Nghiên cứu và ứng dụng điều khiển mờ trong hệ truyền động bám vị trí

Trần Xuân Tình và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 102(02): 75 - 79 
 75
NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ 
TRONG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁM VỊ TRÍ 
Trần Xuân Tình1, Phạm Tuấn Thành1, 
Đỗ Huy Khôi2*, Nguyễn Tùng Linh3 
1Học viện Kỹ thuật quân sự, 
2Trường Đại học Công nghệ Thông tin & Truyền thông – ĐH Thái Nguyên 
3Đại học Điện lực 
TÓM TẮT 
Bài báo trình bày phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) ba pha sử dụng biến 
tần vector bằng bộ điều khiển mờ. Đưa ra được mô tả toán học, mô phỏng cấu trúc hệ kín điều 
khiển ĐCKĐB, xây dựng bộ điều khiển mờ, mô phỏng trên phần mềm Matlab-Simulink. Kết quả 
mô phỏng được so sánh với bộ điều khiển PID cho thấy sai lệch vị trí của hệ thống được đảm bảo. 
Từ khóa: điều khiển động cơ, động cơ ba pha không đồng bộ, bộ điều khiển mờ, PID. 
ĐẶT VẤN ĐỀ* 
Hệ truyền động bám xoay chiều được sử dụng 
rộng rãi trong công nghiệp và trong quân sự 
như: cơ cấu ăn dao, tay máy, máy cắt gọt kim 
loại, truyền động antenĐây là hệ phi tuyến 
phức tạp, có nhiều tham số nên các bộ điều 
khiển thông thường khó có thể đáp ứng được. 
Do đó việc nghiên cứu để đưa ra một bộ điều 
khiển tối ưu là cần thiết. Bài báo trình bày 
một phương pháp nghiên cứu mới là thiết kế 
bộ điều khiển mờ ứng dụng cho ĐCKĐB 
xoay chiều ba pha roto lồng sóc với mong 
muốn hệ bám đạt được sự ổn định nhanh, sai 
lệch nhỏ kể cả khi có thay đổi tham số tải và 
nhiễu tác động. 
MÔ TẢ TOÁN HỌC ĐỘNG CƠ KHÔNG 
ĐỒNG BỘ BA PHA: 
Phương trình cân bằng điện áp trên các cuộn 
dây stato và roto dựa trên qui tắc Kirchoft: 
Đối với stato: 
A
A A A
B
B B B
C
C C C
d
u R i
d t
d
u R i
d t
d
u R i
d t
ψ
ψ
ψ

= +


= +


= +
 (1) 
Đối với roto: 
a
a a a
b
b b b
c
c c c
d
u R i
d t
d
u R i
d t
d
u R i
d t
ψ
ψ
ψ

= +


= +


= +
 (2) 
*
 Tel: 
Thường các cuộn dây có cấu tạo đối xứng nên 
RA = RB = RC = RS (RS là điện trở thuần của 
cuộn dây stato), Ra= Rb = Rc = RR (RR là điện 
trở thuần của cuộn dây roto). 
Định luật thứ hai được sử dụng là định luật 
Ampe. Định luật này biểu diễn mối liên hệ 
giữa từ thông móc vòng tổng của mỗi cuộn 
dây với dòng điện chạy qua các cuộn dây. 
Đối với stato: 
A AA A AB B AC C Aa a Ab b Ac c
B BA A BB B BC C Ba a Bb b Bc c
C CA A CB B CC C Ca a Cb b Cc c
L i L i L i L i L i L i
L i L i L i L i L i L i
L i L i L i L i L i L i
ψ
ψ
ψ
= + + + + +

= + + + + +

= + + + + +
 (3) 
Đối với roto: 
a aA A aB B aC C aa a ab b ac c
b bA A bB B bC C ba a bb b bc c
c cA A cB B cC C ca a cb b cc c
L i L i L i L i L i L i
L i L i L i L i L i L i
L i L i L i L i L i L i
ψ
ψ
ψ
= + + + + +

= + + + + +

= + + + + +
 (4) 
Trong các phương trình LAA, LBB, LCC, Laa, Lbb, 
Lcc là điện cảm của từng cuộn dây, còn lại là 
các điện cảm tương hỗ giữa các cặp cuộn dây 
tương ứng. 
Định luật thứ ba được sử dụng là định luật II 
Niutơn. Đây là định luật cân bằng Mômen 
trên trục động cơ: 
m
t
dJ M M
dt
ω
= −
r
r r
 (5) 
Trong đó: J (Kg.m2) là mômen quán tính trên 
trục động cơ có tính đến quán tính của bản 
thân động cơ cũng như quán tính của cơ cấu 
công tác và hộp giảm tốc qui về trục động cơ. 
mω
r
 (rad/s) là vận tốc góc của động cơ. 
Trần Xuân Tình và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 102(02): 75 - 79 
 76
tM
r
 (N.m) là mô men của cơ cấu công tác 
đặt lên trục động cơ, trong trường hợp tổng 
quát nó là hàm của tốc độ và góc quay. 
Định luật cuối cùng được sử dụng là định luật 
Lenxơ hay qui tắc bàn tay trái. Định luật này 
nói lên mối liên hệ giữa các đại lượng véctơ 
là mômen, từ thông móc vòng và dòng điện. 
( )M k iψ= ×r rr
 (6) 
Tiến hành đơn giản hóa các phương trình trên 
ta thu được hệ phương trình tổng quát để mô 
tả động cơ điện không đồng bộ có dạng: 
( )
 ( )
S
S S S k S
R
R R R k S
S S S m R
R m S R R
i k
m L
d
u r i j
d t
d
u r i j p
d t
x i x i
x i x i
m k M od i
dT M M
d t
ψ
α ψ
ψ
α υ ψ
ψ
ψ
ψ
υ

= + +


= + + −


= +
 = +

= ×

 = −

 (7) 
Dựa vào mô hình toán học ĐCKĐB chúng tôi 
lựa chọn sơ đồ cấu trúc hệ bám vị trí sử dụng 
biến tần điều khiển véctơ ĐCKĐB roto lồng 
sóc như sau: 
Trong sơ đồ trên mạch vòng tốc độ và mạch 
vòng dòng điện sẽ được cài đặt trong biến tần. 
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
Thiết kế bộ điều khiển mờ: 
Trước hết ta đi xác định các biến ngôn ngữ 
đầu vào và giải các giá trị tương ứng. Bộ điều 
khiển mờ xây dựng theo kiểu Mamdani. 
-Tín hiệu vào: 
+ Sai lệch vị trí (VT) được chọn (-1;1)rad 
+ Đạo hàm vị trí (DHVT) được chọn (-200; 
200) rad/s 
-Tín hiệu ra: 
+ Lượng đặt tốc độ động cơ (N) được chọn (-
1400; 1400) vòng/phút 
Giá trị ngôn ngữ của các biến ngôn ngữ là: 
Sai lệch vị trí (âm lớn, âm vừa, không, dương 
vừa, dương lớn) ký hiệu như sau: VT (AL, 
AV, K, DV, DL). 
Đạo hàm sai lệch vị trí (tăng nhanh, tăng vừa, 
không đổi, giảm vừa, giảm nhanh) ký hiệu 
như sau: DHVT (TN, TV, K, GV, GN). 
Tốc độ cần N (ngược lớn, ngược vừa, không, 
thuận vừa, thuận lớn) ký hiệu lại như sau: N 
(NL, NV, K, TV, TL). 
Dạng của hàm liên thuộc được chọn là các 
hàm tam giác. 
Luật hợp thành mờ có dạng là các mệnh đề 
IF... THEN  để mờ hóa các kinh nghiệm tư 
duy điều khiển của con người. 
Căn cứ số lượng biến ngôn ngữ đầu vào và số 
lượng các giá trị ngôn ngữ ta có số lượng luật 
là 5x5 = 25 luật như bảng sau:
sυ
s qi
∗
sdi
∗
ω
ω∗
sdi
∗
s qi
∗
r
ψ
ω
sdi
sqi
sυ
ai
∗
bi
∗
ci
∗
ai
bi
ci
r
ψ ∗
M ∗
ϕ
ϕ∗
Hình 1. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động bám vị trí 
Trần Xuân Tình và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 102(02): 75 - 79 
 77
Bảng 1: Luật hợp thành mờ 
 VT 
 AL AV K DV DL 
D
H
V
T 
GN NL NL NV K TV 
GV NL AV NV K TV 
K NL NV K TV TL 
TV NV K TV TV TL 
TN NV K TV TL TL 
Thực hiện mô phỏng bộ điều khiển mờ trên phần mềm Matlab-Simulink như sau: 
Hình 2. Xây dựng bộ điều khiển mờ trong Matlab 
Hình 3. Mặt truyền đạt vào ra của bộ điều khiển mờ 
Mô hình hóa hệ thống bằng phần mềm Matlab-Simulink: 
Hình 4. Mô phỏng hệ truyền động bám vị trí bằng bộ điều khiển mờ 
Trần Xuân Tình và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 102(02): 75 - 79 
 78
Kết quả mô phỏng được so sánh giữa hệ truyền động bám sử dụng bộ điều khiển mờ và sử dụng 
PID truyền thống. 
Hình 5. Tín hiệu bám với đầu vào là hàm bậc thang 
Hình 6. Tín hiệu bám với đầu vào thay đổi 50→-50→100→200 
Nhận xét: Kết quả mô phỏng cho thấy tính 
tác động nhanh, sai lệch bám của hệ truyền 
động được đảm bảm tốt khi sử dụng bộ điều 
khiển mờ. So với bộ điều khiển PID, bộ điều 
khiển mờ giúp tín hiệu bám gần như không có 
độ quá điều chỉnh, thời gian quá độ ngắn, sai 
lệch nhỏ. Khi có sự thay đổi tải bên ngoài thì 
với bộ điều khiển mờ hệ thống vẫn ổn định 
với sai số 2%, trong khi đó với bộ điều khiển 
PID thì sai lệch lên tới 40%. 
KẾT LUẬN 
Bài báo đã đưa ra được mô tả toán học 
ĐCKĐB ba pha, xây dựng bộ điều khiển mờ 
cho hệ truyền động bám vị trí và tiến hành 
khảo sát trên phần mềm Matlab-Simulink. 
Qua khảo sát cho thấy tính tác động nhanh và 
sai lệch bám của hệ thống được đảm bảo. Các 
chỉ tiêu chất lượng của hệ bám khi sử dụng bộ 
điều khiển mờ tốt hơn hẳn so với khi sử dụng 
bộ điều khiển PID. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm 
Quốc Hải, Dương Văn Nghi, Điều chỉnh tự động 
truyền động điện, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ 
thuật, Hà Nội-2004. 
[2]. Phạm Tuấn Thành, Mô phỏng các hệ điện cơ, 
Nhà xuất bản quân đội nhân dân, Hà Nội-2011. 
[3]. Phạm Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước, Lý 
thuyết điều khiển mờ, Nhà xuất bản Khoa học và 
Kỹ thuật, Hà Nội-2002. 
[4]. Marco Russo, Fuzzy Theory Systems, 
Techniques and Applications, vol4, Academic 
Press. Emeritus, University of Caklifonia, 2000. 
Trần Xuân Tình và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 102(02): 75 - 79 
 79
SUMMARY 
RESEARCH AND APPLICATION OF FUZZY CONTROL 
IN THE TRANSMISSION STICK POSITION 
Tran Xuan Tinh1, Pham Tuan Thanh1, 
 Do Huy Khoi2*, Nguyen Tung Linh3 
1Học viện Kỹ thuật Quân sự, 
2College of Information Technology and Communication – TNU, 
3University of Electricity 
This paper presents the method of three-phase asynchronous motor control inverter using vector 
fuzzy controllers. Given the mathematica description, simulation architecture closed asynchronous 
motor control, construction of fuzzy controller, the simulation in the Matlab-Simulink software. 
The simulation results are compared with the PID controller shows the incorrect location of the 
system is guaranteed. 
Keywords: motor control, three-phase asynchronous motor, fuzzy controllers, PID. 
Ngày nhận bài:30/11/2012, ngày phản biện:27/12/2012, ngày duyệt đăng:26/3/2013 
*
 Tel: