I. Giới thiệu
Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) đã trở thành một phần quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp nhờ vào khả năng điều chỉnh tốc độ và vị trí chính xác. Tuy nhiên, việc sử dụng cảm biến để thu thập thông tin về vị trí góc của rôto thường làm tăng chi phí và kích thước của động cơ. Do đó, việc phát triển các phương pháp điều khiển không cảm biến trở thành một thách thức lớn. Luận văn này tập trung vào việc thiết kế bộ quan sát trượt (bộ quan sát trượt) nhằm cải thiện độ chính xác trong việc ước lượng vị trí góc của rôto mà không cần sử dụng cảm biến. Điều này không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn nâng cao độ tin cậy của hệ thống điều khiển.
1.1 Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của nghiên cứu là phát triển một chiến lược điều khiển mới cho động cơ PMSM không cảm biến thông qua việc sử dụng bộ quan sát chế độ trượt (SMO). Chiến lược này nhằm cải thiện độ chính xác trong việc ước lượng vị trí góc của rôto, đồng thời giảm thiểu hiện tượng chattering thường gặp trong các bộ quan sát truyền thống. Việc áp dụng bộ lọc thông thấp ghép tầng với tần số cắt biến đổi cũng được đề xuất để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống điều khiển.
II. Tổng quan về động cơ PMSM
Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) là một thiết bị cơ điện quan trọng, chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học. PMSM có cấu trúc đơn giản với stator và rotor, trong đó rotor được tạo thành từ nam châm vĩnh cửu. Nguyên lý hoạt động của PMSM dựa trên sự tương tác giữa từ trường quay và dòng điện trong rotor. Động cơ này nổi bật với mật độ công suất cao, hiệu suất tốt và khả năng hoạt động trong nhiều ứng dụng khác nhau như xe điện và thiết bị y tế. Việc sử dụng PMSM ngày càng phổ biến nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó so với các loại động cơ khác.
2.1 Phương trình toán của PMSM
Để mô hình hóa động cơ PMSM, cần áp dụng định luật Kirchhoff cho phần điện và cơ khí của động cơ. Các phương trình toán học mô tả mối quan hệ giữa điện áp, dòng điện và từ thông trong các pha của stator. Việc hiểu rõ các phương trình này là cần thiết để phát triển các phương pháp điều khiển hiệu quả cho động cơ PMSM. Các mô hình toán học này sẽ là cơ sở cho việc thiết kế bộ quan sát trượt và các thuật toán điều khiển không cảm biến.
III. Thiết kế bộ quan sát trượt
Bộ quan sát chế độ trượt (SMO) được thiết kế nhằm cải thiện độ chính xác trong việc ước lượng vị trí góc của rôto trong động cơ PMSM không cảm biến. SMO có khả năng hoạt động tốt trong môi trường có nhiễu và biến đổi tham số. Việc sử dụng độ lợi thích ứng trong bộ quan sát giúp giảm thiểu hiện tượng chattering, một vấn đề thường gặp trong các bộ quan sát truyền thống. Hệ thống được thiết kế với bộ lọc thông thấp ghép tầng, cho phép điều chỉnh tần số cắt để tối ưu hóa hiệu suất trong các điều kiện hoạt động khác nhau.
3.1 Chiến lược điều khiển
Chiến lược điều khiển được đề xuất trong luận văn này bao gồm việc sử dụng bộ quan sát trượt với độ lợi thích ứng. Điều này cho phép hệ thống điều khiển hoạt động hiệu quả hơn trong toàn bộ dãy tốc độ, từ đó nâng cao độ chính xác trong việc ước lượng vị trí góc của rôto. Phân tích ổn định được thực hiện dựa trên hàm định luật Lyapunov, đảm bảo rằng hệ thống sẽ duy trì tính ổn định trong suốt quá trình hoạt động.
IV. Kết quả thực nghiệm
Các kết quả thực nghiệm cho thấy rằng bộ quan sát trượt cải tiến có khả năng ước lượng chính xác vị trí góc của rôto trong động cơ PMSM không cảm biến. Thí nghiệm được thực hiện trong nhiều điều kiện khác nhau, từ đó chứng minh tính hiệu quả của chiến lược điều khiển được đề xuất. Kết quả cho thấy rằng việc áp dụng bộ quan sát chế độ trượt không chỉ giúp cải thiện độ chính xác mà còn nâng cao độ tin cậy của hệ thống điều khiển trong thực tế.
4.1 Phân tích kết quả
Phân tích kết quả cho thấy rằng bộ quan sát trượt cải tiến có thể giảm thiểu hiện tượng chattering và nâng cao độ chính xác trong việc ước lượng vị trí góc của rôto. Các thí nghiệm cho thấy rằng hệ thống có thể hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện khác nhau, từ đó khẳng định giá trị thực tiễn của nghiên cứu. Kết quả này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các hệ thống điều khiển không cảm biến trong tương lai.
