Ứng dụng mạng nơron ước lượng từ thông trong hệ truyền động động cơ không đồng bộ

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 
 242 
ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON ƯỚC LƯỢNG TỪ THÔNG TRONG 
HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 
APPLICATION OF FLUX ESTIMATION NEURAL NETWORKS 
TO THE CONTROL OF THE INDUCTION MOTOR DRIVER SYSTEM 
Võ Như Tiến 
 Trường Cao đẳng Công nghệ 
 Đại học Đà Nẵng 
Lê Kim Anh 
Trường Cao đẳng Công nghiệp Tuy Hòa 
TÓM TẮT 
Bài báo nhằm giới thiệu phương pháp ứng dụng mạng nơron để ước lượng từ thông 
rotor trong hệ truyền động động cơ không đồng bộ. Tính toán từ thông rotor và góc pha trong 
động cơ không đồng bộ là hai yếu tố quyết định của phương pháp điều khiển tựa theo từ thông 
rotor, trong các mô hình cũng như trong các phương trình động học của động cơ không đồng 
bộ luôn tồn tại hằng số thời gian của rotor. Ưu điểm của mạng nơron là có thể xấp xỉ các quan 
hệ phi tuyến mà không cần biết cấu trúc của quan hệ đó. Các bộ ước lượng từ thông sẽ được 
sử dụng vào sơ đồ điều khiển tựa theo từ thông động cơ không đồng bộ. 
ABSTRACT 
 This article introduces the application of the flux estimation neural network to the 
control of the induction motor driver system. The calculations of rotor flux and phase angle in 
the induction motor are two main principles for the control method based on rotor flux-
orientation. Not only in the prototypes but also in the kinematics equations of the induction 
motor, there always exists the time constant of rotor. The advantage of the neural network is 
that it can approximate the non-linear relationships without revealing the structure of those non-
linear relationships. The flux estimators are used in the controlling diagram based on the 
magnetic flux of the induction motor. 
1. Đặt vấn đề 
Việc ứng dụng mạng nơron (Artificial Neural Network - ANN) vào ước lượng 
từ thông của động cơ được điều khiển bởi biến tần nguồn áp và điều khiển vector tựa 
theo từ thông rotor là vấn đề mới trong các hệ truyền động động cơ không đồng bộ. 
Mạng truyền thẳng nhiều lớp được sử dụng trong đó những ngõ vào là giá trị hiện tại và 
giá trị trễ TDL (Tapped Delay Line) của dòng điện và điện áp stator trên trục tọa độ dq. 
2. Mô hình điều khiển mạng nơron ước lượng từ thông rotor 
Mạng nơron ước lượng từ thông trong truyền động động cơ KĐB sử dụng hệ 
thống thích nghi mô hình tham chiếu ( Model Reference Adaptive Systems: MRAS). 
Việc thực hiện của hệ thống được xác định bởi một mô hình, sai số của bộ điều khiển 
được hiệu chỉnh bởi sai số giữa mô hình chuẩn và hệ thống. Mô hình chuẩn sử dụng 
trong hệ thích nghi bắt nguồn từ hệ liên tục sau đó được mở rộng sang hệ rời rạc có 
nhiễu ngẫu nhiên. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 
 243
Mô hình mẫu sẽ cho đáp ứng ngõ ra mong muốn đối với tín hiệu đặt. Hệ thống có 
một vòng hồi tiếp thông thường bao gồm đối tượng và bộ điều khiển. Sai số e là sai lệch 
giữa ngõ ra của hệ thống và của mô hình mẫu e = y - ym. Bộ điều khiển có thông số thay 
đổi dựa vào sai số này. Hệ thống có hai vòng hồi tiếp: Hồi tiếp trong là vòng hồi tiếp 
thông thường và vòng hồi tiếp bên ngoài hiệu chỉnh tham số cho vòng hồi tiếp bên trong. 
3. Ước lượng từ thông rotor dựa vào dòng điện và điện áp stator trên toạ độ dq 
Ước lượng từ thông rotor dựa vào mô hình dòng điện và điện áp stator trên trục 
toạ độ dq. Dòng điện và điện áp stator trên trục toạ độ dq được tính như sau: 
▪ Phương trình dòng điện và điện áp stator: 
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎥⎥
⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎢⎢
⎣
⎡
−⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡=
⎥⎥
⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎢⎢
⎣
⎡
dt
di
dt
di
L
i
i
R
u
u
L
L
dt
d
dt
d
sq
sd
s
sq
sd
s
sq
sd
m
r
)u(
rq
)u(
rd
σψ
ψ
 (1) 
▪ Phương trình dòng điện stator và tốc độ rotor: 
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
⎥⎥
⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎢⎢
⎣
⎡
−
−−
=
⎥⎥
⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎢⎢
⎣
⎡
sq
sd
r
m
)i(
rq
)i(
rd
r
r
r
r
)i(
rq
)i(
rd
i
i
T
L
T
1
T
1
dt
d
dt
d
ψ
ψ
ω
ω
ψ
ψ
 (2) 
)u(
rdψ , )u(rqψ , )i(rdψ , )i(rqψ Từ thông rotor theo mô hình điện áp và dòng điện, trục 
toạ độ dq 
u 
uc 
Mô hình
Cơ cấu hiệu chỉnh
Bộ điều khiển Đối tượng
Tham số điều khiển
ym 
y 
Hình 1. Cấu trúc của một hệ thống thích nghi mô hình tham chiếu 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 
 244 
s
r
m)i(
rr
r
)i(
r
i.
T
L.JI
T
1 +⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +−= ψωψ (3) 
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡=
10
01
I ; ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ −=
01
10
J ; ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡=
sq
sd
s i
i
i 
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡=
sq
sd
s u
u
u ; ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡= )i(
rq
)i(
rd)i(
r ψ
ψψ ; ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡= )u(
rq
)u(
rd)u(
r ψ
ψψ (4) 
Dữ liệu mẫu của mạng nơron theo phương trình (3) được tính như sau: 
( ) )1k(iw)1k(.JwIw)k( s3)n(r21)n(r −+−+= ψψ (5) 
:)k()n(
r
ψ Từ thông rotor khi dùng mạng nơron 
Các ngõ vào: ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
−
−=−=
)1k(
)1k(
)1k(Ix )n(
rq
)n(
rd)n(
r1 ψ
ψψ 
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
−
−−=−=
)1k(
)1k(
)1k(Jx )n(
rd
)n(
rq)n(
r2 ψ
ψψ (6) 
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
−
−=−=
)1k(i
)1k(i
)1k(iIx
sq
sd
s3 
Sai lệch giữa từ thông được tính như sau: 
{ }2)i(
r
)u(
r
2
11 k()k(2
1)k(
2
1e ψψε −== (7) 
Động cơ
Mô hình điện áp
Mạng huấn luyện 
ε 
+
ANN 
 Mô hình dòng điện
Hình 2. Ước lượng từ thông theo mô hình dòng điện và điện áp stator, hệ toạ độ dq 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 
 245
Mô hình mô phỏng 
Hình 6a. Đáp ứng từ thông 
0 0.5 1 1.5 2 2.5
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Time (s)
T
u 
th
on
g 
(W
b)
Tu thong dap ung
Tu thong uoc luong
1.5 1.55 1.6
0.96
0.98
1
1.02
1.04
Đóng tải 
Hình 6b. Đáp ứng mômen 
0 0.5 1 1.5 2 2.5
0
2
4
6
8
10
12
14
Time (s)
M
o 
m
en
 (
N
m
)
Mo men dap ung
Mo men khi dung ANN
uoc luong tu thong
Hình 5. Khối mô hình từ thông 
Hình 5. Sơ đồ khối tính từ thông 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 
 246 
Kết quả mô phỏng 
4. Kết luận 
- Từ thông ước lượng đạt đến giá trị đặt 
- Sự khác biệt giữa từ thông của động cơ khi sử dụng bộ ước lượng từ thông 
dùng mạng nơron và từ thông của động cơ khi sử dụng bộ ước lượng từ thông thông 
thường không đáng kể. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Nguyễn Phùng Quang, Truyền động điện thông minh, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ 
thuật, 2006. 
[2] Võ Như Tiến, Bùi Quốc Khánh, Điều khiển trực tiếp mô men động cơ đồng bộ nam 
châm vĩnh cửu bằng phương pháp logic mờ, Hội nghị toàn quốc lần thứ VI ( VICA 
6), Hà Nội 12-14/4/2005. 
Hình 6c. Đáp ứng dòng điện 
0 0.5 1 1.5 2 2.5
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Time (s)
D
on
g 
di
en
 (
A
)
Dong dien dap ung
Dong dien khi dung ANN
uoc luong tu thong
Hình 6d. Đáp ứng từ thông 
Hình 6a),b),c),d). Các đáp ứng của truyền động động cơ KĐB ở trạng thái quay theo 
chiều thuận sử dụng bộ ước lượng từ thông ANN 
0 0.5 1 1.5 2 2.5
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Time (s)
T
oc
 d
o 
(r
ad
/s
)
Toc do dap ung
Toc do khi dung ANN
uoc luong tu thong
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 
 247
[3] Võ Như Tiến, Nghiên cứu ứng dụng vi xử lý tín hiệu số (DSP) điều khiển tốc độ 
động cơ không đồng bộ, Đề tài NCKH cấp Bộ mã số B2008-ĐN 06-05 
[4] Bimal K.Bose (2007) Neural Network Applications in Power Electronics and 
Motor Drives-An Introduction and Perspective, IEEE TRANSACTIONS ON 
INDUSTRIALELECTRONICS,VOL. 54, NO. 1 
[5] P. Huerta Gonzalez, J. Rodriguez rivas, I. Torres Rodriguez (2006) Indirect vector 
– controlled induction motor drive system with rotor resistance estimation using an 
Aritificial neural Neural Network, distrito federal, Mexico pp.191-197. 
[6] Mokhtar Zerikat, Sofiane Chekroun (2008) High performance speed tracking of 
induction motor using an Adaptive Fuzzy-Neural Network Control, International 
Journal of Sciences and Techniques of Automatic control & computer engineering 
IJ-STA, Special Issue, CEM. 
[7] Ramadas,Dr.Thyagarajan, Dr.Ved subr ahmanyam (2009) Robust Performance of 
Induction Motor Drives, International Journal of Recent Trends in Engineering, 
Vol 1, No.3.