Giáo trình Tổng hợp điều khiển hệ thống điện cơ

Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
1Khoa Điện-Điện tử 2013 
ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG 
TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN HỆ 
 THỐNG ĐIỆN CƠ 
 Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
2Khoa Điện-Điện tử 2013 
MỤC LỤC 
CHƯƠNG I: NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN KHI XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU 
CHỈNH TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN VÀ TỔNG HỢP HỆ TĐĐ .............. 4 
1.1 Khái niệm và phân loại ................................................................................. 4 
1.1.1 Khái niệm: ............................................................................................. 4 
1.1.2. Phân loại: .............................................................................................. 4 
1.2 Những vấn đề chung khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động truyền động điện. .. 5 
1.3 Độ chính xác của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện trong chế độ xác lập 
và tựa xác lập. .................................................................................................... 6 
1.3.1 Các hệ số sai lệch. .................................................................................. 6 
1.3.2 Tiêu chuẩn sai lệch. ................................................................................ 8 
1.3.3 Bù sai lệch tĩnh ở hệ hữu sai. ............................................................... 14 
1.3.4 Bù sai lệch tĩnh, sai lệch tốc độ và sai lệch gia tốc ở hệ vô sai cấp 1. ... 15 
1.4 Tổng hợp các mạch vòng điều khiển nối cấp dùng phương pháp hàm chuẩn 
môdun tối ưu. ................................................................................................... 16 
1.4.1 Khái niệm. ........................................................................................... 16 
1.4.2 Áp dụng tiêu chuẩn môdun tối ưu. ....................................................... 17 
1.4.3 Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng. .................................................... 22 
1.4.4 Tổng hợp các bộ điều chỉnh theo nhiễu loạn. ....................................... 25 
CHƯƠNG 2: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ MỘT 
CHIỀU ................................................................................................................. 27 
2.1. Động cơ điện một chiều ............................................................................. 27 
2.1.1 Chế độ xác lập của động cơ điện một chiều.......................................... 27 
2.1.2 Chế độ quá độ của động cơ điện một chiều. ......................................... 30 
2.2 Tổng hợp mạch vòng dòng điện. ................................................................. 35 
2.2.1 Khái niệm mạch vòng điều chỉnh dòng điện. ....................................... 35 
2.2.2 Tổng hợp mạch vòng dòng điện khi bỏ qua sức điện động động cơ. .... 37 
2.2.3 Tổng hợp mạch vòng dòng điện có tính đến sức điện động động cơ. .... 39 
2.2.3 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện có tính đến vùng gián đoạn 
của dòng điện phần ứng ................................................................................ 40 
2.3 Tổng hợp hệ thống truyền động điều chỉnh tốc độ. .................................... 41 
2.3.1 Hệ thống điều chỉnh tốc độ dùng bộ điều chỉnh tốc độ tỷ lệ P. ............. 43 
2.3.2. Hệ thống điều chỉnh tốc độ dùng bộ điều chỉnh tốc độ tích phân tỷ lệ PI.
 ..................................................................................................................... 46 
2.3.3 Hệ thống điều chỉnh tốc độ khi không có mạch vòng dòng điện. .......... 47 
2.3.4 Hệ thống điều chỉnh tốc độ điều chỉnh hai thông số. ............................ 49 
Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
3Khoa Điện-Điện tử 2013 
CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ 
KHÔNG ĐỒNG BỘ ............................................................................................ 53 
3.1 Mô tả động cơ không đồng bộ .................................................................... 53 
2. Phép biến đổi tuyến tính không gian vectơ: .................................................. 57 
3. Hệ phương trình cơ bản của động cơ trong không gian vectơ: ...................... 59 
3.1. Phương trình trạng thái tính trên hệ toạ độ cố định : .......................... 61 
3.2. Phương trình trạng thái trên hệ toạ độ tựa theo từ thông rôto dq: ............ 64 
3.2 Mạch vòng dòng điện. .............................................................................. 67 
3.3 Điều chỉnh tốc độ thông qua việc điều chỉnh điện áp. ................................. 70 
2.3.1 Sơ đồ nguyên lý. .................................................................................. 70 
2.3.2 Điều chỉnh điện áp động cơ lồng sóc. ................................................... 71 
2.3.3 Điều chỉnh điện áp động cơ rôto dây quấn. ........................................... 71 
3.4 Điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện trở rôto. ......................................... 74 
3.4.1 Sơ đồ nguyền lý. .................................................................................. 74 
3.4.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh. ...................................................... 75 
3.4.3 Xây dựng các bộ điều chỉnh dòng điện và tốc độ. ................................. 76 
3.5 Điều chỉnh tốc độ thông qua việc điều chỉnh công suất trượt. ..................... 76 
3.5.1 Sơ đồ nguyền lý. .................................................................................. 76 
2.5.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh. ...................................................... 77 
2.5.3 Xây dựng các bộ điều chỉnh dòng điện và tốc độ. ................................. 81 
3.6 Điều chỉnh tốc độ thông qua việc điều chỉnh tần số nguồn cấp. .................. 81 
3.6.1 Luật điều khiển giữ khả năng quá tải không đổi. .................................. 81 
3.6.2 Luật điều chỉnh từ thông không đổi. ..................................................... 82 
3.6.3 Điều chỉnh tần số điện áp ..................................................................... 84 
Phần bài tập chương ............................................................................................. 99 
Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
4Khoa Điện-Điện tử 2013 
CHƯƠNG I: 
NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN KHI XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU CHỈNH TỰ 
ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN VÀ TỔNG HỢP HỆ TĐĐ 
1.1 Khái niệm và phân loại 
1.1.1 Khái niệm: 
Hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện là hệ thống điều chỉnh tự động đảm 
bảo các giá trị yêu cầu của các đại lượng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào tác động của 
các nhiễu liên hệ điều chỉnh. 
Cấu trúc chung của hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện : 
Hình 1.1. Hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện 
- Động cơ truyền động M quay máy sản xuất Mx và thiết bị biến đổi năng lượng BĐ 
- Các thiết bị đo lường 
- Bộ điều chỉnh R 
- Tín hiệu điều khiển hệ thống(tín hiệu đặt ) THĐ 
- Các tín hiệu nhiễu loạn tác động lên hệ thống. 
1.1.2. Phân loại: 
Việc phân loại hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện tùy thuộc vào mục đích. 
Nếu như quan tâm tới động cơ truyền động thì ta có truyền động động cơ một chiều, truyền 
động động cơ xoay chiều  Nếu quan tâm tới tín hiệu điều chỉnh tương tự và số. Mặt 
khác nếu quan tâm tới cấu trúc hoặc thuật điều khiển ta có truyền động điều chỉnh thích 
nghi, Truyền động điều chỉnh vectơ 
 Khi xét nhiệm vụ chung của hệ thống chúng ta có thể phân thành ba loại như sau: 
- Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện điều chỉnh duy trì theo lượng đặt trước 
không đổi. Ví dụ như duy trì tốc độ không đổi, mômen không đổi hoặc công suất không 
đổi 
Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
5Khoa Điện-Điện tử 2013 
- Hệ điều chỉnh tùy động (hệ bám) là hệ điều chỉnh vị trí trong đó cần điều khiển 
truyền động theo lượng đặt trươc biến thiên tùy ý như truyền động quay anten, rada, các 
cơ cấu ăn dao của máy cắt gọt kim loại 
- Hệ điều chỉnh trương trình : Thực chất là hệ điều chỉnh vị trí nhưng đại lượng điều 
khiển lại tuân theo chương trình đặt trước. Thông thường đại lượng điều khiển ở đây là các 
quỹ đạo truyền động trong không gian phức tạp cho nên cấu trúc của nó thường gồm nhiều 
trục. Chương trình điều khiển ở đây được mã hóa ghi vào bìa, băng từ, đĩa từ Chúng ta 
thường gặp hệ truyền động điều khiển ở các trung tâm gia công cắt gọt kim loại, các dây 
truyền sản xuất có robot. Hệ điều khiển chương trình có cấu trúc phức tạp nhất. Thông 
thường nó cần thỏa mãn yêu cầu của cả hai hệ truyền động trên và dùng điều khiển số có 
máy tính điện tử CNC ( compurter numeric controller) 
1.2 Những vấn đề chung khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động truyền động điện. 
 Khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động truyền động điện cần phảI đảm bảo hệ thực hiện 
được tất cả các yêu cầu đặt ra, đó là các yêu cầu về công nghệ về chỉ tiêu chất lượng và các 
yêu cầu về kinh tế. Chất lượng của hệ được thể hiện trong trạng thái động và tĩnh. Trong 
trạng tháI tĩnh yêu cầu quan trọng là độ chính xác điều chỉnh. Đối với trạng thái động có 
các yêu cầu vể ổn định và các chỉ tiêu về chất lượng động là độ quá điều chỉnh, tốc độ điều 
chỉnh , thời gian điều chỉnh và số lần dao động. ở các hệ điều chỉnh tự động truyền động 
điện, cấu trúc mạch điều khiển, luật điều khiển và tham số của các bộ điều khiển có ảnh 
hưởng rất lớn đến chất lượng của hệ. Vì vậy khi thết kế ta phải thực hiện các bài toán về 
phân tích và tổng hợp hệ để tìm ra lời giải hợp lý, sao cho đáp ứng được yêu cầu kinh tế và 
kỹ thuật đề ra. 
 Đối với bài toán tổng hợp hệ, người ta thường đưa ra ba loại : tổng hợp chức năng, 
tổng hợp tham số và tổng hợp cấu trúc tham số 
1. Bài toán tổng hợp chức năng thực hiện trong trường hợp đã biết cấu trúc và tham số 
của mạch điều khiển ta phải xác định luật điều khiển đầu vào sao cho hệ đảm bảo chất 
lượng. 
2. Bài toán tổng hợp tham số thực hiện khi đã biết cấu trúc hệ và lượng tác động đầu vào 
của hệ ta cần xác định tham số các hệ điều khiển. 
3. Bài toán tổng hợp cấu trúc tham số thực hiện khi đã biết quy lật biến thiên của lượng 
đầu vào và ra của từng phần tử trong hệ thống, ta cần xác định cấu trúc của hệ và tham số 
các bộ điều chỉnh. 
 Để thực hiện ba bài toán tổng hợp hệ, ta có thể dùng các phương pháp phân bố 
nghiệm và phương pháp hàm chuẩn modul tố ưu. Đối với hệ có cấu trúc phức tạp người ta 
thường dùng phương pháp không gian trạng thái hoặc tổng hợp hệ với máy tính số với 
ngôn ngữ chuyên dụng. ở hệ điều chỉnh số, có đặc thù riêngvề mô tả toán học, tuy vậy các 
Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
6Khoa Điện-Điện tử 2013 
phương pháp tổng hợp về cơ bản cũng dựa trên các phương pháp tổng hợp hệ liên tục. 
Riêng đối với hệ phi tuyến cần có phương pháp nghiên cứu riêng. 
1.3 Độ chính xác của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện trong chế độ xác lập và 
tựa xác lập. 
 Bất cứ một hệ thống tự động điều chỉnh nào cóng đòi hỏi đại lượng điều chỉnh 
phải bám theo chính xác tín hiệu điều khiển trong chế độ xác lập, tựa xác lập và quá độ. 
Độ ổn định và độ chính xác điều chỉnh là hai chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng bậc nhất của một 
hệ truyền động. độ chính xác được đánh giá trên cơ sở phân tích các sai lệch điều chỉnh, 
các sai lệch này phụ thuộc tất nhiều yếu tố. Sự biến thiên của tín hiệu đặt gây các sai lệch 
không tránh được trong quá trình quá độ và cũng có thể gây sai lệch trong chế độ xác lập. 
Các khiếm khuyết của phần trong hệ thống như ma sát tĩnh, khe hở, sự trôi, điểm không 
cũng như sự già hóa v.v.. thường gây các sai lệch trong chế độ xác lập. Trên cơ sở phân 
tích các sai lệch điều chỉnh ta có thể chọn được các bộ điều chỉnh, các mạch bù thích hợp 
để nâng cao độ chính xác của hệ thống. 
1.3.1 Các hệ số sai lệch. 
Xét một hẹ thống tự động điều chỉnh có cấu trúc tố giản như hình 1, trong đó: 
F0(P) - Hàm truyền mạch hở 
TM - Thết bị công nghệ 
R, r(t) - Tín hiệu điều khiển 
C, c(t) - Tín hiệu ra 
 e = R - C - Sai lệch điều chỉnh 
Ni - Các nhiễu loạn 
C(p) = F(P) . R(P) + 
n
i
PiPi NF
1
)()( . (1.1) 
F (P) = 
)(0
)(0
1 P
P
F
F
 (1.2) 
Fi(P) - Hàm truyền đối với các nhiễu loạn. 
F0(P) TM
ER
_
NkN1
C
. . . .
R(t)
C(t)
e(t)
t
Hình 1.2 . a) Sơ đồ khối ; b) Đặc tính quá độ. 
Các thành phần tín hiệu đầu ra c(t) phụ thuộc vào đặc tính của mạch vòng điều chỉnh và 
còn phụ thuộc vào tín hiều điều chỉnh r(t) và các nhiễu loạn Ni(t) và phụ thuộc cả vào các 
đạo hàm của chúng. Chúng là nghiệm của các phương trình vi phân không thuần nhất. 
Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
7Khoa Điện-Điện tử 2013 
Thành phần nghiệm riêng của c(t) theo r(t) sẽ chép lại r(t) với độ chính xác nào đó. Thành 
phần của c(t) theo nhiễu loạn Ni(t) phải càng nhỏ càng tốt. 
 Xét loạt tín hiệu điều khiển r(t) và các nhiễu loạn Ni(t) thỏa mãn điều kiện Mc.Laurin thì 
sai lệch điều chỉnh e(t)=r(t)-c(t) có thể viết ở dạng chuỗi hàm: 
1 1 1
2
1 2 2
2
1 1 1
1 1 1 2 2
2
1 2 2
r( ) ( ) ( )
( ) ( ) ...
( ) ( ) ( )
( ) ...
.....
( ) ( ) ( )
( ) ... ( )
k k k k
i
o i i
i
on N N iN i
i
k k k
oN k N N iN i
d t d r t d r t
e t C r t C C C
dt dt dt
dN t d N t d N t
C N t C C C
dt dt dt
dN t d N t d N t
C N t C C C t
dt dt dt
 
Như vậy nếu biết trước tín hiệu r(t) và các nhiêuc Ni(t) và bỏ qua thặng dư ( )t thì 
ta có thể tìm được sai lệch e(t) nếu tính toán được các hệ số Ci. Các hằng số Ci là các hệ 
số sai lệch. Trong kĩ thuật ta thường đặt tên như sau: 
 Co: hệ số sai lệch vị trí; 
 C1: hệ số sai lệch tốc độ; 
 C2: hệ số sai lệch gia tốc; 
Một hệ thống chính xác tuyệt đối là hệ có mọi hệ số sai lệch đều bằng không. 
Ta có thể viết hàm truyền của hệ thống đối với sai lệch là: 
( ) 1 ( )
( )
( ) 1 ( ) ( )
e
o
E p M p
F p
R p F p N p
Nếu chia M(p) cho N(p) thì ta được 
Fe(p)=Co+C1p+C2p2+...+ Cipi 
( ) ( )
( ) 1 ( )
( )
e
R p C p
F p F p
R p
Giả sử 
2
0 1 2
2
1 2
...
( ) , m n
1 ...
m
m
n
n
b b p b p b p
F p
a p a p a p
Từ đó suy các hệ số sai lệch: 
C0= 
0
lim ( )e
p
F p
 =1-b0 
C1= 0
0
1
lim [ ( ) ]e
p
F p C
p 
 
 
 
= 1 1 0 1a a C b 
 2 0 120
1
lim ( )e
p
C F p C C p
p 
 
 
 
 = 2 1 1 0 2 2a C a C a b 
.......................... 
1 1
0
0
0 1
1
lim ( )
i i
k
i e k i i i y i yip
k y
C F p C p a C a b C a
p
  
  
 
  
Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
8Khoa Điện-Điện tử 2013 
Nếu hệ có b0=1 và a1=b1,...ai=bi,...am=bm thì tất cả các hệ số sai lệch đều bằng không. 
1.3.2 Tiêu chuẩn sai lệch. 
Trong tính toán thực tế các hệ thống tự động điều chỉnh, thường định ra các chỉ tiêu 
chất lượng nhất định đối với sai lệch để đánh giá một hệ thống là tốt hoặc là xấu. 
Tiêu chuẩn tích phân bình phương sai lệch (ISE) 
Theo tiêu chuẩn ISE, chất lượng của hệ thống được đánh giá bởi tích phân sau đây: 
0
2 )( dtte . (1.3) 
Trong đó có thể thay thế cận trên không xác định bằng thời gian hữu hạn T đủ lớn sao 
cho ở t > T thì e(t) đủ nhỏ đến mức có thể bỏ qua. Hệ thống tối ưu là hệ thống làm cho tích 
phân này cực tiểu. Có thể áp dụng tiêu chuẩn ISE này cho loại tín hiệu vào đã xác định (thí 
dụ loại nhảy cấp đơn vị) hoặc cho loại tín hiệu vào phương pháp thực nghiệm để tính tích 
phân (1.3). 
Hình 1.3 mô tả một ví dụ về tích phân ISE, trong trường hợp cận trên của tích phân là 
hưu hạn (T) thì giá trị của tích phân ISE từ 0 đến T là tổng diện tích giới hạn giữa trục 
hoành và đồ thị e2(t). 
Tiêu chuẩn ISE đánh giá các sai lệch lớn rấ ... óc pha) trong hệ trục toạ độ oxy. 
 Ta có biểu thức tính toán mômen như sau: 
syr
r
M
ss
r
M
mssm i
L
L
i
L
L
IiIM ..
2
3
).(
2
3
).(
2
3 **  
Nếu từ thông không đổi thì Mômen tỷ lệ với thành phần dọc trục (oy) của dòng điện stato. 
 Nếu giữ được rxr const  có nghĩa là constirx thì góc  có thể thay đổi và syi 
điều khiển được ứng với mômen tải. Ta có đồ thị vector và quỹ đạo điểm mút vector dòng 
điện: 
0
3
2
sy
Rdsx
i
IIi
]...[
2
3
.
)(
00
00
00
000
0
RryryRM
ry
rx
rrr
rrr
rxorroMRM
ryorRM
iIiILM
i
i
pLRLs
LspLR
sLLILiLs
sLLipL





Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
93Khoa Điện-Điện tử 2013 

si
n
si


rsi

s
r cossi
Hình 3.37. 
a. Các phương trình cơ bản: 
Ta có phương trình mạch rotor như sau: 
0.
).(
rxrxr
rxrsxMrx
piR
iLiL

 
 (3.95) 
Giải hệ trên ta được: 
r
r
r
sx
r
M
r
R
L
T
i
pT
L




1
 (3.96) 
Để tính được giá trị dọc trục và ngang trục của động cơ ta cần mô tả chi tiết đồ thị vector 
dòng điện như sau: 
Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
94Khoa Điện-Điện tử 2013 
 s

r
si

si
ei
e
r
x
e
y
Hình 3.37 
Quan hệ giữa các góc pha: 
 rssi . (3.96) 
Đạo hàm 2 vế của phương trình trên ta được: 
dt
d
dt
d
dt
d ssi   
Tại một thời điểm nhất định, căn cứ vào góc quay và tốc độ quay tương ứng của các hệ 
trục và của rotor động cơ ta có: 
)( ssieei
dt
d


 (3.97) 
Vì: 0 ry nên ta có: sy
r
M
ry i
L
L
i .

Mặt khác: rs
Mr
r
sy
LR
L
i  .
.
 nên: 

 r
M
r
ssy T
L
i 
Và ta cũng có biểu thức mômen: s
r
r
R
M 

..
2
3
2
 (3.98) 
Vậy ta thấy việc điều chỉnh biên độ dòng điện stator chỉ ảnh hưởng đến các thành 
phần sxi và syi của vecto dòng điện, còn góc  là do tải xác định. Cụ thể như hình vẽ minh 
họa sau: 
Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
95Khoa Điện-Điện tử 2013 
ei

p
rpT 1
1
artgkR
d
sdt
2
r
rR

Hình 3.38. 
Ta có: 
- Góc  là góc lệch giữa vecto dòng stator si và vecto từ thông r hay  chính là 
sai lệch giữa tần số góc ei và tần số góc se   
- Ở chế độ xác lập do tải cố định nên nếu  ei thì 0 
dt
d
- Ở chế độ quá độ khi có sai lệch mômen thì 0 
dt
d
 tức là ngay cả khi biên độ dòng 
điện stato không đổi thì các thành phần sxi và syi vẫn có thể thay đổi. 
Để bù lại sự biến thiên của góc tải cần phải hiệu chỉnh lại tần số của bộ nghịch lưu 
sao cho: 
dt
d
eei

  
Ta có: 
s
sx
sy
sysx
r
M
sr
r
K
i
i
tg
ii
L
L
R


.
...
2
3
..
1
.
2
3 2/
 ( với K là hằng số ) (3.99) 
Thông qua các đại lượng của stator ta có phương trình từ thông rotor như sau: 
s
s
ss
M
rr
LL
dt
di
LRu
L
L
dt
d



 
 )..(
 (trong đó  là hệ số tản từ) 
Từ phương trình rotor trên ta có thể thiết lập được mô hình tính toán từ thông rotor từ các 
đại lượng phía stator như hình vẽ sau: 
Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
96Khoa Điện-Điện tử 2013 
sR
sR
M
r
L
L
M
r
L
L
PL
PL
sui
svi
svu
suu
ru
rv
Hình 3.39. 
Trong trường hợp điều chỉnh từ thông rotor không đổi thì do mômen tỷ lệ với thành 
phần syi nên ta có:  sin...
2
3
sr
r
M i
L
L
M (3.100) 
Vậy ta có góc  được tính được như sau: 
sr
srsr
sr
sr
sr
srsr
sr
M
i
ii
i
i
i
ii
i
M
K









 
  
.
.
cos
.
.sin
 (3.101) 
b. Các mô hình tính toán chuyển vị: 
Như ta đã thấy ở phần mô tả toán học động cơ KĐB có sử dụng biến chung ký hiệu 
là e. Vậy e có thể là điện áp, dòng điện, từ thông,và chúng được biểu diễn ở các hệ tọa 
độ khác nhau nên có mối quan hệ qua lại với nhau thông qua phép chuyển vị. 
Giả sử ta có chuyển vị vecto từ hệ tọa độ u,v sang hệ tọa độ  , như sau: 
Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
97Khoa Điện-Điện tử 2013 
ue
k
e

b
3
2 
c
 e
o
ve
e

a
v
Ta có sơ đồ phân tích vecto như hình vẽ sau: 


)
1
1(
Tp
Ke 
e
cos
sin
2cos
2sin
e
 e
Hình 3.41. 
Quá trình chuyển vị giữa 2 hệ tọa độ được mô tả như sơ đồ sau: 
Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
98Khoa Điện-Điện tử 2013 
cossin
e
 e
eu
e
Hình 3.42 
)sin.coscos.(sinsincos.
)sin.sincos.(cossincos.


 
 
eeee
eeee
v
u
 (3.102) 
Trong đó: 
dtt
dtt
t
e
t
k
0
0
0
0
)(
).(


Và ta có: 
sx
sy
ees
s
s
e
sxr
r
r
syr
i
i
S
dt
d
iC
dt
d
T
iKM
..
..
.









 (3.103) 
 ta có: 
sy
sx
ss
ss
s
s
i
i
i
i
.
cossin
sincos





 (3.104) 
Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
99Khoa Điện-Điện tử 2013 
Phần bài tập chương 
Chương 1 
Các nguyên tắc cơ bản xây dựng hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện 
Bài 1. 
Cho hệ thống điều khiển có hàm truyền hệ hở là 
).)(.(
).(
)(0
pDCpBA
pFEK
pF
 và có phản hồi âm với hệ số phản hồi bằng 1 
a) Xác định các hệ số sai lệch tĩnh, sai lệch tốc độ và gia tốc. 
b) Cho tín hiệu vào là r(t)=R0. Hãy tính sai lệch tĩnh của hệ (e∞). 
Thamsố 
Thứ 
Tự 
K A B C D E F R0 
1 10 10 2 1 20 4 20 1 
2 16 20 4 3 30 5 30 2 
3 17 30 6 5 50 6 35 3 
4 19 40 8 7 150 9 38 4 
5 20 50 10 9 18 11 40 5 
6 21 60 7 11 0,22 13 42 6 
7 22 70 5 13 0,26 1 52 7 
8 31 80 3 15 0,3 2 54 8 
9 32 80 2 16 0,32 3 56 8 
10 34 40 1 17 0,34 6 58 9 
Bài 2. 
Cho hệ thống điều khiển có hàm truyền hệ hở là 
).)(.(
).(
)(0
pDCpBAp
pFEK
pF
 và có phản hồi âm với hệ số phản hồi bằng 1 
a)Xác định các hệ số sai lệch tĩnh, sai lệch tốc độ và gia tốc. 
b) Cho tín hiệu vào là r(t)=R0+R1.t. Hãy tính sai lệch tĩnh của hệ e∞. 
Thamsố 
Thứ 
K A B C D E F R0 R1 
Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
100Khoa Điện-Điện tử 2013 
Tự 
1 10 10 2 1 20 4 20 1 2 
2 16 20 4 3 30 5 30 2 1 
3 17 30 6 5 50 6 35 3 2 
4 19 40 8 7 150 9 38 4 3 
5 20 50 10 9 18 11 40 5 4 
6 21 60 7 11 0,22 13 42 6 6 
7 22 70 5 13 0,26 1 52 7 7 
8 31 80 3 15 0,3 2 54 8 5 
9 32 80 2 16 0,32 3 56 8 4 
10 34 40 1 17 0,34 6 58 9 3 
Bài 3. 
 Cho hệ thống điều khiển có hàm truyền hệ hở là 
20 ))((
)(
pDpCBpA
K
pF
a) Xác định các hệ số sai lệch tĩnh, sai lệch tốc độ và gia tốc. 
b) Cho tín hiệu vào là r(t)=R0+R1.t+ R2.t2 . Hãy tính tín hiệu sai lệch tĩnh e∞. 
Thamsố 
Thứ 
Tự 
K A B C D R0 R1 R2 
1 20 10 1 1 20 4 2 1 
2 25 20 2 3 30 5 3 2 
3 27 30 3 5 50 6 3,5 3 
4 29 40 4 7 150 9 3,8 4 
5 30 50 5 9 18 11 4 5 
6 35 60 6 11 0,22 13 4 6 
7 39 70 5 13 0,26 1 5 7 
8 31 80 3 15 0,3 2 4 8 
9 32 80 2 16 0,32 3 6 8 
10 40 40 1 17 0,34 6 8 9 
Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
101Khoa Điện-Điện tử 2013 
Bài 4. 
 Cho hệ thống có cấu trúc như hình bên. (Tham 
số giống bài 2) 
a)Tìm các hệ số sai lệch tĩnh, tốc độ và gia tốc 
của hệ. 
b)cho tín hiệu Uđ=R0. Hãy xác định sai lệch tĩnh 
của hệ e∞. 
Bài 5. 
Trình bày phương pháp áp dụng tiêu chuẩn mô đun tối ưu để tổng hợp mạch vòng điều 
chỉnh 
Áp dụng tổng hợp mạch vòng điều chỉnh cho hệ có hàm hở 
).)(.(
).(
)(0
pDCpBA
pFEK
pF
 ( 
Tham số bài 1) 
Bài 6. 
Trình bày phương pháp để áp dụng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng khi tổng hợp mạch vòng 
điều chỉnh. Cho hệ hở có hàm truyền như sau. Tìm bộ điều chỉnh theo tiêu chuẩn đối xứng. 
20 ).)(.(
).(
)(
ppDCpBA
pFEK
pF
 Tham số như Bài 1. 
 Cho hệ thống điều khiển có hàm truyền hệ hở là 
 Bài 7. 
 Cho hệ thống điều chỉnh tự động có sơ đồ cấu trúc như sau. Trong đó Uđ, Ur và N tương 
ứng là tín hiệu đặt, tín hiệu ra và tín hiệu nhiễu. Các hằng số thời gian T1<T2 
a)Tìm các hệ số sai lệch tĩnh, tốc độ và gia tốc của hệ theo các tham số K, T1 T2 khi R(p)=1, 
N=0. 
b)Áp dụng tiêu chuẩn mô đun tối ưu tổng hợp bộ điều chỉnh R(p) theo tín hiệu nhiễu N. 
11. Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện gồm các thiết bị trong bảng sau 
 R(p) 
 ( - ) 
 ( - ) 
N 
Ur Uđ 
 1 
Uđ 
Ur 
(-) 
e 
Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
102Khoa Điện-Điện tử 2013 
TT 
Pđm 
(kW) 
Uđm(V
) 
Iđm(A
) 
nđm(V/p
) 
Lư(mH) 
J(Nm2) 
Tb Kb 
Ki Ti 
(mômen 
quán 
tính) 
V/A (s) 
1 10 110 100 500 80 300 0.03 10 0.01 0.01 
2 75 440 194 1000 500 2900 0.05 60 0.02 0.015 
3 20.5 440 55 1000 450 150 0.6 30 0.03 0.08 
4 1.5 220 8.31 1500 350 3.5 0.3 20 0.02 0.045 
5 4.2 220 20 500 60 95 0.5 20 0.04 0.09 
6 7.5 220 37.5 1180 400 170 0.34 30 0.015 0.06 
7 95 220 470 500 700 3500 0.33 50 0.02 0.08 
8 12 220 64 685 370 80 0.55 60 0.09 0.01 
9 25 220 128 3000 700 25 0.06 70 0.05 0.08 
10 50 440 134 600 500 2100 0.033 70 0.05 0.07 
a)Xây dựng sơ đồ cấu trúc của động cơ trên khi từ thông giữ bằng định mức và đầu vào là 
điện áp phần ứng U(p) [V], đầu ra là tốc độ góc (p) [rad/s] 
b)Áp dụng tiêu chuẩn mô đun tối ưu, hãy tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện khi bỏ qua sự 
ảnh hưởng của sức điện động động cơ. Biết hệ thông có cấu trúc dạng sau. 
Chương 2: Tổng hợp hệ thống truyền động điện một chiều 
Câu 1 
Trình bày động cơ điện một chiều ở chế độ xác lập và chế độ quá độ. Lập mô hình toán 
học? Áp dụng lập mô hình cho động cơ có tham số như bảng Bài 7 chương 1 
Câu 2 
Tổng hợp mạch vòng dòng điện động cơ điện một chiều. Cho tham số Bài 7 chương 1 
-Khái niệm mạch vòng điều chỉnh dòng điện. 
-Tổng hợp mạch vòng dòng điện khi bỏ qua sức điện động động cơ. 
-Tổng hợp mạch vòng dòng điện có tính đến sức điện động động cơ. 
R(p) 
Phần 
ứng 
động cơ 
Wdc 
Cảm biến 
dòng điện Si 
Bộ biến đổi Eư 
(-) 
Iư 
Uiđ 
(-) 
Ui 
E Ud 
Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
103Khoa Điện-Điện tử 2013 
Áp dụng cho hệ có thông số ở bảng sau(Biết bộ biến đổi Wbd=
1
b
b
K
T p 
, cảm dòng điện là 
iS =
pT
K
i
i
 1
 volt/rad/s. 
Câu 3 
Trình bày về tổng hợp hệ thống truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều: 
- Hệ thống điều chỉnh tốc độ dùng bộ điều chỉnh tốc độ tỷ lệ I.( DÙNG TIÊU CHUẨN 
MODULE TỐI ƯU) 
- Hệ thống điều chỉnh tốc độ dùng bộ điều chỉnh tốc độ tích phân tỷ lệ PI.( DÙNG TIÊU 
CHUẨN ĐỐI XỨNG) 
Áp dụng cho đối tượng như bảng sau: 
TT Pđm 
(kW) 
Uđm 
(V) 
Iđm 
(A) 
nđm(V/p) Lư 
mH 
J 
Nm2 
Tb Kb Ki 
V/A 
Ti 
(s) 
K 
V/rad/s 
T 
ms 
1 10 110 100 500 80 300 0.03 10 0.01 0.01 0,05 15 
2 
75 440 194 1000 500 2900 0.05 60 0.02 
0.01
5 
0.08 16 
3 20.5 440 55 1000 450 150 0.6 30 0.03 0.08 0.09 14 
4 
1.5 220 8.31 1500 350 3.5 0.3 20 0.02 
0.04
5 
0.05 17 
5 4.2 220 20 500 60 95 0.5 20 0.04 0.09 0,08 19 
6 
7.5 220 37.5 1180 400 170 0.34 30 
0.01
5 
0.06 
0,05 18 
7 95 220 470 500 700 3500 0.33 50 0.02 0.08 0,08 19 
8 12 220 64 685 370 80 0.55 60 0.09 0.01 0,05 30 
9 25 220 128 3000 700 25 0.06 70 0.05 0.08 0,09 25 
10 
50 440 134 600 500 2100 
0.03
3 
70 0.05 0.07 
0,1 39 
Câu 4 
Trình bày về: 
- Hệ thống điều chỉnh tốc độ khi không có mạch vòng dòng điện. 
Áp dụng cho động hệ có cac phần tử sau: 
- Trình bày lý thuyết về hệ thống điều chỉnh tốc độ điều chỉnh hai thông số. 
Áp dụng cho hệ có cá phần tử sau 
Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
104Khoa Điện-Điện tử 2013 
 Động cơ Bộ BĐ Cảm biến 
tốc độ 
T
T 
Pđm 
(kW) 
Uđm(V) Iđm(
A) 
nđm(
V/p) 
Lư(m
H) 
J(N
m2) 
Tb Kb K 
V/rad/s 
T 
ms 
1 10 110 100 500 80 300 0,5 10 0,05 5 
2 75 440 194 1000 500 2900 0,5 50 0.08 6 
3 20.5 440 55 1000 450 150 0,6 30 0.09 4 
4 
1.5 220 
8.3
1 
1500 350 3.5 
0,3 20 0.05 7 
5 4.2 220 20 500 60 95 0,5 20 0,08 9 
6 
7.5 220 
37.
5 
1180 400 170 
0,34 30 0,05 8 
7 95 220 470 500 700 3500 0,33 50 0,08 7 
8 12 220 64 685 370 80 0,55 60 0,05 9 
9 25 220 128 3000 700 25 0.06 70 0,09 7 
10 
50 440 134 600 500 2100 
0.03
3 
70 0,1 9 
Câu 5 
Cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập có các thông số định mức của động cơ, BBD, 
Cảm biến tốc độ và mô men quán tính tải đã quy đổi. Tổng hợp hệ thống truyền động điều 
chỉnh tốc độ động cơ điện khi không có mạch vòng điều chỉnh dòng điện. Biết bộ biến đổi 
Wbd=
pT
K
b
b
 1
, cảm biến tốc độ là S =
pT
K


 1
 volt/rad/s. 
Tham số câu 3 Chương 2 
Chương 3: 
Tổng hợp hệ thống truyền động động cơ không đồng bộ 
Câu 1 
Trình bày phần lý thuyết mô tả động cơ không đồng bộ. 
Câu 2 
Trình bày phần lý thuyết Mạch vòng dòng điện. Lấy ví dụ một động cơ và mô phỏng mô 
hình trên Matlab&Simulink. 
Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
105Khoa Điện-Điện tử 2013 
Câu 3. 
Trình bày phần lý thuyết điều chỉnh tốc độ thông qua việc điều chỉnh điện áp. 
- Sơ đồ nguyên lý. 
- Điều chỉnh điện áp động cơ lồng sóc. 
- Điều chỉnh điện áp động cơ rôto dây quấn. 
Câu 4: 
Trình bày phần lý thuyết điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện trở rôto. 
- Sơ đồ nguyền lý. 
- Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh. 
- Xây dựng các bộ điều chỉnh dòng điện và tốc độ. 
Câu 5: 
Trình bày phần lý thuyết điều chỉnh tốc độ thông qua việc điều chỉnh công suất trượt 
-Sơ đồ nguyền lý. 
- Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh. 
- Xây dựng các bộ điều chỉnh dòng điện và tốc độ. 
Câu 6 
Trình bày phần lý thuyết điều chỉnh tốc độ thông qua việc điều chỉnh tần số nguồn cấp. 
- Luật điều khiển giữ khả năng quá tải không đổi. 
- Luật điều chỉnh từ thông không đổi. 
- Điều chỉnh tần số điện áp. 
 Bài 7. Tổng hợp mạch vòng dòng điện stato động cơ điện không đồng bộ rotor lồng sóc 
có các thông số sau. 
 Bộ biến đổi: Hệ số khuếch đại Kd=150, hàng số thời gian trễ thống kê Tvo=50ms, 
Tđk=2ms ; tần số điện áp nguồn fn = 50Hz 
 Thông số bộ lọc: Rf = 0,05, Lf = 100mH. 
 Thông số mạch stato động cơ: Rs = 0,05, Ls = 150mH 
 Thông số cảm biến dòng điện: hệ số khuếch đại Ki=0.01 5V/A, hằng số thời 
gianTi=10ms 
Bài 8 
Tổng hợp mạch vòng tốc độ động cơ điện không đồng bộ rotor lồng sóc có các thông 
số sau: 
Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
106Khoa Điện-Điện tử 2013 
TT BBD Bộ lọc Cảm 
biến 
dòng 
Thông số 
stator 
Cảm biến 
tốc độ 
Mo 
men 
quán 
tính 
J 
sI
M



M
 Tb 
(s) 
Kb 
Rf Lf Ki Ti 
(s) 
Rs Ls K T 
(ms) 
1 0,5 10 0,3 0,4 0,01 0,01 0,3 0,5 0,05 5 1 1 2 
2 0,5 50 0,6 0,2 0,02 0,015 0,6 0,8 0.08 6 5 2,1 1 
3 0,6 30 1 0,8 0,03 0,08 0,5 0,2 0.09 4 2,5 2,2 1,5 
4 0,3 20 0,5 0,6 0,02 0,04 1,5 0,15 0.05 7 0,7 2,5 1 
5 0,5 20 0,1 0,5 0,04 0,09 0,3 0,5 0,08 9 0,9 3,1 2 
6 0,34 30 0,2 0,5 0,015 0,06 0,2 0,5 0,05 8 0,5 4,6 3 
7 0,33 50 0,4 0,8 0,02 0,08 0,8 0,4 0,08 7 20 4,0 4,5 
8 0,55 60 0,6 0,5 0,09 0,01 0,6 0,5 0,05 9 1,3 3,2 9 
9 0.06 70 0,4 0,8 0.05 0.08 0,7 0,8 0,09 7 2.5 2 20 
10 0.033 70 0,1 0,7 0.05 0.07 0,9 0,7 0,1 9 11.5 6 90 
Câu 9. 
Tổng hợp mạch vòng dòng điện stato động cơ điện không đồng bộ có các thông số sau: 
 Bộ biến đổi: Hệ số khuếch đại Kb=30, hằng số thời gian trễ thống kê Tvo=20ms, tần số 
điện áp nguồn fn = 50Hz. 
 Thông số bộ lọc: Rf = 0,01, Lf = 80mH. 
 Thông số mạch stato động cơ: Rs = 0,2, Ls = 550mH 
 Thông số cảm biến dòng điện: hệ số khuếch đại Ki=0,035 V/A, hằng số thời gian 
Ti=20ms 
Câu 10. 
Tổng hợp mạch vòng tốc độ động cơ điện không đồng bộ rotor dây quấn có các thông số 
sau: 
 Bộ biến đổi: Hệ số khuếch đại Kb=20, hằng số thời gian trễ thống kê Tvo=30ms, tần số 
điện áp nguồn fn = 50Hz. 
 Thông số bộ lọc: Rf = 0,05, Lf = 200mH. 
 Thông số mạch stato động cơ: Rs = 0,1, Ls = 200mH 
 Thông số cảm biến dòng điện: hệ số khuếch đại Ki=0,02 V/A, hằng số thời gian 
Ti=50ms 
Biên soạn: Đỗ Công Thắng 
107Khoa Điện-Điện tử 2013 
 Mô men quán tính J=1Kgm2; lấy 2,1 


rI
M
 ; 75,0 



M
; 02,0 


s
r
U
I
 Thông số cảm biến tốc độ: hệ số khuếch đại K=0,005 V/rad/s, hằng số thời gian 
T=50ms.