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 và Công nghệ 133 (2019) 001-007 
1 
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 
Flatness Based Control Design for Two-Mass System using Induction Motor Drive Fed by Voltage 
Source Inverter with Ideally Control Performance of Stator Current 
Võ Thanh Hà 2*, Nguyễn Hai Huỳnh1, Đỗ Phúc Hưng1, Nguyễn Phùng Quang1 
1 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội, Số 1-Đại Cổ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội 
2 Trường Đại học Giao Thông Vận Tải, Số 3- Cầu Giấy, Hà Nội 
Đến Tòa soạn: 29-12-2017; chấp nhận đăng: 20-3-2019 
Tóm tắt 
Trong các nghiên cứu lý thuyết về hệ truyền động điện, thường coi hệ này là hệ ghép cứng lý tưởng, do đó 
hệ số cứng xoắn của khâu ghép nối và hệ số giảm chấn của khớp nối được bỏ qua. Tuy nhiên trong thực tế 
việc ghép nối giữa động cơ và động cơ tải qua khớp nối mềm, còn gọi là hệ 2 khâu quán tính. Hệ truyền 
động này, các hệ số này cần được nghiên cứu, để đánh giá sự ảnh hưởng của khớp nối mềm đến sự suy 
giảm chất lượng của hệ thống truyền động. Trong bài báo sẽ trình bày kết quả nghiên cứu 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, tại thời điểm hệ truyền động vận hành trong toàn dải tốc độ (bao 
gồm cả vùng suy giảm từ thông). Các kết quả mô phỏng cho thấy tính đúng đắn và hiệu quả của phương 
pháp điều khiển đã đề xuất. 
Từ khóa : Truyền động điện xoay chiều 3 pha, hệ hai khâu quán tính, nguyên lý phẳng, mô hình giảm bậc 
Abstract 
In theoretical researchs of the electrical drive system, it is rigidly coupled system, the stiffness coefficient 
and damping coefficient of the shaft is neglected. However, electrical drive systems with flexible coupling, it 
is regarded as two - mass system. This system, the coefficient negative influences of flexible coupling 
cause a decrease in the quality of the electrical drive system. The paper presents the results of flatness 
based control design for two-mass systems using induction motor drive, fed by voltage source inverter with 
ideally control performance of stator current with the induction motor basic speed range and upper field 
weakening area.The simulation results presented the correctness and effectiveness of control methods is 
proposed. 
Keywords: Three-phase AC drive, two mass system, flatness-based control, reduced model. 
1. Đặt vấn đề 
Từ*trước đến nay với các công trình nghiên cứu 
lý thuyết về hệ truyền động điện, để đơn giản thiết kế 
bộ điều khiển, thì thường coi hệ truyền động điện là 
hệ ghép cứng lý tưởng, có nghĩa quy đổi tất cả các đại 
lượng tốc độ, mômen, vận tốc, lực và mômen quán 
tính của mỗi cơ cấu của truyền động về trục động cơ, 
sao cho đảm bảo năng lượng của hệ trước và sau khi 
quy đổi không thay đổi. Do đó hệ số cứng xoắn của lò 
xo ( c ) và hệ số giảm chấn của khớp nối ( d ) được bỏ 
qua [1],[2] và [3]. Tuy nhiên trong thực tế việc ghép 
nối giữa động cơ và máy công tác qua khớp nối mềm 
(hộp số, trục nối bằng thép.), gọi là hệ 2 khâu quán 
tính với khớp nối mềm (hình1), lúc này sự ảnh hưởng 
các hệ số c và d , dẫn đến ảnh hưởng chất lượng của 
* Địa chỉ liên hệ: Tel: (+84) 912241365 
Email: vothanhha.ktd@utc.edu.vn 
hệ truyền động, làm giảm hệ số ổn định và hiệu suất 
của hệ truyền động [4],[5] và [6]. 
Hình 1. Ghép nối động cơ truyền động với máy công 
tác 
Hệ truyền động điện hai khâu quán tính khớp 
nối mềm, được nuôi bởi nghịch lưu nguồn áp là hệ 
truyền động điện phức tạp, có tính phi tuyến, mô hình 
trạng thái bậc 7 (mô hình ĐCKĐB-RLS bậc 4, mô 
hình hệ 2 khâu quán tính là bậc 3), dẫn đến việc xây 
dựng và cài đặt bộ điều khiển, biến tần không đơn 
giản và nhanh. Để giải quyết vấn đề này, thì trong cấu 
trúc điều khiển tựa theo từ thông rotor, ĐCKĐB-RLS 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 133 (2019) 001-007 
2 
được coi như nuôi bởi nghịch lưu nguồn dòng thay 
thế cho nghịch lưu nguồn áp truyền thống, có nghĩa 
khi bộ điều khiển dòng stator thỏa mãn 3 tiêu chí 
“nhanh, chính xác và không tương tác”, kết hợp với 
bộ nghịch lưu nguồn áp thì động cơ KĐB được nuôi 
bởi nghịch lưu nguồn dòng [7],[8]. Dẫn đến mô hình 
trạng thái động cơ KĐB-RLS chỉ còn bậc 2. Mô hình 
hệ thống điện cơ với vòng dòng lý tưởng thể hiện 
công thức (1.1) và hình 2. 
1 1
1
m
m sd
r r
p
m sq L
di
i i
dt T T
zd
k i i m
dt J J


= − +
= −
 (1.1) 
Với rd
m
m
i
L

= ; 
2 2
3
2
p m
r
z L
k
L J
= 
1
m
r
L
sT+
3
2
m
r
L
L
1
sJ
sdi
sqi
rd

Hình 2. Mô hình với vòng dòng lý tưởng 
Tại hình 2 nguyên lý tạo chuyển động quay của 
trục rotor, chỉ còn quá trình từ hóa và chuyển động 
quay, bộ điều khiển dòng có khả năng áp đặt không 
trễ dòng điện stator – thời gian đáp ứng tức thời, giảm 
được khối lượng tính toán của bộ điều khiển, đồng 
thời thời gian đáp ứng mômen sau 2 chu kỳ trích mẫu 
và xây dựng phương pháp điều khiển vòng ngoài độc 
lập (có thể tuyến tính hoặc phi tuyến) với mạch vòng 
trong, phù hợp với chế độ làm việc cụ thể. Dựa vào 
kết quả nghiên cứu [7] và [8], thì bộ điều khiển tuyến 
tính kiểu dead-beat được thiết kế thành công cho 
mạch vòng dòng stator của động cơ không đồng bộ 
rotor lồng sóc (KĐB-RLS), lúc này dòng điện thực si 
bám với dòng điện *si đặt sau số hữu hạn bước trích 
mẫu vòng trong (hai chu kỳ trích mẫu). Tận dụng kết 
quả nghiên cứu này, hệ truyền động hai khâu quán 
tính với khớp nối mềm được giảm bậc, bậc 3 khi 
động cơ vận hành ở vùng dải tốc độ định mức (2.1) 
và bậc 4 ở vùng suy giảm từ thông (2.2), [9]. 
Hệ hai khâu quán tính ghép mềm có đặc điểm 
không cứng vững của trục nối, nên xuất hiện dao 
động cộng hưởng. Để giải quyết vấn đề này, thì các 
bộ điều khiển truyền thống PID, I-P, I-PD,  đã đưa 
hệ thống nhanh chóng trở lại trạng thái cân bằng, kể 
cả khi nhiễu tải. Các bộ điều khiển này thì việc xác 
định thông số của bộ điều khiển quyết định chất 
lượng của hệ, đồng thời các bộ điều khiển truyền 
thống dễ dàng áp dụng trong thực tế, vì trong công 
nghiệp hầu hết là các hệ truyền động chỉ đòi hỏi chủ 
yếu là làm giảm dao động cơ học cho hệ, nâng cao 
tuổi thọ cho các khớp nối, còn độ chính xác điều 
chỉnh và độ tác động nhanh chỉ cần ở mức độ không 
cao [12]. Nhưng với những hệ truyền động Servo đòi 
hỏi chất lượng cao hay hệ hai khâu quán tính khớp 
nối mềm có tính phi tuyến, thì trong quá trình điều 
khiển hệ có nhiều tham số thay đổi vì vậy khó đảm 
bảo chất lượng mong muốn nếu chỉ dùng các bộ điều 
khiển truyền thống. Để giải quyết vấn đề này thì 
thường sử dụng thế mạnh của các phương pháp điều 
khiển phi tuyến như điều khiển tối ưu, chất lượng 
điều khiển khi tham số đối tượng thay đổi, đảm bảo 
đạt được chất lượng thiết kế nếu mô hình trạng thái 
của đối tượng có yếu tố không chắc chắnTrong đó 
với đặc điểm của phương pháp điều khiển phi tuyến 
theo nguyên lý phẳng là đưa trực tiếp các tín hiệu đầu 
ra mong muốn về làm giá trị đặt đầu vào, dẫn tới một 
cấu trúc điều khiển mà giá trị cần điều khiển của hệ 
lại là đầu vào điều khiển, mà những tín hiệu phản hồi 
trạng thái có được qua cảm biến hay bộ quan sát, ước 
lượng. Vì vậy việc thiết lập quỹ đạo đầu vào có xét 
đến giới hạn của các biến điều khiển là rất cần thiết. 
Với cách thực hiện thiết kế này thì đối tượng phi 
tuyến được chuyển sang tuyến tính, vì vậy vận dụng 
ưu điểm bộ ĐK tuyến tính PI để điều chỉnh, và mong 
muốn bộ điều khiển này sẽ mang lại kết quả khả quan 
trong điều khiển tốc độ hệ truyền động hai khâu quán 
tính ghép nối mềm. 
Với nhận thức trên bài báo này sẽ trình bày kết 
quả thiết kế điều khiển nguyên lý phẳng cho mạch 
vòng ngoài kết hợp với mạch vòng điều khiển dòng 
stator nhanh và chính xác, tại thời điểm hệ truyền 
động vận hành tại tốc độ định mức, vùng suy giảm từ 
thông của hệ truyền động điện không đồng bộ hai 
khâu quán tính ghép mềm. Với thiết kế thành công 
nguyên lý phẳng cho mạch vòng ngoài, làm cho hệ 
truyền động có tính chính xác cao và ổn định, đồng 
thời giảm sự ảnh hưởng của dao động cộng hưởng 
đến hệ thống truyền động. Kết quả nghiên cứu được 
kiểm chứng bằng mô phỏng Matlab-Simulink. Đây là 
hướng tiếp cận khác về thiết kế bộ điều khiển tốc độ, 
từ thông của hệ hai khâu quán tính với khớp nối mềm 
trong hệ truyền động không đồng bộ, nhằm mục đích 
nâng cao chất lượng hệ thống. 
2. Mô hình hóa hệ hai khâu quán tính ghép mềm 
Khi hệ truyền động làm việc ở vùng tốc độ định 
mức, mô hình trạng thái hệ hai khâu quán tính, [9]. 
1 1 2
1 1 1 1
1 2
2 1 2
2 2 2 2
1
1
M
L
d c d
m
J J J J
d c d
m
J J J J
= − − + + 
 = − 
 = + − −
 (2.1) 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 133 (2019) 001-007 
3 
Sơ đồ cấu trúc hệ hai khâu quán tính ghép nối 
mềm 
Hình 3. Cấu trúc sơ đồ khối hệ hai khâu quán tính 
ghép mềm 
Khi hệ truyền động làm việc ở vùng suy giảm từ 
thông (tốc độ động cơ tải lớn hơn tốc độ đặt định 
mức), mô hình trạng thái hệ hai khâu quán tính, [9]. 
1 1 2
1 1 1 1
1 2
2 1 2
2 2 2 2
1 1
1
1
m
sd m
r r
M
L
di
i i
dt T T
d c d
m
J J J J
d c d
m
J J J J
= − 
= − − + + 
 = −
= + − − 
(2.2) 
Viết dưới dạng mô hình trạng thái 
11
1 1 1
22
2 2 2
1
2
1
0 0 0
0
0 1 0 1
0
1
0 0
0
0 0
1
0 0
0 0
r
mm
r
sdm
L
sq
T
ii
d c d
J J J
d c d
J J J
T
ik i
m
iJ
J

− 
 − − 
 = 
 − 
 − 
 + + 
 − 
 (2.3) 
Chọn biến ra  2,
T
my i = 
1
2
2
1 0 0 0
0 0 0 1
m
m
i
i 
 = 
 (2.4) 
3. Đặc tính phẳng của hệ thống động cơ ghép mềm 
với phụ tải 
Theo [2] phải chứng minh hệ (2.3) với các đầu 
ra (2.4) thỏa mãn tính chất phẳng. Tóm tắt lại hệ trên 
phải thỏa mãn hai điều kiện: 
Điều kiện 1: Hệ có vector biến ra y được biểu 
diễn dưới dạng: 
1
, , , , ;
l
l
m
y
d d
F l N
dt dt
y
= = 
u u
y x u (3.1) 
Điều kiện 2: Vector biến vào u và vector trạng 
thái x là hàm của y và các đạo hàm của y:
( 1)
( 1)
, , , ;
, , ,
r
r
r
r
d d
P r N
dt dt
d d
Q
dt dt
+
+
= 
 = 
y y
x y
y y
u y
 (3.2) 
Ta thấy y = cx nên đã thỏa mãn điều kiện 1 
Từ phương trình số 4 của hệ (2.2): 
 2 2 1 2
1
L
J d d
m
c c c c
 = − + + (3.3) 
Đạo hàm hai vế: 
 2 2 1 2
J d d
c c c
 = − + (3.4) 
Thay (3.3) vào phương trình số 2 của hệ (2.2) 
thì: 
 ( )21 2
1 1
1
M L
J
m m
J J
 = − + − (3.5) 
Thay (3.5) và phương trình số 3 của (2.2) vào 
(3.4) thì: 
( )2 21 2 2 2 2
1 1
1
M L
J Jd d
m m
c c J J c
− = − − + − + 
 (3.6) 
Dễ dàng thu được: 
2 2
2 2 2
1
1
2
1
2
1 1
2
1
1
1
r m
r s m L
r m
J dJ d
c cJ c
d
k T i
cJ
d d
k T i m
cJ cJ
d
k T i
cJ




+ + + 
=
−
+
−
−
 (3.7) 
2
1 1 2
, ,
d d
P
dt dt
= 
y y
y (3.8) 
Thay (3.7) vào (3.3) ta được mối quan hệ giữa 
 và biến ra y : 
2
1 2
, ,
d d
P
dt dt
 = 
y y
y (3.9) 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 133 (2019) 001-007 
4 
Từ phương trình từ thông và (3.5) rút ra 
1 1 2 2
m
sd m r
L
sq
m
di
i i T
dt
J J m
i
k i
= + 
 + +
 =
 (3.10) 
2 3
2 3
, , ,
d d d
Q
dt dt dt
= 
y y y
u y (3.11) 
4. Thiết kế các bộ điều khiển vòng ngoài theo 
nguyên lý phẳng 
Bằng lý thuyết điều khiển tuyến tính dead-beat 
cho bộ điều khiển dòng điện stator [8] và điều khiển 
phi tuyến nguyên lý phẳng cho động cơ KĐB-RLS 
[10], [11]. Vì vậy bài báo đề xuất cấu trúc điều khiển 
hệ truyền động điện không đồng bộ hệ hai khâu quán 
tính ghép mềm, nuôi bởi nghịch lưu nguồn áp có 
vòng trong điều khiển dead – beat và vòng ngoài điều 
khiển theo nguyên lý phẳng như hình 4. 
Hình 4. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển FOC cho hệ hai khâu quán tính khớp nối mềm 
Trong cấu trúc điều khiển hình 4, nhận thấy rằng 
điều khiển dòng điện ,
sd sq
i i nhanh, chính xác và không 
tương tác do bộ điều khiển dead-beat đảm nhận để 
mô-men tại trục động cơ IM được thiết lập nhanh và 
đúng yêu cầu, còn điều khiển từ thông rotor 'rd và 
tốc độ động cơ tải theo điều khiển nguyên lý phẳng 
làm sao tín hiệu tốc độ thực của động cơ tải 2 bám 
với tín hiệu tốc độ đặt 
2
* với thời gian quá độ và quá 
điều chỉnh nhỏ. Bên cạnh đó có thể thấy nhiệm vụ rõ 
ràng của các vòng điều khiển: vòng ngoài điều khiển 
' ' d
rd rd
  ; *n n và đưa ra lượng đặt * *,
sd sq
i i cho vòng 
tiếp theo, vòng trong điều khiển dòng * *,
sd sd sq sq
i ii i . 
Hai vòng điều khiển liên quan mật thiết đến nhau, 
yêu cầu đặt ra phải thiết kế các bộ điều khiển sao cho 
chất lượng điều khiển đạt được là tốt nhất. 
4.1 Thiết kế bộ điều khiển truyền thẳng 
Bộ điều khiển truyền thẳng chính là mô hình 
“đảo” của mô hình đối tượng. Việc chứng minh đầu 
vào u là hàm của đầu ra y và các đạo hàm của 
y như công thức (3.11) chính là hình ảnh của bộ điều 
khiển truyền thẳng. 
1 1 2 2
m
sd m r
L
sq
m
di
i i T
dt
J J m
i
k i
= + 
+ + =
 (4.1) 
Tuy nhiên ta thấy trong biểu thức tính sqi có xuất hiện 
s và Lm . s được lấy từ mô hình từ thông. 
Lm được lấy từ bộ quan sát phụ tải. Theo (3.5) thì: 
 1 1 2 2 M LJ J m m + = − (4.2) 
Suy ra: 
 ( )2 1 1
2
1
M L
d
m m J
dt J

= − − (4.3) 
Với phụ tải không đổi: 
 0L
dm
dt
= (4.4) 
Xây dựng mô hình bộ quan sát như sau: 
( )
( ) ( )
1 2 2
2
1 1 2 2 2
2
1
L
M L
dm
l
dt
d
m m J l
dt J
 

  
= − − 
 = − − + −
 (4.5) 
Với M m sqm k i i= 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 133 (2019) 001-007 
5 
Giả sử Mm được tính chính xác thông qua mi 
và sqi , lần lượt trừ (4.5) cho các phương trình (4.4) và 
(4.3) tương ứng ta được: 
( )
( )
( )
( ) ( )
1 2 2
2 2
1 1 1 1 2 2 2
2
1
L L
L L
d m m
l
dt
d
m m J J l
dt J
 
 
   
−
= − −
−
= − − + − + −
 (4.6) 
Đặt các biến sai số: m L Lm m = − ; 2 2  = − 
( )
1
2 1 1
2
1
,
m
m
d
l
dt
d
l f
dt J






   
= − 
 = − + +
 (4.7) 
Mô hình sai số sau: 
( )
1
2 1 1
2
0 0
1
,
m
m
d
l
dt
l fd
J
dt
 


  
 − = + − 
 (4.8) 
Phương trình đặc tính của hệ (4.11) là: 
   2 12
2
det 0
l
s s l s
J
− = − − =I A (4.9) 
Chọn các hệ số 1 2,l l thỏa mãn: 
 1 2 1 2l J s s= − ; 2 1 2l s s= + (4.10) 
Để hệ ổn định, sai số hội tụ về không ta chọn 
các điểm cực 1 2,s s nằm bến trái trục ảo. 
4.2 Thiết kế quỹ đạo 
 Tạo quỹ đạo bậc hai 
Theo công thức (3.10) phải khả vi đến bậc nhất, 
ta có thể chọn khâu quán tính bậc hai: 
( )
*
2 2 2
1 1
1 21
d
g g
g
y
y T s T sT
= =
+ ++
 (4.11) 
Khai triển (4.11) trên miền thời gian ta có: 
* 2 *
* 2
2
d
g g
dy d y
y T T y
dt dt
+ + = (4.12) 
2 * *
*
2 2
1
2d g
g
d y dy
y y T
dtdt T
 = − − 
 (4.13) 
Tạo quỹ đạo 4-1-4 
( )
2 3 4
0 11 21 31 41 0
*
0 0 0 0 0
2 3 4
02 12 22 32 42 0
0 2
( 2 ) 2 2
2
E
E E
a t a t a t a t t t
t At A t t t t t t
a a a a a t t t t

 
   
 + + + + 
= + + − − 
 + + + + − 
 (4.14) 
Với các giá trị được tính toán như sau: 
02t là thời gian thiết lập quỹ đạo bậc 4 ta sẽ lựa chọn 
sao cho phù hợp. 
0
02
E
E
A
t t
 −
=
−
 (4.15) 
0( 2 )ct t t = − − (4.16) 
Các hệ số của quỹ đạo bậc 4 được tính như sau: 
11 21 0a a= = ; 31 2
0
1
4
a A
t
= ; 41 3
0
1
16
a A
t
= − 
02 0 12 22
3
12 42 0 02 12 0
32 422 4
0 0
; ; 0;
32 3 3 4
;
12 16
E
E
a At a A a
a a t a a t
a a
t t


= − = = 
+ − −
= − = −
4.3 Thiết kế thành phần phản hồi 
Trong thực tế, mô hình của đối tượng không thể 
xác định một cách chính xác tuyệt đối. Do đó bộ điều 
khiển truyền thẳng sẽ không thể hoạt động một cách 
hoàn hảo, sai lệch mô hình sẽ gây ra sai lệch tĩnh cho 
hệ thống. Vì thế cần phải thiết kế thành phần phản hồi 
để triệt tiêu sai lệch này. Ở đây dùng bộ điều khiển 
PI, với thành phần I để triết tiêu sai lệch tĩnh, thành 
phần P giúp cải thiện động học của hệ thống. 
Bộ điều khiển từ thông PI 
Theo tiêu chuẩn tối ưu module số ta có hàm 
truyền bộ điều khiển PI là: 
1
1
1
1
d z
R V
z

 
−
−
+
=
−
 (4.17) 
Với các tham số : 
1
3 1 r
r
T
T
T
T
V
e
d e




−
−
 − 
 (4.18) 
Bộ điều khiển tốc độ PI 
( )
( )
1 2 2 1 2 2
1 2 2
sq
m
m
J J dJ dJ
i
k i ac
J c J ac
k i ac


 

 + + 
 =
+ 
+
 (4.19) 
Trong đó: * * ff
sq sq sqi i i = − và 
*
2 2 2   = − 
Laplace hai vế thu được quan hệ truyền đạt giữa sai 
lệch tốc độ quay và sai lệch dòng điện: 
( )
( ) ( )
2
2
1 2 1 2 1 2
m
sq
s k i ac
i s s J J s dJ dJ s cJ acJ

 
=
 + + + + 
 (4.20) 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 133 (2019) 001-007 
6 
5. Kết quả mô phỏng 
Ta xây dựng khảo sát trên Matlab-Simulink với bộ 
điều dòng là dead beat, vòng ngoài điều khiển nguyên 
lý phẳng. 
B. 1 Bảng thông số dùng trong các mô phỏng 
1. Thông số động cơ Ký hiệu Giá trị 
Công suất định mức Pnom 0.5 kW 
Tốc độ định mức nnom 3000 vg/ph 
Dòng điện định mức Inom 10.4 ARMS 
Điện áp định mức Unom 220 VRMS 
Số đôi cực zp 1 
Điện trở rotor Rr 0.42 Ω 
Điện trở stator Rs 0.37 Ω 
Điện cảm rotor Lr 34.25 mH 
Điện cảm stator Ls 34.41 mH 
Hỗ cảm Lm 33.1 mH 
Hệ số công suất cosφ 0.9 
Hệ số từ tản toàn phần σ 0.0704 
Mô-men quán tính IM J1 0.00641 kgm2 
Mô-men quán tính tải J2 0.00523 kgm2 
Hệ số cứng trục c 272000Nm/rad 
NNm/rad Hệ số giảm chấn d 0.313Nm/rad/s 
2. Thông số bộ điều khiển 
Tần số điều chế fpwm 5 kHz 
Thời gian trích mẫu 
- Vòng trong 
- Vòng ngoài 
. 
Ts 
Tsw 
. 
200 μs 
2 ms 
1 2
0.025; 0.0834T T= = 
Một số chế độ làm việc tiêu biểu của động cơ 
được khảo sát thông qua kịch bản mô phỏng sau: 
Tại t = 0s, khởi động tạo từ thông. 
Tại t = 0.3s, tăng tốc đến giá trị định mức 
3000 vòng/phút. 
Tại t = 1s, đóng tải định mức. 
Tại t = 1.4s, tăng tốc 3500 vòng/phút, tải định 
mức. 
Tại t = 2s, thực hiện đảo chiều quay với tốc độ 
-3000 vòng/phút. 
Hình 5. Đáp ứng dòng từ hóa im 
Hình 6. Đáp ứng dòng điện isd 
Hình 7. Đáp ứng dòng điện isq 
Kết quả mô phỏng cho thấy từ thông rotor bám 
theo quỹ đạo đặt và xác lập trong khoảng 0.2s (hình 
5). Dòng điện ,sd sqi i đều trong giới hạn cho phép của 
động cơ và bám theo giá trị đặt mà các BĐK từ thông 
và tốc độ yêu cầu, không có hiện tượng xen kênh 
(hình 6, hình 7). Đặc biệt tại t=1.4s khi tốc độ động 
cơ tải tăng lên 3500 vòng/phút, hiện tượng dòng từ 
hóa (từ thông) giảm xuống để cân bằng sức điện động 
trong hệ thống với điện áp điều khiển cung cấp, để 
biến tần không bị quá hệ số điều chế, nhưng vẫn bám 
sát với giá trị đặt (hình 6). 
Khi mạch vòng dòng lý tưởng thì mômen và tốc 
độ tác động nhanh; tăng tốc (0.3s) và đảo chiều 
(0.4s), dạng đáp ứng mômen giống dòng điện isq 
(Hình 8, Hình 9). 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 133 (2019) 001-007 
7 
Hình 8. Đáp ứng mô-men 
Hình 9. Đáp ứng tốc độ thực động cơ tải 
Bên cạnh đó với đặc điểm của nguyên lý phẳng, 
có thể dẫn dắt tín hiệu ra theo nhiều dạng quỹ đạo. 
Vậy khi sử dụng quỹ đạo 4-1-4 cho tốc độ, đáp ứng 
tốc độ khả quan. Thời gian khởi động giảm nhỏ còn 
0,3s. Khi có nhiễu tải bộ điều khiển cũng giúp hệ 
thống nhanh chóng ổn định. Khâu tạo quỹ đạo 4-1-4 
cho đồ thị tốc độ quay có hình dạng giống với việc 
điều khiển vòng ngoài theo bằng bộ điều khiển PI 
(Hình 9). Còn bộ điều khiển từ thông thì dùng quỹ 
đạo bậc 2,vì đây là đối tượng có quán tính không quá 
lớn. Vì thế, tốc độ từ hóa nhanh khoảng 0,2s (Hình 
5). 
6. Kết luận 
Cấu trúc điều khiển hệ hai khâu quá tính ghép 
mềm với vòng trong là bộ điều khiển tuyến tính kiểu 
dead-beat, đã mang đến kết quả mô hình trạng thái hệ 
truyền động hai khâu quán tính khớp nối mềm được 
giảm bậc, quá trình từ hóa nhanh và không thay đổi, 
chứng tỏ bộ điều khiển dòng điện stator tách kênh tốt. 
Thêm vào đó sự kết hợp với các bộ điều khiển vòng 
ngoài được thiết kế dựa theo nguyên lý phẳng, đã 
đem lại kết quả đáp ứng truyền động điện khả quan 
trong toàn dải vận hành, kể cả vùng suy giảm từ 
thông. Kết quả mô phỏng kiểm chứng trên MATLAB 
& Simulink, khẳng định tính hợp lý thuyết của các bộ 
điều khiển. Để hoàn thiện hướng nghiên cứu hệ nhiều 
khâu quán tính ghép mềm, cần khảo sát tính hợp lý 
của khâu thiết lập quỹ đạo đối với từng loại tải khác 
nhau, đánh giá về tỷ lệ sóng hài trong mômen, nguy 
cơ wind-up của cấu trúc điều khiển, cũng như vấn 
đề giới hạn dòng điện và điện áp của động cơ. Việc 
giải quyết những hạn chế trên hứa hẹn sẽ nâng cao 
được chất lượng hệ thống. 
Tài liệu tham khảo 
[1] Quang NP, Dittrich JA, Vector control of three-phase 
AC machines – System development in the practice. 
2nd edition, Springer-Verleg Berlin Heidelberg 
(2015). 
[2] Leonhard W Control of Electrical Drives. 2nd edition, 
Springer (1996). 
[3] Nguyễn Phùng Quang, Điều khiển vector truyền động 
điện xoay chiều ba pha.Nhà xuất bản Bách khoa Hà 
Nội, 3216-2016/CXBIP/02-67/BKHN. 
[4] Ghazanfer Shahgholian, Jawad Faiz, Pegah Shafaghi, 
Modeling and Simulation of a Two-Mass Resonant 
System with Speed Controller. International Journal 
of Information and Electronics Engineering, Vol. 3, 
No. 5, September 2013. 
[5] Mattias Nordin, Per-Olof Gutman Controlling 
mechanical systems with backlash—a survey. 
Automatica 38 (2002) 1633–1649. 
[6] Y.S.Kim, S.B.Kim, J.S.Kim, C.H.Yoo, H.J.Kim", 
Two degree of freedom speed control of induction 
motor having two mass resonant system”, 
IEEE/IECON, Vol.2, pp.1210-1215, Aug. 1996. 
[7] 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. 
[8] Võ Thanh Hà, Trần Vũ Trung, Nguyễn Phùng Quang, 
Đỗ Hoàng Ngân Mi, Một cách tiếp cận mới khi thiết 
kế điều khiển tuyến tính vector dòng stator có đáp 
ứng hữu hạn. Chuyên san Kỹ thuật Điều khiền và Tự 
động hóa số 16, 8/2016. 
[9] 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 lần thứ 4 về Điều khiển và Tự động 
hoá -VCCA-2017. 
[10] Dannehl J, Fuchs FW, Flatness-based control of an 
induction machine fed via voltage source inverter - 
concept, control design and performance analysis. 
IECON 2006- 32nd annual conference on IEEE 
industrial electronics, pp. 5125-5130 (2006) 
[11] Phạm Tâm Thành, Nguyễn Phùng Quang, Hoàn thiện 
cấu trúc điều khiển phi tuyến động cơ xoay chiều ba 
pha dựa trên nguyên lý hệ phẳng, Chuyên san Kỹ 
thuật điều khiển và tự động hóa, số 12/2013, tr.11-17. 
[12] Ghazanfer Shahgholian, Jawad Faiz, Pegah Shafaghi, 
Analysis and Simulation of Speed Control for Two-
Mass Resonant System, 2009 Second International 
Conference on Computer and Electrical Engineering.