Bài giảng Điều khiển số hệ thống điện cơ điều khiển máy điện/động cơ điện - Chương 5: Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor động cơ không đồng bộ

(ĐK.CMĐXC) T©B 
Chöông 5: Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor ĐCKĐB V.1 
Chương 5: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG 
TỪ THÔNG ROTOR ĐCKĐB 
Giới thiệu các phương pháp đo dòng điện tức thời, đo từ thông khe hở không khí, 
đo điện áp, tốc độ động cơ,... 
I. Ước lượng từ thông rotor từ dòng hồi tiếp và từ thông khe hở không khí 
[ ]( )mbar ,i,i Ψ=Ψ 
mL
s
Rr
rLσsLσsR
sv
si ri
mi
 sR sRσ rRσ
rRmL
rjωψ
mi
si
ri
sv
 srsssm iii += 
 smrrr iLiL +=Ψ 
 ( ) ssmsssmrssmsrrsr iLiiLiLiL +−=+=Ψ
 ( ) ( ) ssrsmm
m
rs
smr
s
mr
s
r iLiLL
LiLLiL σ−=−−=Ψ 
 βασ rrssrsm
m
rs
r jiLL
L Ψ+Ψ=−Ψ=Ψ 
 2r2rrr βα Ψ+Ψ=Ψ=Ψ 
(ĐK.CMĐXC) T©B 
Chöông 5: Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor ĐCKĐB V.2 
r
r
rr coscos Ψ
Ψ== αφθ 
r
r
rr sinsin Ψ
Ψ== βφθ 
hay 
α
βφθ
r
r
rr tgtg Ψ
Ψ== ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
Ψ
Ψ==
α
βφω
r
rr
r arctgdt
d 
 ( )αββα srsr
r
m
e iiL
Lp
2
3T Ψ−Ψ= 
II. Ước lượng từ thông rotor từ điện áp và dòng hồi tiếp 
[ ] [ ]( )babar i,i,u,u=Ψ 
Từ thông rotor được ước lượng từ từ thông stator và dòng stator: 
 rmsss iLiL
rrr +=ψ 
 rrsmr iLiL
rrr +=ψ 
 ( )sssss
m
s
r iLL
1i
rrr −= ψ 
 ( ) ss
m
rs
rs
2
ms
s
m
rs
ss
s
s
m
rs
smr iL
LL
LL
L1
L
LiL
L
LiL
rrrrrr
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −−=−+=Ψ ψψ 
 ss
m
rss
s
m
rs
r iL
LL
L
L σψ −=Ψ 
Trong đó, từ thông stator được ước lượng từ dòng stator và áp stator như sau: 
dt
d
iRu
s
ss
ss
s
s
ψ+= 
s
ss
s
s
s
s iRu
dt
d −=ψ 
Hay 
dt
di
L
LL
dt
d
L
L
dt
d ss
m
rs
s
s
m
r
s
r σψ −=Ψ 
( )
dt
di
L
LL
iRu
L
L
dt
d ss
m
rss
ss
s
s
m
r
s
r σ−−=Ψ 
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −−=Ψ
dt
di
LiRu
L
L
dt
d ss
s
s
ss
s
s
m
r
s
r σ 
(ĐK.CMĐXC) T©B 
Chöông 5: Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor ĐCKĐB V.3 
với ( ) ( )2'r2'r'r βα Ψ+Ψ=Ψr 
r
r
rr coscos Ψ
Ψ== αφθ 
r
r
rr sinsin Ψ
Ψ== βφθ 
hay 
α
βφθ
r
r
rr tgtg Ψ
Ψ== ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
Ψ
Ψ==
α
βφω
r
rr
r arctgdt
d 
 ( )αββα srsr
r
m
e iiL
Lp
2
3T Ψ−Ψ= 
III. Ước lượng từ thông rotor từ tốc độ và dòng hồi tiếp 
[ ]( )bar i,i,ω=Ψ 
s
r
r
s
s
r
m
s
r j
T
1i
T
L
dt
d ψωψ rr
r
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −−= 
 βααα ωψψψ rr
r
s
r
mr
T
1i
T
L
dt
d −−= 
 αββ
β ωψ+ψ−=ψ rr
r
s
r
mr
T
1i
T
L
dt
d
với ( ) ( )2'r2'r'r βα Ψ+Ψ=Ψr 
r
r
rr coscos Ψ
Ψ== αφθ 
r
r
rr sinsin Ψ
Ψ== βφθ 
hay 
α
βφθ
r
r
rr tgtg Ψ
Ψ== ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
Ψ
Ψ==
α
βφω
r
rr
r arctgdt
d 
 ( )αββα srsr
r
m
e iiL
Lp
2
3T Ψ−Ψ= 
Sô ñoà khoái boä öôùc löôïng töø thoâng rotor treân heä toïa ñoä αβ. 
(ĐK.CMĐXC) T©B 
Chöông 5: Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor ĐCKĐB V.4 
0 0 .5 1 1 .5 2 2.5 3
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
t im e (s )
F
i r 
es
t (
W
b)
tu thong da t
tu thong dap ung
tu thong uoc luong
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
time (s)
F
i r 
es
t (
W
b)
tu thong dat
tu thong dap ung
tu thong uoc luong
Ñaùp öùng cuûa boä öôùc löôïng töø thoâng rotor treân toïa ñoä αβ. 
IV. Ước lượng vị trí từ thông rotor gián tiếp từ từ thông đặt và Te đặt 
Các phương trình ước lượng vị trí vector từ thông rotor từ các giá trị lệnh của từ 
thông rotor và moment điện từ như sau: 
(ĐK.CMĐXC) T©B 
Chöông 5: Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor ĐCKĐB V.5 
V. Ước lượng từ thông rotor từ tốc độ và dòng hồi tiếp trong HTĐ (dq) [ ]( )bar i,i,ω=Ψ 
 r
r
sd
r
mr
T
1i
T
L
dt
d Ψ−=Ψ 
với tốc độ trượt: ωr = ω + ωsl = ω + 
r
m
T
L
rd
sqi
Ψ 
có Te = 2
3 p
r
m
L
L
sqrdiΨ 
Các phương trình sau được dùng để ước lượng từ thông rotor: 
Hay các phương trình này có thể được viết lại như sau: 
Vị trí tức thời của vector từ thông rotor được xác định như sau: 
(ĐK.CMĐXC) T©B 
Chöông 5: Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor ĐCKĐB V.6 
Sô ñoà khoái boä öôùc löôïng töø thoâng rotor treân heä toïa ñoä dq. 
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
time (s)
F
i r 
es
t (
W
b)
tu thong dat
tu thong dap ung
tu thong uoc luong
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
time (s)
F
i r 
es
t (
W
b)
tu thong dat
tu thong dap ung
tu thong uoc luong
Ñaùp öùng cuûa boä öôùc löôïng töø thoâng rotor treân toïa ñoä dq. 
VI. Ước lượng từ thông rotor dùng khâu quan sát (observer) 
Hình 5.1: Sơ đồ bộ ước lượng từ thông rotor dùng khâu quan sát. 
Thuật toán ước lượng từ thông rotor cho ĐCKĐB ba pha dùng khâu quan sát 
pt (5.1a)
pt (5.1b) 
pt (5.1c) 
pt (5.1d) 
pt (5.1e) 
s
sψˆr 
s
si
r
ωr 
pt (5.1f) 
s
sψr
s
si
r
s
su
r 
s
KK ip + ucomp 
ucomp 
pt (5.1h) 
s
rψrs
si
r
s
sψr
pt (5.1g) 
s
rψr
s
si
r
ωr 
s
su
r 
s
rψr
(ĐK.CMĐXC) T©B 
Chöông 5: Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor ĐCKĐB V.7 
 isd = isαcosθr + isβsinθr (5.1a) 
 rd
r
sd
r
mrd
T
1i
T
L
dt
d Ψ−=Ψ (5.1b) 
 ψrα = ψrdcosθs (5.1c) 
 ψrβ = ψrdsinθs (5.1d) 
 sr
r
ms
s
r
2
mrss
s L
Li
L
LLLˆ Ψ+−=ψ rrr (5.1e) 
dt
d ssψr = ssur – Rs. ssi
r
 + ucomp (5.1f) 
 ( )ssssipcomp ˆsKKu ψ−ψ⎟⎠⎞⎜⎝⎛ += rr (5.1g) 
 ss
m
2
mrss
s
r
ms
r iL
LLL
L
L rrr −−ψ=Ψ (5.1h) 
 ( ) ( )2r2rr βα Ψ+Ψ=Ψr (5.1i) 
VII. Đáp ứng điều khiển dộng cơ bằng FOC 
Đáp ứng của bộ ước lượng từ thông rotor khi các thông số ĐCKĐB ba pha có sai số: 
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
time (s)
F
i r 
es
t (
W
b)
tu thong dat
tu thong dap ung
tu thong uoc luong
Hình 5.2: Đáp ứng của 
bộ ước lượng từ thông 
rotor từ tốc độ và dòng 
hồi tiếp trên tọa độ αβ. 
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
time (s)
F
i r 
es
t (
W
b)
tu thong dat
tu thong dap ung
tu thong uoc luong
Hình 5.3: Đáp ứng của 
bộ ước lượng từ thông 
rotor từ tốc độ và dòng 
hồi tiếp trên tọa độ dq. 
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
time (s)
F
i r 
es
t (
W
b)
tu thong dat
tu thong dap ung
tu thong uoc luong
Hình 5.4: Đáp ứng của 
bộ ước lượng từ thông 
rotor dùng khâu quan 
sát. 
Bài giảng Hệ Thống Điều Khiển Số (ĐCKĐB) T©B 
Chöông 5: Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor ĐCKĐB V.8 
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ ĐƯỢC TIẾP DÒNG 
 • Từ thông được đưa đến giá trị định mức khi moment vẫn được giữ ở giá trị 
zero. 
• Sau khi từ thông đạt giá trị ổn định, động cơ được lệnh tăng tốc đến một giá 
trị vận tốc dương. 
• Moment được đưa đến giá trị dương ở mức tối đa. 
• Moment được đưa trở về giá trị âm và sau đó zero khi vận tốc thực bằng vận 
tốc lệnh, và moment được giữ ở zero để vận tốc thực bằng vận tốc lệnh. 
• Hệ truyền động ban đầu đang hoạt động với từ thông rotor không đổi và ở 
giá trị lệnh, moment tải bằng zero. 
• Moment tải sau đó được tăng đến giá trị định mức dương theo kiểu step-
wise. 
• Sau một khoảng thời gian thì moment tải được đưa về zero cũng theo kiểu 
step-wise. 
Bài giảng Hệ Thống Điều Khiển Số (ĐCKĐB) T©B 
Chöông 5: Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor ĐCKĐB V.9 
• Từ thông được giữ không đổi ở giá trị định mức. 
• Vận tốc được đảo ngược từ -40% của vận tốc sang 40% vận tốc định mức. 
• Moment tải bằng zero trong suốt quá trình mô phỏng trên. 
• Bộ nghịch lưu được giả sử là nguồn dòng lý tưởng. 
Bài giảng Hệ Thống Điều Khiển Số (ĐCKĐB) T©B 
Chöông 5: Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor ĐCKĐB V.10 
KẾT QUẢ ĐO ĐẠC CỦA ĐỘNG CƠ ĐƯỢC TIẾP DÒNG 
 • Dòng stator trong trạng thái ổn định được phân tích. Trừ sóng harmonic bậc 
nhất, các sóng hài bậc cao thường tập trung quanh các dải tần số 10 kHz, 20 
kHz, 30 kHz, 40 kHz 
Từ thông bằng 70% từ thông định mức, ban đầu động cơ đang chạy không tải ở 600 
rpm, moment tải bằng moment định mức dương được được tăng theo kiểu step-
wise. 
Bài giảng Hệ Thống Điều Khiển Số (ĐCKĐB) T©B 
Chöông 5: Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor ĐCKĐB V.11 
• Biến đổi của dòng stator khi máy tăng tốc từ 200 rpm đến 1500 rpm. 
• Động cơ đã hoàn toàn được từ hoá trước, moment tải bằng zero. 
• Biến đổi của dòng stator khi máy tăng tốc từ 200 rpm đến 1500 rpm. 
• Động cơ đã hoàn toàn được từ hoá trước, moment tải bằng zero.