụ lục C: Các thiết kế mô phỏng Matlab/Simulink và triển khai thực 
nghiệm 
1. Cấu trúc ĐK mạch vòng dòng stator kiểu deadbeat đề xuất 
Hình 5.1 Cấu trúc ĐK bộ ĐK dòng stator kiểu deadbeat đề xuất (mô phỏng và thực 
nghiệm) 
134 
2. Cấu trúc ĐK hệ truyền động ghép mềm động cơ với phụ tải theo phương pháp 
nguyên lý phẳng 
Hình 5.2 Cấu trúc ĐK bộ ĐK tốc độ, từ thông dựa trên nguyên lý phẳng của hệ 
ghép mềm động cơ với phụ tải 
3. Cấu trúc ĐK hệ truyền động ghép mềm động cơ với phụ tải theo phương pháp 
backstepping 
Hình 5.3 Cấu trúc ĐK bộ ĐK tốc độ, từ thông theo backstepping của hệ ghép mềm 
động cơ với phụ tải 
135 
Phụ lục D: Mô hình thực nghiệm 
Để kiểm nghiệm các thuật toán điều khiển, luận án đề xuất mô hình và nguyên thực 
nghiệm như hình dưới đây. Mô hình này cho phép dễ dàng phát triển các cấu trúc điều 
khiển tựa từ thông rotor một cách linh hoạt cho động cơ KĐB-RLS. 
Hình 5.4 Mô hình thực nghiệm 
Bảng 5.1 Thông số động cơ IM 
Model Tham số Giá trị 
Công suất định mức Pđm 2.2 kW 
Điện áp đầu vào Uđm 690/380V 
Dòng điện định mức Iđm 4.7A/2.7A 
Tần số định mức fđm 50Hz 
Tốc độ định mức nđm 2880V/phút 
Encoder 1024 xung/1 vòng 
Bảng 5.2 Tham số mạch lực hệ thống thực nghiệm 
Phần tử Tham số Giá trị 
Van bán dẫn phía lưới IGBT 6MBP25RA120 VCE = 1200V, IC = 25A. 
Lọc LC phía lưới 
Điện cảm Lfg Lfg = 1,2 (mH) 
Tụ điện Cfg 
Điện trở Rfg 
Cfg = 6.8 (uF) 
Rfg = 3.3 (Ω) 
Cuộn cảm L phía chỉnh lưu Điện cảm phía lưới LG = 4 (mH) 
Tụ DC-Link Tụ DC-Link CDC-link CDC-link= 1700 (uF) 
Van bán dẫn phía động cơ IGBT 7MBP25RA120 VCE = 1200V, IC = 25A. 
Lọc LC phía động cơ 
Điện cảm Lfl Lfl = 1 (mH) 
Tụ điện Cfl Cfl = 40 (uF) 
136 
+ Bộ chỉnh lưu tích cực tích cực: Chỉnh lưu tích cực ba pha sử dụng van IGBT 
6MBP25RA120. Bộ lọc LCL với cuộn cảm tích cực sử dụng 1,2 mH, cuộc cảm phía bộ 
biến đổi 4 (mH) tụ điện 6.8 (uF), điện trở 3.3 (Ω). 
+ Tụ điện DC-Link có giá trị 1700 (uF). 
+ Bộ nghịch lưu phía động cơ: Sử dụng nghịch lưu ba pha cầu H, van bán dẫn 
IGBT 6MBP25RA120. Bộ lọc phía động cơ với điện cảm 1 (mH) tụ điện 40 (uF). 
a. Hệ thống tạo tải 
Hệ thống tạo tải sử dụng hệ thống điều khiển động cơ DC là mentor II để tạo tải 
cho động cơ KĐB_RLS. 
Mentor II có thể chạy được chế độ một góc phần tư và bốn góc phần tư 
nên hai kiểu nối dây cho MentorII. Trong bản thuyết minh này ta chỉ xét cách 
nối dây ở chế độ bốn góc phần tư. 
Hình 5.5 Sơ đồ cấu trúc dây cho bộ Mentor II với DC motor 
Đấu dây cho bộ Mentor như hình 5.6. Đầu tiên nối hai công tắc tơ LC và RR. Công 
tắc tơ LC là công tắc chính để đóng nguồn ba pha vào Mentor II tại ba điểm L1-L3 đồng 
thời đóng từ L11 và L12. Ngoài ra còn có ba tiếp điểm nữa của công tắc tơ LC. công tắc tơ 
RR cũng có ba tiếp điểm liên động với tiếp điểm của LC. Phần ứng của động cơ được nối 
vào hai đầu A1 và A2; phần kích từ được nối vào hai đầu F1và F2. Nếu điều khiển tốc độ 
động cơ bằng biến trở vào đầu vào số 1 – 3 của MentorII. Và cuối cùng ta mắc nguồn điều 
khiển vào ba điểm E1–E3. Lưu ý trong quá trình nối dây, E1-E3 phải trùng pha với L1–L3. 
Lưu đồ vận hành và cài đặt cho Mentor II được thể hiện như hình 5.7. Các thao tác 
cài đặt chi tiết được thể hiện ở bên dưới. 
137 
Hình 5.6 Các chức năng phím ấn trên Mentor II 
Bảng 5.3 Menu sử dụng để cài đặt chế độ Torque Control cho Mentor II 
STT Chức năng Phạm vi Kiểu 
Menu 03: Speed feedback - selection and speed loop 
03.13 Phản hồi điện áp phần ứng 0 hoặc 1 Đọc - Ghi 
03.15 Điện áp phần ứng tối đa 0 - 1000 Đọc - Ghi 
Menu 04: Current - selection and limits 
04.05 Giới hạn dòng điện 0 - 1000 Đọc - Ghi 
04.12 Mode bit 0 0 hoặc 1 Đọc – Ghi 
04.13 Mode bit 1 0 hoặc 1 Đọc – Ghe 
Menu 05: Current loop 
05.06 Dòng quá tải 0 - 1000 Đọc – Ghi 
05.09 Nhận dạng tham số 0 hoặc 1 Đọc – Ghi 
Menu 06: Field control 
06.13 Bật tắt kích từ 0 hoặc 1 Đọc - Ghi 
Menu 07: Analog inputs and outputs 
07.02 Giá trị lượng đặt đầu vào GP2 ±1000 Đọc - Ghi 
07.12 Cài đặt đầu vào GP2 0 - 1999 Đọc - Ghi 
07.17 Giá trị tỷ lệ cho đầu vào GP2 0 – 1999 Đọc - Ghi 
Menu 10: Status logic & diagnostic information 
10.29 Bật tắt báo lỗi kích từ 0 hoặc 1 Đọc - Ghi 
Các bước cài đặt cho bộ Mentor II 
Bước 1. Tiến hành đấu nối Mentor II với động cơ DC và với lưới điện 3 pha. 
Bước 2. Cấp nguồn 3 pha 380V cho bộ Mentor II, gạt aptopmat cấp điện cho hệ 
thống điều khiển Mentor II. 
Bước 3. Tiến hành cài đặt tham số cho Mentor II: 
Để có thể truy cập và thay đổi các tham số ta đặt tham số 00.00 từ 0 thành 200. Để 
lưu các giá trị sau khi thay đổi: về tham số xx.00 và đặt giá trị của nó thành 001, sau đó 
bấm reset. Tham số 04.05 là giới hạn dòng điện có giá trị mặc định là 1000 tương ứng với 
150% của dòng đầy tải (bằng 1.5 x 25 = 37.5A). Cài đặt tham số 04.05 = 400 tương đương 
138 
10A. Dòng quá tải được cài đặt ở tham số 05.06 (thường đặt là 105%), giá trị 1000 tương 
ứng với 150%. Đặt tham số 05.06 = 280. Đặt tham số 03.15 = 200 là điện áp phần ứng tối 
đa. Đặt tham số 03.13 = 1 là phản hồi điện áp phần ứng. Bộ Mentor II được sử dụng đã bị 
hỏng phần kích từ. Đặt tham số 06.13 = 0 để tắt kích từ từ Mentor II và cấp kích từ ngoài. 
Đặt tham số 10.29 = 1 để tắt chức năng báo lỗi mất kích từ. Động cơ DC được dùng nguồn 
kích từ 200VDC và dòng kích từ là 0.5A. Ta chọn cấp kích từ ngoài bằng cầu diode chỉnh 
lưu từ 220VAC xuống 200VDC. 
Để cài đặt được động cơ DC hoạt động theo chế độ Torque Control cần setting 
04.12 = 1, 04.13 = 0. Tắt kích từ chạy nhận dạng thông số ở 05.09. Sau khi có các thông số 
cài đặt 07.12 = 408, cài đặt tỷ lệ ở 07.17 = 200. Kết nối đầu vào của lượng đặt ở cổng GP2 
với giải 0 ± 10V, xem lượng đặt Torque ở 07.02. 
Bước 4. Chuyển công tắc khởi động qua on để bật và off để tắt động cơ DC. 
b. Mạch đo lường 
 Thiết kết đo cách ly, sử dụng HCPL7800A để đo điện áp, LEM LA55PSP1[35] 
để đo dòng điện 
 3 kênh đo dòng điện: dải đo ± 50A.; 1 kênh đo điện áp một chiều: 1000V 
Tạo 
nguồn 
IRF2153
1
BAX 1:2:2
(Đã có sẵn)
Tạo 
nguồn 
±15V
(7815,7
915)
+15V
GND
-15V
24VDC
AGND
0
÷
3
V
ADC
IDE
ADC
LOGIC
IDE
TO CPLD
0÷3V
0÷3V
0÷3V
74HC
245D
(3,3V)
UPPER
LOWER
UPPER
LOWER
UPPER
LOWER
0÷3V
+15V
GND
INA12
8
REF=1.5V
G=1
INA12
8
INA12
8
Ia
Ib
GND
GND
GND
Ib
Ic
±1.5V
±1.5V
RC_Filter
Fc = 
20kHz
RC_Filter
Fc = 
20kHz
REF=1.5V
G=1
RC_Filter
Fc = 
20kHz
REF=1.5V
G=1
3V
3V
3V
+5V
Tạo nguồn 
+5V
DC-DC 24V-5V 
ISOLATED
HCPL7800A
GND
+5V_ISO1
GND_ISO1
24VDC
AGND
MẠNG PHÂN 
ÁP TỈ LỆ 1/
10000
+
Udc = 1000V 100mV
INA12
8
G=3.75
-
Udc
800mV RC_Filter
Fc = 
20kHz
3V
Inverter Measure board
GND
5V
LM358
Ua
LM339
vcc
GND
5V
LM358
Ua
LM339
vcc
UPPER
LOWER
LA55-P/SP1
(50A)
±50A
Ia ±1.5V
60R/2W
LA55-P/SP1
(50A)
LA55-P/SP1
(50A)
60R/2W
60R/2W
±50A
±50A
PE
Tiếp vỏ 
Hình 5.7 Mạch đo lường 
139 
c. Nguyên lý thực nghiệm khi ghép cứng động cơ KĐB-RLS với phụ tải 
MHTT
SVM
Xung điều 
khiển
(1H,2H,3
H,1L,2L, 
3L)
3
2
MHTT
2w
1w
CARD DSP 
1104
Udc
Bộ điều chỉnh tốc độ
Bộ điều chỉnh dòng
 RIsq
Bộ điều chỉnh dòng
 RIsd
sqi
sdi
su
su
sdu
squ
sdi
sqi
*
sdi
sui
svi
wsi
s
vt wtut
sqi
sdi
sj
e
 MATLAB/
SIMULINK
CONTROL DESK
UDC
MẠCH ĐO 
LƯỜNG
S2
dc
CFILTER
3
8
0
V
/5
0
H
z 
MCB 1
CC
IM
CC
InverterRectifier
EMI
DC Motor
Mentor II
MCB 2
A
B
C
U
V
W
Sensor T40B
dc
C
J
K
A
H
A1
B1
C1
A2
B2
C2
A
F
E
*

si 
si 
Hình 5.8 Nguyên lý bàn thực nghiệm 
Từ máy tính, ta tiến hành mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink, ở đây ta chỉ cần 
xây dựng các khối giá trị đặt, bộ điều khiển dòng, bộ điều khiển tốc độ, mô hình từ thông 
và khối điều chế vector không gian, còn bộ nghịch lưu và động cơ sẽ là mô hình, động cơ 
thật. Các tín hiệu điều khiển và tín hiệu phản hồi về được nối với các khối vào-ra của card 
DS1104. Mô phỏng hoàn tất ta tiến hành nạp vào card DS1104 và điều khiển bằng phần 
mềm Control Desk. Ở đầu ra của card DS1104 là tín hiệu tạo xung PWM, tín hiệu này 
được nối với khối nghịch lưu. Đầu vào của khối nghịch lưu là điệp áp một chiều (sau khâu 
chỉnh lưu điện áp xoay chiều từ biến áp), bằng xung PWM đóng mở các van IGBT, đầu ra 
khối nghịch lưu là điện áp ba pha dạng sóng sin. Điện áp ba pha được đưa qua mạch đo 
dòng, áp, sau đó được cấp tới ĐCKĐB. Trên mạch đo dòng, áp có các khâu đo và tín hiệu 
đo được đưa về Card DS1104 thông qua các chân ADC. Trên động cơ KĐB-RLS có gắn 
thiết bị đo Encoder, khi động cơ hoạt động, tín hiệu từ Encoder được đưa qua mạch chốt 
Encoder (Isolated Encoder), đảm bảo tín hiệu đầu ra đạt đúng mức tín hiệu mà DS1104 có 
thể đọc được. 
Tạo tải bằng cách dùng mentor chỉnh điện áp trong dải (+-) 10V tương đương với mô-
men cản động cơ một chiều, quay ngược chiều với động cơ KĐB-RLS. 
140 
d. Giải pháp điều khiển 
- Module điều khiển: đây là bộ não của biến tần thực nghiệm, ở đây sử dụng Card 
điều khiển DS1104 với trích mẫu đo lường như sau: 
PWM
TBPRB
Update PWM Update PWM
Triger ADC
Convert & 
read ADC
Clock
CLA
Tpluse
CPMA
Ts
 ...
 ...
 ...
 ...
 ...
Current 
loop
Speed 
loop
 ...
T1
 ...
 ...
 ...
 ...
 ...
 ...
 ...
Position
loop
T2
T3
T1: 200us (5kHz), T2 = 5T1, T3 = 5T2.
Tpluse: 100us (10kHz)
Ts: 200us (5kHz)
Clock: 200 MHZ
Convert & Read ADC: Udc, Iu, Iv, Iw
 ... ...
Read Angle
Trích mẫu đo lường 
Thông số điều khiển 
1 Tần số phát xung 10kHZ 
2 Tần số mạch vòng dòng điện 5kHz 
3 Tần số mạch vòng tốc độ 1kHz/200Hz 
4 Deadtime 3us 
5 Trích mẫu ADC (Udc, Iu, Iv, Iw) 5kHZ 
6 Phân dải ADC 12 bit 
141 
Phụ lục E: Cấu trúc thực hiện thực nghiệm HIL 
 Cấu trúc thực hiện HIL bao gồm một card HIL402 dùng để mô phỏng hệ truyền động 
hệ hai khâu quán tính đó là: động cơ IM nối với tải qua khớp nối mềm và biến tần nguồn 
áp hai mức. Hệ thống phần cứng được mô phỏng theo thời gian thực trên phần mềm 
Typhoon HIL 402 với bước thời gian là 1µs, gần với mô hình vật lý. Tần số sóng mang của 
điều chế độ rộng xung là 5 kHz. Các bộ điều khiển dòng điện và tốc độ, từ thông được thực 
hiện ở card DSP TMS320F2808. 
Hình 5.9 Cấu trúc thực nghiệm HIL