BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
PHÍ HOÀNG NHÃ
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẢI THIỆN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC
CỦA ĐỘNG CƠ TỪ TRỞ
Ngành: Kỹ thuật Điện
Mã số: 9520201
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. Phạm Hùng Phi
2. TS. Đào Quang Thủy
Hà Nội - 2022
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên
cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được tác
giả khác công bố.
Hà Nội, ngày tháng năm 2022
Tập thể hướng dẫn Nghiên cứu sinh
Phạm Hùng Phi Đào Quang Thủy Phí Hoàng Nhã
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình làm luận án, tôi đã nhận được nhiều góp ý về chuyên môn cũng
như sự ủng hộ giúp đỡ của tập thể cán bộ hướng dẫn, của các nhà khoa học, của các
bạn đồng nghiệp. Tôi xin gửi tới họ lời cảm ơn sâu sắc.
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn đến hai thầy hướng dẫn là TS Phạm Hùng Phi và TS
Đào Quang Thủy đã trực tiếp bằng tâm huyết hướng dẫn tôi trong suốt thời gian
qua.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học, tập thể Bộ môn Thiết bị điện-
điện tử, Viện Điện, đặc biệt là TS Phùng Anh Tuấn - trưởng bộ môn TBĐ-ĐT luôn
động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và
nghiên cứu thực hiện đề tài luận án.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các cộng sự, các đồng nghiệp tôi tại Khoa Điện
trường Đại học Công nghiệp Hà Nội nơi tôi công tác đã tạo mọi điều kiện thuận lợi
nhất để tôi được yên tâm học tập, nghiên cứu.
Cuối cùng là cảm ơn sự ủng hộ, động viên, khích lệ của gia đình thân yêu tôi để
tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập.
Nghiên cứu sinh
Phí Hoàng Nhã
iii
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.................................................v
DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................................vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ..............................................................viii
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ TỪ TRỞ ........................................ 4
1.1. Giới thiệu về động cơ từ trở ................................................................ 4
1.1.1. Cấu trúc động cơ ................................................................................. 4
1.1.2. Nguyên lý hoạt động ........................................................................... 4
1.1.3. Ưu điểm, hạn chế của động cơ ........................................................... 5
1.2 Phương trình toán học của động cơ .................................................... 6
1.2.1 Phương trình điện áp ........................................................................... 6
1.2.2 Phương trình mô men ......................................................................... 7
1.2.3 Phương trình cơ .................................................................................. 8
1.3. Các giải pháp cải thiện đặc tính làm việc của động cơ từ trở ............. 8
1.3.1. Giải pháp thay đổi cấu trúc động cơ ................................................... 8
1.3.2. Giải pháp điều khiển động cơ ........................................................... 14
1.4. Kết luận chương 1 ............................................................................. 20
Chƣơng 2. PHƢƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH TỪ THÔNG CỦA ĐỘNG CƠ
TỪ TRỞ CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƢỞNG CỦA HỖ CẢM VÀ BÃO HÕA MẠCH
TỪ............................................................................................................................. 21
2.1 Tổng quan về phương trình đặc tính từ thông .................................. 21
2.1.1 Đặt vấn đề ......................................................................................... 21
2.1.2 Các phương pháp xác định đặc tính từ thông ................................... 21
2.1.3 Đánh giá các công trình liên quan về phương trình đặc tính từ thông
...........................................................................................................22
2.2 Phương trình đặc tính từ thông có xét đến ảnh hưởng của hỗ cảm và
bão hòa mạch từ .................................................................................................... 24
2.2.1 Đặt vấn đề ......................................................................................... 24
2.2.2 Đánh giá ảnh hưởng của hỗ cảm giữa các pha trong động cơ từ trở 24
2.2.3 Phương trình đặc tính từ thông động cơ từ trở có xét đến ảnh hưởng
của hỗ cảm và bão hòa mạch từ ......................................................................... 26
2.3 Mô hình thuận của động cơ từ trở .................................................... 29
2.3.1 Đặt vấn đề ......................................................................................... 29
2.3.2 Cấu trúc mạng nơ ron của mô hình thuận ......................................... 29
2.3.3 Thuật toán lan truyền ngược huấn luyện mạng ................................ 31
2.4 Mô hình nghịch của động cơ từ trở .................................................. 33
2.4.1 Đặt vấn đề ......................................................................................... 33
2.4.2 Cấu trúc mạng nơ ron của mô hình dòng điện nghịch ...................... 33
2.4.3 Thuật toán lan truyền ngược huấn luyện mạng cho mô hình dòng
điện nghịch ......................................................................................................... 35
2.4.4 Mô hình từ thông nghịch đảo ............................................................ 37
iv
2.5 Mô phỏng kiểm chứng mô hình thuận và nghịch của động cơ từ trở
...........................................................................................................37
2.5.1 Kiểm chứng mô hình thuận .............................................................. 37
2.5.2 Kiểm chứng mô hình dòng điện nghịch ........................................... 42
2.5.3 Kiểm chứng mô hình từ thông nghịch đảo ....................................... 43
2.6 Kết luận chương 2 ............................................................................. 44
Chƣơng 3. ĐIỀU KHIỂN BACKSTEPPING CHO ĐỘNG CƠ TỪ TRỞ
ĐƢỢC PHÁT TRIỂN THEO MÔ HÌNH KẾT HỢP PHI TUYẾN .................. 45
3.1 Mô hình động học của động cơ từ trở ............................................... 45
3.1.1 Đặt vấn đề ......................................................................................... 45
3.1.2 Mô hình kết hợp phi tuyến của động cơ từ trở ................................. 45
3.2 Thiết kế bộ điều khiển Backstepping cho động cơ từ trở theo mô hình
kết hợp phi tuyến ................................................................................................... 51
3.2.1 Cơ sở kỹ thuật điều khiển Backstepping .......................................... 51
3.2.2 Bộ điều khiển Backstepping cho động cơ từ trở............................... 53
3.2.3 Cấu trúc hệ thống điều khiển ............................................................ 56
3.3 Kết quả mô phỏng kiểm chứng ......................................................... 56
3.3.1 Trường hợp tốc độ đặt thay đổi ........................................................ 57
3.3.2 Trường hợp tải thay đổi .................................................................... 58
3.4 Kết luận chương 3 ............................................................................. 59
Chƣơng 4. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN BACKSTEPPING KẾT HỢP BỘ
QUAN SÁT TRẠNG THÁI PHI TUYẾN, BỘ ƢỚC LƢỢNG BẰNG MẠNG
NƠ RON NHÂN TẠO ............................................................................................61
4.1 Bộ điều khiển Backstepping cho động cơ từ trở kết hợp bộ quan sát
trạng thái ..........................................................................................................61
4.1.1 Đặt vấn đề ......................................................................................... 61
4.1.2 Bộ quan sát trạng thái phi tuyến ....................................................... 61
4.1.3 Cấu trúc hệ thống điều khiển ............................................................ 63
4.1.4 Kết quả mô phỏng kiểm chứng ......................................................... 64
4.2 Bộ điều khiển Backstepping kết hợp bộ ước lượng từ thông bằng
mạng nơ ron nhân tạo ............................................................................................ 69
4.2.1 Đặt vấn đề ......................................................................................... 69
4.2.2 Bộ ước lượng từ thông bằng mạng nơ ron nhân tạo ......................... 69
4.2.3 Cấu trúc hệ thống điều khiển ............................................................ 69
4.2.4 Kết quả mô phỏng kiểm chứng ......................................................... 70
4.3 Đánh giá ảnh hưởng sai lệch đặc tính từ thông quan sát và đặc tính từ
thông ước lượng đến chất lượng hệ thống điều khiển........................................... 73
4.3.1 Đặt vấn đề ......................................................................................... 73
4.3.2 Trường hợp giảm tải ......................................................................... 73
4.3.3 Trường hợp tăng tải .......................................................................... 75
4.4 Kết luận chương 4 ............................................................................. 77
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................................78
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN....................79
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................80
PHỤ LỤC..................................................................................................................86