Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong hệ thống truyền động điện công nghiệp, động cơ không đồng bộ ba pha (ĐCKĐB) rotor lồng sóc được sử dụng phổ biến nhờ cấu tạo bền vững, giá thành hợp lý và độ tin cậy vận hành cao. Tuy nhiên, việc điều khiển động cơ không đồng bộ gặp nhiều khó khăn do đặc tính phi tuyến cao và sự liên kết tương hỗ phức tạp giữa các kênh từ thông và mô-men quay.
Tài liệu được xây dựng dưới dạng hướng dẫn thực hiện và đề cương đồ án mẫu môn học Đồ án Tự động hóa 2 thuộc Bộ môn Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa. Nội dung đề tài tập trung vào việc thiết kế, mô hình hóa và mô phỏng hệ thống điều khiển vector tựa theo từ thông rotor (Rotor Field Oriented Control - R-FOC) kết hợp thuật toán điều chế vector không gian (Space Vector Pulse Width Modulation - SVPWM) nhằm nâng cao chất lượng động học cho hệ truyền động xoay chiều.
Các nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu cụ thể được xác lập trong văn bản bao gồm:
- Thiết lập mô hình toán học của động cơ không đồng bộ ba pha trên hệ trục tọa độ quay tựa theo từ thông rotor ($d-q$), thực hiện tách rời việc điều khiển từ thông và mô-men.
- Thiết kế cấu trúc điều khiển nối tầng (cascade control), bao gồm vòng điều khiển từ thông rotor ($\psi_{rd}$), vòng điều khiển tốc độ quay cơ học ($\omega$), và hai vòng điều khiển dòng điện stator ($i_{sd}, i_{sq}$).
- Sử dụng công cụ
pidtune trên phần mềm MATLAB để tính toán, tối ưu hóa các thông số $K_p, K_i$ cho các bộ điều khiển PI dựa trên tiêu chuẩn độ rộng băng thông tần số ($\omega_c$) và độ dự trữ pha ($\text{Phase Margin} \ge 60^\circ$).
- Thiết kế các khâu xử lý nâng cao gồm: bộ hạn chế biên độ dòng điện đặt nhằm giảm xung dòng khởi động và khâu bù chéo điện áp stator nhằm loại bỏ tương hỗ giữa hai trục $d-q$.
- Xây dựng giải thuật ước lượng góc và tốc độ quay của từ thông rotor phục vụ phép biến đổi hệ tọa độ quay.
- Thiết lập nguyên lý và thuật toán điều chế vector không gian SVPWM cho nghịch lưu nguồn áp ba pha sử dụng van IGBT, bao gồm chuỗi đóng cắt đối xứng chuẩn và phương pháp đóng cắt kẹp biên (Bus-Clamped).
- Kiểm chứng toàn bộ thuật toán điều khiển trên môi trường mô phỏng MATLAB/Simulink và định hướng triển khai trên thiết bị thực tế (PLC, biến tần, động cơ) tại phòng thí nghiệm.
Đối tượng nghiên cứu là hệ truyền động động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc được cấp nguồn từ bộ nghịch lưu áp ba pha. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở phân tích lý thuyết, thiết kế thuật toán điều khiển FOC/SVPWM, tính toán thông số trên MATLAB và mô phỏng kiểm chứng phản ứng động học trên phần mềm MATLAB/Simulink.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết và mô hình toán học
Hệ thống sử dụng lý thuyết điều khiển vector tựa theo từ thông rotor (R-FOC). Bằng cách định hướng hệ trục tọa độ quay $d-q$ sao cho trục $d$ luôn trùng với vector từ thông rotor, thành phần từ thông trên trục vuông góc bị triệt tiêu ($\psi_{rq} = 0$). Khi đó:
- Phương trình vi phân từ thông rotor trên trục $d$:
$$\frac{d\psi_{rd}}{dt} + \frac{\psi_{rd}}{T_r} = \frac{L_m}{T_r} i_{sd}$$
Trong đó hằng số thời gian rotor $T_r = \frac{L_r}{R_r}$. Ở chế độ xác lập ($\frac{d\psi_{rd}}{dt} = 0$), từ thông rotor tỷ lệ trực tiếp với dòng điện trục $d$: $\psi_{rd} = L_m i_{sd}$.
- Phương trình mô-men điện từ:
$$T_{em} = \frac{3}{2} p \frac{L_m}{L_r} \psi_{rd} i_{sq}$$
Khi từ thông $\psi_{rd}$ được duy trì cố định ở giá trị định mức, mô-men quay tỷ lệ tuyến tính với dòng điện stator trục $q$ ($i_{sq}$).
Về mặt công suất nghịch lưu, hệ thống ứng dụng lý thuyết điều chế vector không gian SVPWM cho nghịch lưu áp ba pha gồm 6 khóa bán dẫn IGBT. Không gian trạng thái gồm 8 vector điện áp cơ bản (6 vector tích cực $V_{s1} \div V_{s6}$ chia không gian thành 6 vùng hình lục giác lệch nhau $60^\circ$, và 2 vector không $V_{s0}, V_{s7}$). Biên độ các vector tích cực có giá trị $\frac{2}{3} V_{dc}$. Kỹ thuật này giúp điện áp DC bus được tận dụng cao hơn 15% so với phương pháp điều chế PWM sin truyền thống.
Phương pháp nghiên cứu
Đồ án kết hợp các phương pháp nghiên cứu kỹ thuật chuyên ngành:
- Phương pháp giải tích và mô hình hóa: Thiết lập các hệ phương trình vi phân mô tả động cơ trong không gian trạng thái, chuyển đổi hệ tọa độ tĩnh ba pha $(a, b, c)$ sang hệ tọa độ tĩnh hai pha $(\alpha, \beta)$ và hệ tọa độ quay hai pha $(d, q)$ qua các phép biến đổi Clarke và Park.
- Phương pháp tổng hợp bộ điều khiển tần số: Áp dụng công cụ giải thuật tự động
pidtune của MATLAB trên miền hàm truyền đạt nhằm đạt băng thông yêu cầu và đảm bảo độ ổn định với độ dự trữ pha từ $60.0^\circ$ đến $60.3^\circ$.
- Phương pháp mô phỏng số: Thiết lập cấu trúc điều khiển hoàn chỉnh trên MATLAB/Simulink, tạo tín hiệu đặt bước nhảy tốc độ và tải bước nhảy tại thời điểm $t = 10\text{ s}$ để đánh giá đáp ứng quá độ và độ ổn định xác lập.
- Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng: Định hướng kiểm thử giải thuật trên phần cứng thực tế bao gồm PLC, bộ biến tần công nghiệp và động cơ tại phòng thí nghiệm.
Nguồn dữ liệu tính toán dựa trên các thông số kỹ thuật định mức của động cơ mẫu: điện trở stator $R_s = 0.8222\ \Omega$ ($1.6444/2$), dòng điện từ hóa định mức $i_{sdRated} = 2.678\text{ A}$, cùng hệ số điện cảm stator, rotor và hỗ cảm ($L_s, L_r, L_m$).
Thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển
Cấu trúc điều khiển truyền động được thiết lập dưới dạng nối tầng kép với 4 bộ điều khiển PI độc lập:
- Mạch vòng từ thông: Vòng ngoài điều khiển từ thông $\psi_{rd}$ tạo giá trị đặt cho dòng điện $i_{sd}^$; vòng trong điều khiển dòng $i_{sd}$ tạo tín hiệu điện áp điều khiển $u_{sd}^$.
- Mạch vòng tốc độ: Vòng ngoài điều khiển tốc độ góc $\omega$ tạo giá trị đặt cho dòng điện $i_{sq}^$; vòng trong điều khiển dòng $i_{sq}$ tạo tín hiệu điện áp điều khiển $u_{sq}^$.
Tổng hợp thông số các bộ điều khiển PI qua MATLAB
| Bộ điều khiển |
Hàm truyền đối tượng $G(s)$ |
Băng thông thiết kế ($\omega_c$) |
Thông số $K_p$ |
Thông số $K_i$ |
Độ dự trữ pha ($\text{Phase Margin}$) |
Trạng thái ổn định |
| Tốc độ ($\omega$) |
$G_\omega(s) = \frac{K \cdot K_1}{s}$ |
$25\text{ rad/s}$ |
$0.72$ |
— |
$60.00^\circ$ |
Ổn định ($\text{Stable} = 1$) |
| Từ thông ($\psi_{rd}$) |
$G_f(s) = \frac{L_m}{T_r s + 1}$ |
$25\text{ rad/s}$ |
$15.30$ |
$300.00$ |
$60.00^\circ$ |
Ổn định ($\text{Stable} = 1$) |
| Dòng điện ($i_{sd}, i_{sq}$) |
$G_C(s) = \frac{1}{\sigma L_s s + R_s}$ |
$250\text{ rad/s}$ |
$1.24$ |
$690.00$ |
$60.30^\circ$ |
Ổn định ($\text{Stable} = 1$) |
Trong đó, hệ số tản từ $\sigma = 1 - \frac{L_m^2}{L_s L_r}$, hệ số mô-men $K = \frac{3}{2} \frac{p}{2} \frac{L_m}{L_r} \psi_{rd}$, và hệ số quán tính $K_1 = \frac{1}{J_{eq}}$.
% Script MATLAB tính toán thông số các bộ điều khiển PI
clear; clc;
Rs = 1.6444/2;
isdRated = 2.678;
Ls = (Xls + Xm) / (2*pi*f);
Lm = Xm / (2*pi*f);
Lr = (Xlr + Xm) / (2*pi*f);
phird = isdRated * Lm;
Tr = Lr / Rr;
% 1. Bo dieu khien toc do
K = (3/2)*(p/2)*(Lm/Lr)*phird;
K1 = 1/Jeq;
G = K*K1*tf(1,[1 0]);
[Cw, Info_w] = pidtune(G, 'pi', 25);
% 2. Bo dieu khien tu thong
Gf = tf(Lm, [Tr 1]);
[Cf, Info_f] = pidtune(Gf, 'pi', 25);
% 3. Bo dieu khien dong dien
sigma = Ls - (Lm*Lm)/Lr;
GC = tf(1, [sigma*Ls Rs]);
[Cc, Info_c] = pidtune(GC, 'pi', 250);
Xử lý bù chéo điện áp và khâu hạn chế dòng
Phương trình điện áp stator trên hệ trục $d-q$ xuất hiện các thành phần ghép kênh:
$$u_{sd} = R_s i_{sd} + \sigma L_s \frac{d i_{sd}}{dt} - e_d$$
$$u_{sq} = R_s i_{sq} + \sigma L_s \frac{d i_{sq}}{dt} + e_q$$
Với các thành phần điện áp ghép kênh được định nghĩa:
$$e_d = \omega_g \sigma L_s i_{sq} - \frac{L_m}{L_r}\frac{d\psi_{rd}}{dt}$$
$$e_q = \omega_g \sigma L_s i_{sd} + \omega_g \frac{L_m}{L_r}\psi_{rd}$$
Để nâng cao chất lượng điều khiển, tín hiệu bù $e_d, e_q$ được cộng vào ngõ ra của các bộ điều khiển dòng điện. Bên cạnh đó, nhằm ngăn chặn quá điều chỉnh dòng điện do khâu tích phân của bộ PI khi khởi động, giá trị dòng điện đặt được giới hạn qua các khâu bão hòa: dòng từ thông đặt $i_{sd}^* \in [0, 14]\text{ A}$ và dòng mô-men đặt $i_{sq}^* \in [-10, 30]\text{ A}$.
Nội dung chính theo từng chương
Phần 1: Phương pháp điều khiển vector tựa theo từ thông rotor (R-FOC)
Nội dung phần này thiết lập cơ sở toán học của phương pháp điều khiển vector định hướng trường từ thông rotor cho động cơ không đồng bộ ba pha. Bằng việc phân tích phương trình điện áp rotor trên hệ trục quay:
$$u_{rd} = R_r i_{rd} + \frac{d\psi_{rd}}{dt} - \omega_{gr}\psi_{rq} = 0$$
$$u_{rq} = R_r i_{rq} + \frac{d\psi_{rq}}{dt} + \omega_{gr}\psi_{rd} = 0$$
Khi gán điều kiện $\psi_{rq} = 0$, dòng điện rotor trục $q$ được xác định theo dòng stator trục $q$: $i_{rq} = -\frac{L_m}{L_r} i_{sq}$.
Tốc độ trượt của từ thông rotor đối với rotor ($\omega_{gr}$) được dẫn xuất thành công thức giải tích:
$$\omega_{gr} = \omega_g - \omega_r = \frac{R_r L_m i_{sq}}{L_r \psi_{rd}}$$
Tốc độ góc của vector từ thông rotor là $\omega_g = \omega_r + \omega_{gr}$, với $\omega_r = p \cdot \omega_{mech}$. Góc không gian của vector từ thông rotor $\theta_g$ được tính bằng tích phân $\theta_g = \int \omega_g dt$. Trong quá trình mô phỏng, tài liệu chỉ rõ điều kiện ban đầu của $\psi_{rd}$ phải được thiết lập khác 0 nhằm loại trừ lỗi chia cho 0 trong giải thuật tính toán.
Phần 2: Thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ và dòng điện
Phần này trình bày chi tiết việc tổng hợp mạch vòng điều khiển nối tầng. Đối tượng tốc độ và dòng điện được Laplace hóa để đưa về các hàm truyền đạt chuẩn.
Mạch vòng dòng điện có yêu cầu tác động nhanh nên được thiết kế với băng thông cắt cao $\omega_c = 250\text{ rad/s}$, cho kết quả bộ điều khiển PI có $K_p = 1.24$ và $K_i = 690$. Mạch vòng ngoài (tốc độ và từ thông) được thiết kế với băng thông $\omega_c = 25\text{ rad/s}$ nhằm đảm bảo tính ổn định và triệt tiêu dao động cơ học. Bộ điều khiển từ thông đạt $K_p = 15.3, K_i = 300$, trong khi bộ điều khiển tốc độ đạt $K_p = 0.72$.
Phần 3: Khảo sát quá độ, hạn chế dòng và cấu trúc bù điện áp
Nội dung tập trung giải quyết các bài toán phi tuyến trong quá trình vận hành động:
- Bộ hạn chế biên độ dòng: Phân tích ảnh hưởng của thành phần tích phân trong bộ điều khiển PI khiến dòng điện khởi động vọt lố lên mức 65 A. Khi áp dụng khâu giới hạn dòng đặt $i_{sd}^* \in [0, 14]\text{ A}$ và $i_{sq}^* \in [-10, 30]\text{ A}$, biên độ dòng điện quá độ giảm xuống còn 25 A, đảm bảo an toàn vận hành cho van nghịch lưu và động cơ.
- So sánh hệ thống có bù và không bù chéo: Khi đưa thành phần bù $e_d, e_q$ vào mạch vòng dòng điện, độ quá điều chỉnh tốc độ giảm từ mức 317 (không bù) xuống 305 (có bù), đồng thời thời gian xác lập nhanh hơn khoảng 0.5 giây. Tuy nhiên, do mức chênh lệch động học không quá lớn, hệ thống có thể coi $e_d, e_q$ là nhiễu tác động trong các trường hợp cần tối giản cấu trúc tính toán.
Phần 4: Thuật toán điều chế vector không gian (SVPWM)
Phần này trình bày nguyên lý tổng hợp vector điện áp tham chiếu $V_{ref}$ trên mặt phẳng phức $\alpha - \beta$ từ hai vector điện áp tích cực kế cận và các vector không trong một chu kỳ điều chế $T_{cycle}$:
$$V_{ref} T_{cycle} = V_{sm} T_m + V_{s(m+1)} T_{m+1} + V_0 T_0$$
Với vùng 1 (Sector 1), thời gian đóng cắt của hai vector tích cực $V_{s1}$ và $V_{s2}$ được tính toán theo biểu thức:
$$T_2 = T_{cycle} \cdot a \cdot \frac{\sin(\theta)}{\sin(60^\circ)}$$
$$T_1 = T_{cycle} \cdot a \cdot \frac{\sin(60^\circ - \theta)}{\sin(60^\circ)}$$
$$T_0 = T_{cycle} - T_1 - T_2$$
Trong đó hệ số điều chế $a = \frac{V_{ref}}{\frac{2}{3} V_{dc}} = M$, góc pha $\theta$ xác định vị trí vector đặt trong vùng ($0 \le \theta \le 60^\circ$).
Tài liệu so sánh hai kỹ thuật chuyển mạch van:
- Chuyển mạch đối xứng (Symmetric switching pattern): Mỗi lần chuyển trạng thái chỉ có duy nhất một van đổi trạng thái đóng/ngắt. Trình tự chuỗi xung qua các trạng thái trong Sector 1 là $[000] \to [100] \to [110] \to [111] \to [110] \to [100] \to [000]$.
- Kỹ thuật đóng cắt kẹp biên (Bus-Clamped): Trong một sector, chỉ sử dụng hai nhánh van chuyển mạch, nhánh còn lại được kẹp cố định ở mức cao ($V_{dc}$) hoặc mức thấp ($0\text{ V}$). Tại Sector 1, khóa pha A được kẹp cố định ở mức cao với chuỗi trạng thái $[111] \to [110] \to [100] \to [110] \to [111]$; tại Sector 2, khóa pha C được kẹp ở mức thấp với chuỗi trạng thái $[000] \to [010] \to [110] \to [010] \to [000]$. Kỹ thuật này giúp giảm tần số chuyển mạch tổng thể và tổn thất đóng cắt trên van nghịch lưu.
Kết quả và đóng góp
Kết quả mô phỏng trên MATLAB/Simulink
Các kết quả đo lường và đáp ứng quá độ thu được từ mô hình mô phỏng bao gồm:
- Đáp ứng dòng điện mô-men ($i_{sq}$): Dòng thực đo bám sát dòng điện đặt. Ở chế độ không tải, sau thời gian quá độ từ $0 \div 2\text{ s}$, dòng điện trở về 0. Khi đóng tải tại thời điểm $t = 10\text{ s}$, dòng $i_{sq}$ tăng lên và nhanh chóng đạt trạng thái xác lập ổn định ở giá trị 20 A sau 1 giây quá độ.
- Đáp ứng dòng điện từ thông ($i_{sd}$): Dòng $i_{sd}$ bám sát giá trị đặt định mức, ổn định tại mức 13.6 A sau thời gian quá độ ban đầu $0 \div 2\text{ s}$. Tại thời điểm đóng tải $t = 10\text{ s}$, dòng $i_{sd}$ có biến động nhẹ sau đó xác lập lại trạng thái cân bằng tại 13.6 A trong khoảng thời gian 2 giây.
- Hiệu quả khâu hạn chế dòng: Giảm biên độ dòng điện đỉnh lúc mở máy từ 65 A xuống còn 25 A.
- Hiệu quả khâu bù điện áp ghép kênh: Giúp giảm chỉ số quá điều chỉnh tốc độ từ 317 xuống 305 và rút ngắn thời gian xác lập động cơ thêm 0.5 giây.
- Hiệu quả thuật toán SVPWM: Tận dụng điện áp nguồn một chiều tăng thêm 15% so với phương pháp điều chế PWM sin, tối ưu hóa quá trình đóng cắt các khóa IGBT.
Đóng góp kỹ thuật của đồ án
- Cung cấp quy trình toán học rõ ràng và bộ lệnh MATLAB chuẩn hóa (
pidtune) cho việc thiết kế nhanh các bộ điều khiển PI trong hệ truyền động FOC.
- Xây dựng cấu trúc mô phỏng hoàn chỉnh tích hợp giữa thuật toán điều khiển vector tựa từ thông rotor, mạch vòng điều chế vector không gian SVPWM và các khâu bảo vệ quá dòng thực tế.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế trong tài liệu:
- Mô hình điều khiển FOC phụ thuộc nhiều vào độ chính xác của các tham số động cơ (đặc biệt là điện trở rotor $R_r$ và điện cảm hỗ cảm $L_m$), trong khi tài liệu chưa đề cập đến giải thuật bù thích nghi thông số động cơ khi nhiệt độ cuộn dây thay đổi.
- Phương pháp điều khiển trực tiếp mô-men (DTC), hệ truyền động ứng dụng cho năng lượng gió, và điều khiển chuyển động băng tải mới chỉ nằm ở danh mục định hướng nội dung của đồ án môn học, chưa được triển khai chi tiết bằng mô hình toán và mô phỏng số trong văn bản mẫu.
- Hướng phát triển tiếp theo:
- Mở rộng kiểm chứng thực nghiệm giải thuật FOC và SVPWM trên hệ thống phần cứng thực tế gồm bộ điều khiển PLC, biến tần công nghiệp và động cơ tại phòng thí nghiệm.
- Tự thực hiện và hoàn thiện chuỗi trạng thái đóng cắt chuyển mạch SVPWM cho các vùng còn lại (Sector 4, Sector 5, Sector 6) theo yêu cầu tự làm được nêu trong tài liệu.
Giá trị tham khảo
Tài liệu là nguồn tham khảo kỹ thuật hữu ích cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Kỹ thuật Điện - Điện tử và Cơ điện tử.
Các nội dung có giá trị ứng dụng cao gồm:
- Đoạn mã mẫu MATLAB tính toán PID: Cung cấp cú pháp tường minh sử dụng hàm
pidtune để tự động tổng hợp bộ điều khiển theo băng thông và dự trữ pha định trước.
- Công thức dẫn xuất SVPWM: Hệ thống hóa chi tiết các bước tính toán thời gian đóng cắt $T_1, T_2, T_0$ và phân bổ trạng thái chuyển mạch van cho cả hai chế độ điều chế đối xứng và điều chế kẹp biên Bus-Clamped.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao trong phương pháp R-FOC, từ thông rotor trục q ($\psi_{rq}$) được chọn bằng 0?
Trong hệ tọa độ quay tựa theo từ thông rotor, trục $d$ được điều khiển trùng với hướng của vector từ thông rotor. Do đó, hình chiếu của vector từ thông lên trục vuông góc $q$ bằng 0 ($\psi_{rq} = 0$). Việc triệt tiêu $\psi_{rq}$ giúp tách rời hoàn toàn hai kênh điều khiển: dòng $i_{sd}$ chỉ điều khiển độ lớn từ thông rotor $\psi_{rd}$, trong khi dòng $i_{sq}$ chỉ điều khiển mô-men quay điện từ $T_{em}$, biến đổi mô hình động cơ xoay chiều hoạt động tương tự như động cơ một chiều kích từ độc lập.
2. Các thông số $K_p, K_i$ của các bộ điều khiển PI trong đồ án được tính toán với giá trị bao nhiêu?
Thông qua hàm pidtune trên MATLAB với yêu cầu dự trữ pha từ $60^\circ$ đến $60.3^\circ$, các thông số bộ điều khiển thu được như sau:
- Bộ điều khiển tốc độ ($C_w$): Băng thông $\omega_c = 25\text{ rad/s}$, $K_p = 0.72$.
- Bộ điều khiển từ thông ($C_f$): Băng thông $\omega_c = 25\text{ rad/s}$, $K_p = 15.3$, $K_i = 300$.
- Bộ điều khiển dòng điện ($C_c$): Băng thông $\omega_c = 250\text{ rad/s}$, $K_p = 1.24$, $K_i = 690$.
3. Việc áp đặt bộ hạn chế dòng điện đặt mang lại hiệu quả gì cho hệ thống?
Do thành phần tích phân trong bộ điều khiển PI gây ra hiện tượng tích lũy sai số lớn trong giai đoạn quá độ, dòng điện khởi động của động cơ khi chưa có khâu hạn chế có thể vọt lên mức 65 A. Khi áp đặt bộ hạn chế dòng điện đặt ($i_{sd}^* \in [0, 14]\text{ A}$ và $i_{sq}^* \in [-10, 30]\text{ A}$), dòng điện quá độ cực đại giảm mạnh từ 65 A xuống còn 25 A, giúp giảm nguy cơ quá dòng và bảo vệ các van bán dẫn nghịch lưu.
4. Thành phần bù chéo điện áp $e_d, e_q$ ảnh hưởng như thế nào đến phản ứng tốc độ của động cơ?
Khi đưa các thành phần bù ghép kênh $e_d, e_q$ vào bộ điều khiển dòng điện, quá điều chỉnh tốc độ của động cơ giảm từ mức 317 (khi không có bù) xuống 305 (khi có bù), đồng thời thời gian xác lập tốc độ nhanh hơn khoảng 0.5 giây. Tuy nhiên, vì mức chênh lệch giữa hai trường hợp không quá lớn, trong các cấu trúc điều khiển cần đơn giản hóa việc tính toán, các thành phần $e_d, e_q$ có thể được coi là nhiễu tác động.
5. Phương pháp điều chế vector không gian kẹp biên (Bus-Clamped SVPWM) hoạt động theo nguyên tắc nào?
Phương pháp Bus-Clamped thực hiện đóng cắt trong một sector bằng cách chỉ sử dụng hai cực của nghịch lưu chuyển mạch, cực còn lại được kẹp cố định ở mức điện áp cao hoặc mức điện áp thấp. Ví dụ tại Sector 1, van pha A được kẹp cố định ở mức cao với chuỗi đóng cắt $[111] \to [110] \to [100] \to [110] \to [111]$; tại Sector 2, van pha C được kẹp ở mức thấp với chuỗi $[000] \to [010] \to [110] \to [010] \to [000]$ (các vùng chẵn chỉ sử dụng vector không $[000]$). Kỹ thuật này giúp giảm số lần chuyển mạch của van bán dẫn trong mỗi chu kỳ.
Kết luận
Tài liệu đồ án đã thiết lập thành công mô hình toán học và giải thuật điều khiển vector tựa từ thông rotor (R-FOC) kết hợp phương pháp điều chế vector không gian (SVPWM) cho động cơ không đồng bộ ba pha. Bằng việc ứng dụng công cụ pidtune trên MATLAB, các bộ điều khiển dòng điện, từ thông và tốc độ đã được xác định thông số tối ưu với độ dự trữ pha đạt trên $60^\circ$. Kết quả mô phỏng trên MATLAB/Simulink chứng minh hệ thống có khả năng bám sát tín hiệu đặt, giảm biên độ dòng quá độ từ 65 A xuống 25 A nhờ khâu hạn chế dòng, và nâng cao chất lượng động học khi đóng tải tại thời điểm 10 giây.
