I. Tổng quan về động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu
Động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) là một loại động cơ điện có cấu trúc gồm các cuộn dây 3 pha và rotor gắn nam châm vĩnh cửu. Việc loại bỏ mạch điện kích từ ở rotor mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm giảm tổn hao điện năng và tăng mật độ công suất. Động cơ này hoạt động dựa trên nguyên lý tương tác giữa từ trường quay của stator và từ trường của nam châm trên rotor. Khi số đôi cực của từ trường stator và rotor bằng nhau, động cơ sẽ hoạt động ở chế độ đồng bộ, tạo ra mô men điện từ. Động cơ PMSM hiện đang được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp nhờ vào hiệu suất cao và kích thước nhỏ gọn. Những ứng dụng điển hình bao gồm các máy công cụ, bơm, quạt và các thiết bị tự động hóa. Theo một nghiên cứu, động cơ PMSM có khả năng đạt hiệu suất lên tới 95%, cho thấy giá trị thực tiễn cao của nó trong lĩnh vực công nghiệp.
II. Các phương pháp điều khiển động cơ PMSM
Có nhiều phương pháp điều khiển động cơ PMSM, trong đó phương pháp điều khiển vector và điều khiển trực tiếp mô men (DTC) là hai phương pháp phổ biến nhất. Phương pháp điều khiển vector cho phép tách biệt điều khiển dòng điện thành hai thành phần, từ đó điều chỉnh mô men và tốc độ quay của động cơ một cách chính xác. Cấu trúc hệ điều khiển vector bao gồm các thành phần như bộ biến tần, bộ điều khiển PID và các cảm biến đo tốc độ. Phương pháp DTC, ngược lại, điều khiển mô men và từ thông một cách trực tiếp, giúp giảm thiểu độ trễ và cải thiện phản ứng của hệ thống. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các phương pháp này không chỉ cải thiện hiệu suất động cơ mà còn nâng cao tính ổn định và độ tin cậy trong vận hành.
III. Thiết kế bộ điều khiển trượt cho động cơ PMSM
Bộ điều khiển trượt là một giải pháp hiệu quả cho việc điều khiển động cơ PMSM, đặc biệt trong các tình huống cần phản ứng nhanh và chính xác. Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển trượt dựa trên việc duy trì trạng thái trượt của hệ thống, giúp giảm thiểu độ dao động và cải thiện độ chính xác trong điều khiển. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng bộ điều khiển trượt có thể giảm thời gian đạt tới mặt trượt, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ. Thiết kế bộ điều khiển trượt cho động cơ PMSM được thực hiện thông qua các mô hình toán học và mô phỏng trên phần mềm Matlab-Simulink, cho phép kiểm tra và tối ưu hóa các tham số điều khiển một cách hiệu quả.
