NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN
- Tên đề tài: Điều khiển động cơ BLDC bằng phương pháp giả vector PVC.
- Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Tạ Cao Minh.
- Nhóm sinh viên:
1. Cao Bá Đại, lớp TĐH2, SHSV: 20060693
2. Nguyễn Bảo Trung, lớp TĐH1, SHSV: 20063345
3. Đoàn Minh Hùng, lớp TĐH1, SHSV: 20061445
4. Đỗ Trung Kiên, lớp TĐH2, SHSV: 20061698
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu thuật toán “Điều khiển giả vector” (Pseudo
Vector Control - PVC) để động cơ BLDC.
Hình 1. Mô hình điều khiển theo phương pháp PVC
- Đặc điểm kỹ thuật chủ yếu: Xây dựng một cách ước lượng mới cho các dòng điện đặt ba pha,
loại bỏ hiện tượng chuyển mạch dòng điện tức thời, giúp giảm sự đập mạch momen thường
thấy ở động cơ BLDC. Thêm vào đó là khả năng điều khiển giảm từ thông, giúp mở rộng
vùng điều chỉnh tốc độ cho hệ truyền động BLDC.
- Ứng dụng: Những hệ thống đòi hỏi chất lượng mômen cao như ô tô điện, máy công cụ, hoặc
yêu cầu dải điều chỉnh tốc độ rộng (vượt quá tốc độ cơ bản).
- Cụ thể ở đề tài này là áp dụng điều khiển động cơ truyền động cho ô tô điện.
- Nhiệm vụ nghiên cứu: 1. Nghiên cứu thuật toán điều khiển giả vector PVC; 2. Kiểm nghiệm
thuật toán qua mô phỏng; 3.Thử nghiệm thuật toán trên mạch thực.
MỤC LỤC
NỘI DUNG
1. Tóm tắt
2. Cơ sở lý thuyết
3. Phương pháp PVC
4. Giảm nhấp nhô mômen
5. Mở rộng vùng làm việc
6. Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tóm tắt:
Ta tiến hành mô phỏng và làm thực nghiệm với thuật toán “Điều khiển giả vector” (Pseudo

m
* và có các góc pha xác định từ cảm biến Hall (6 lần/chu kỳ). Điều này khiến cho
dòng điện đặt các pha sẽ có dạng hình chữ nhật. Tuy nhiên, dòng điện thực tế không có dạng chữ
nhật lý tưởng. Tại các thời điểm chuyển mạch dòng điện, sự giảm dòng điện luôn chậm hơn sự
tăng dòng điện, nên tổng dòng điện ba pha khác 0. Như vậy, xuất hiện thành phần xung dòng điện
(dòng “peak”) gây nhấp nhô mômen tại thời điểm chuyển mạch.
0.312 0.314 0.316 0.318 0.32 0.322 0.324 0.326 0.328
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
Current0.312 0.314 0.316 0.318 0.32 0.322 0.324 0.326 0.328
0.35
0.4
0.45
0.5
0.55
Time (s)
TorqueIa
Ib

m
). Cách ước lượng mới
này có lẽ sẽ tốt hơn cách ước lượng trước đây.
a) Phương pháp PVC
b) Phương pháp điều khiển vector
Hình 8. Khối điều khiển dòng điện
Cần chú ý rằng khối điều khiển dòng điện của phương pháp PVC có sự khác biệt so với
phương pháp FOC. Phương pháp PVC chuyển lượng đặt dòng điện từ dqabc, rồi điều khiển
dòng ba pha. Còn phương pháp FOC điều khiển dòng dq, rồi chuyển lượng đặt điện áp từ dqabc
để điều khiển PWM. Như vậy, trong phương pháp PVC, các đại lượng được tính toán trong hệ tọa
độ dq nhưng điều khiển trong hệ tọa độ ba pha abc nên nó mới có tên gọi là điều khiển “giả”
vector.
Động cơ có sức phản điện động hình sin, các dòng điện i
d
*; i
q
* qua phép biến đổi Park có
dạng một chiều nên dễ điều khiển. Trong khi động cơ BLDC có sức phản điện động hình thang,
qua phép biến đổi Park, các dòng điện i
d
*; i
q
* có dạng bậc 6, không thể điều khiển được. Vì thế, ta
bắt buộc phải quy đổi trở lại các giá trị dòng điện pha để điều khiển.
3.2. Cách ước lượng mới:
Hình 9. Khối ước lượng mới cho dòng điện đặt ba pha
Ta sẽ không ước lượng dòng điện đặt cho ba pha theo dòng điện i
m
* và góc θ như phương
pháp truyền thống mà sẽ ước lượng dựa vào biểu thức:

q
* dựa vào yêu cầu về momen đặt T*, tốc độ động
cơ ω
m
và sức phản điện động e
d
; e
q
theo biểu thức (3).
Do động cơ BLDC là động cơ đồng bộ nên i
d
* = 0. Thay vào biểu thức (3) ta có:
Từ các công thức trên, ta thấy cần phải có các giá trị sức phản điện động e
d
và e
q
. Chúng sẽ
được xác định dựa vào sức phản điện động các pha e
a
, e
b
, e
c
và góc điện θ
e
của động cơ theo phép
biến đổi Park như sau:
Như vậy, để thực hiện thuật toán PVC, có hai nhiệm vụ rất quan trọng cần thực hiện:
• Đo offline các giá trị sức phản điện động các pha e
a

e
= 0,1719 V/rad/s
• Dòng điện định mức: I
đm
= 2 A
• Mômen định mức: M
đm
= 0,343 Nm
• Số đôi cực p
p
= 4
• Đường kính: d = 93 mm
• Đường kính rotor d
r
= 8 mm
• Hệ số mômen: K
m
= 0,1715 Nm/A
b) Mô hình mô phỏng:
Hình 10. Mô hình mô phỏng phương pháp điều khiển PVC
Hình 11. Khối ước lượng dòng điện đặt cho ba pha theo thuật toán PVC
c) Kết quả mô phỏng:
a. Phương pháp truyền thống
b. Phương pháp PVC
Hình 12. Kết quả đặc tính dòng điện pha a, momen và quỹ đạo từ thông
d) Nhận xét:
− Khi điều khiển theo phương pháp truyền thống, dòng điện các pha có dạng hình chữ nhật
không lý tưởng, gây nhấp nhô mômen lớn tại các thời điểm chuyển mạch. Ngoài ra, cũng
do sự chuyển mạch không lý tưởng của dòng điện (6 lần trong 1 chu kỳ) nên quỹ đạo từ
thông của động cơ BLDC có 6 “gai” (“bậc”) trong 1 chu kì.

- 0 . 0 3 - 0 . 0 2 - 0 . 0 1 0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3
- 0 . 0 3
- 0 . 0 2
- 0 . 0 1
0
0 . 0 1
0 . 0 2
0 . 0 3
F l u x t r a j e c t o r y
f l u x b e t a ( W b )
f l u x a l p h a ( W b )
0.32 0.322 0.324 0.326 0.328 0.33 0.332 0.334 0.336 0.338 0.34
0.35
0.4
0.45
0.5
0.55
Electromagnetic torque
Time (s)
- 0 . 0 3 - 0 . 0 2 - 0 . 0 1 0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3
- 0 . 0 3
- 0 . 0 2
- 0 . 0 1
0
0 . 0 1
0 . 0 2
0 . 0 3
F l u x t r a j e c t o r y
f l u x a l p h a ( W b )
f l u x b e t a ( W b )

V i o u t
7
V C C
8
P h a s e B
P h a s e B _ I b
V C C _ 5 V
I b _ S e n s o r
C 3 7
0 . 1 u F
C 3 8
1 n F
S 1
R 3 1
6 . 8 R / 2 W
n g u o n a b c d a t
C 4 2 C 1 0 4
S 3
C 4 3 C 1 0 4
S 5
C 4 4 C 1 0 4
U 1
I R 2 1 0 3
V C C
1
H I N
2
L I N
3
C O M

V D D
1 1
V S S
1 2
O S C 1 / C L K I N
1 3
O S C 2 / C L K O / R C 1 5
1 4
E M U D 1 / S O S C I / T 2 C K / U 1 A T X / C N 1 / R C 1 3
1 5
E M U C 1 / S O S C O / T 1 C K / U 1 A R X / C N 0 / R C 1 4
1 6
F L T A / I N T 0 / R E 8
1 7
E M U D 2 / O C 2 / I C 2 / I N T 2 / R D 1
1 8
O C 4 / R D 3
1 9
V S S
2 0
A V D D
4 0
A V S S
3 9
P W M 1 L / R E 0
3 8
P W M 1 H / R E 1
3 7
P W M 2 L / R E 2
3 6

P h a s e B
P h a s e C
R 2 7
5 6 0 R
D 9
L E D
C 2 8
C 1 0 4
C 2 9
C 1 0 4
D 8
L E D
C 3 0
C 1 0 4
D 7
L E D
R 2 6
5 6 0 R
J 1 6
C O N 5
1
2
3
4
5
Chiet ap
5 K
V C C _ 5 V
D a t t o c d o
Phan luc

I R F 6 4 0
G 1
I b _ S e n s o r
S 5
S 1
M C L R
U 3
I R 2 1 0 3
V C C
1
H I N
2
L I N
3
C O M
4
L O
5
V S
6
H O
7
V B
8
R 2 4 6 . 8 R / 2 W
C 1 4
1 0 u F
S T A R T / S T O P
R 2 8
5 6 0 R

4
L O
5
V S
6
H O
7
V B
8
G N D
D 1 2
1 N 4 1 4 8
1 2
C 1 2
1 0 u F
P W M 1 H
P W M 1 L
G N D
P W M 2 L
V C C _ 5 V
P W M 2 H
D a t t o c d o
P h a s e C
P W M 3 L
D 1 3
1 N 4 1 4 8
1 2
V C C _ 5 V
P W M 3 H
K h o i V i X u L y

F 2
F U S E
1 2
G 6
C 1 3
1 0 u F
G 5
P h a s e A _ I a
G 2
P h a s e A
I a _ S e n s o r
G 4
C 1 5
1 0 u F
V C C _ 5 V
C 3 5
0 . 1 u F
C 1 6
1 0 u F
H A L L _ C
C 3 6
1 n F
H A L L _ B
H A L L _ A
Hình 13. Mạch lực và mạch điều khiển
c) Các mạch đo:
− Mạch đo sức phản điện động
Để thực hiện được phương pháp điều khiển PVC, chúng ta cần thông tin về sức phản điện
động của động cơ trong quá trình động cơ đang làm việc. Do đó, ta tiến hành đo offline giá trị sức
phản điện động này tại một tốc độ cố định rồi nội suy ra các giá trị tương ứng ở các tốc độ khác.

-0.5
0
0.5
1
1.5
2
Hình 17. Kết quả ước lượng dòng điện đặt
− Tiến hành ước lượng được góc theta một cách liên tục theo biểu thức . Trong đó, ω là tốc
độ tại mỗi thời điểm, còn t là chu kì trích mẫu. Ngoài ra, giá trị θo sẽ được cập nhật liên tục
6 lần trong một chu kì (tại các thời điểm chuyển mạch).
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Hình 18. Kết quả ước lượng góc theta
f) Vấn đề còn tồn tại:
− Chưa giải quyết được bộ điều khiển dòng điện khi đưa giá trị ước lượng mới cho dòng điện
đặt ba pha.
5. Mở rộng vùng làm việc:
5.1. Vấn đề còn tồn tại:
Một nhược điểm nữa của hệ điều khiển truyền thống là động cơ BLDC chỉ làm việc ở vùng
dưới tốc độ cơ bản. Trong năm 1995, C. C. Chan cho ra “nguyên lý dịch pha” để giải quyết vấn đề
này cho động cơ BLDC [2].
Phương pháp này đề cập tới 2 dạng điện từ trong dây cuốn của động cơ BLDC.Một là sức

1
(điểm f trên hình 19). Do điểm làm việc e, f nằm dưới đường cong giới hạn công suất, tổng công
suất của động cơ không thể được sử dụng tối đa.
5.2. Thuật toán PVC giúp mở rộng vùng làm việc:
Để mở rộng vùng điều chỉnh tốc độ của hệ truyền động, người ta thường sử dụng biện pháp
giảm từ thông. Với động cơ một chiều có thể dễ dàng điều khiển động cơ này trên tốc độ cơ bản
bằng cách giảm từ thông trong khi giữ điện áp cấp vào ở một giá trị không đổi. Với hệ điều khiển
vector cho động cơ không đồng bộ, ta giảm từ thông bằng cách giảm dòng điện sinh từ thông i
d
.
Chính vị vậy, thuật toán PVC đề xuất ý tưởng giảm từ thông cho động cơ BLDC bằng cách
tạo ra một dòng điện sinh từ thông i
d
âm (i
d
< 0) giúp mở rộng vùng làm việc.
Hình 20. Mô hình thành phần tính toán dòng điện đặt cho ba pha
Lúc này, nhiệm vụ của ta là xác định i
d
*; i
q
* dựa vào yêu cầu về momen đặt T*, tốc độ động
cơ ω
m
và sức phản điện động e
d
; e
q
theo biểu thức:
Dựa theo đặc tính làm việc, ta cũng chia làm hai vùng tốc độ để điều khiển như các động cơ

lượng sau để tính toán i
d
*:
Khi đó, ta sẽ lại ước lượng được dòng điện sinh mômen I
q
*
5.3. Kiểm chứng bằng mô phỏng:
Tốc độ đặt
*
m
ω
= 1800 vòng/phút (trên tốc độ cơ bản) với mômen tải sau 0,3s là 0,2 Nm (cần
giảm tải vì tăng tốc độ vượt quá tốc độ cơ bản). Ngoài ra, chúng ta cũng xem xét đến việc sử dụng
thuật toán PVC để điều khiển truyền động cho động cơ BLDC ở những vùng tốc độ cao hơn nữa
với tốc độ đặt là
*
m
ω
= 2000 vòng/phút.
a) Vùng trên tốc độ cơ bản ω
đặt

= 1800 (vòng/phút) > ω
cơ bản
= 1500 (vòng/phút):
a. Phương pháp HCC b. Phương pháp PVC
Hình 23. Kết quả đặc tính dòng điện pha a, momen, tốc độ
 Nhận xét:
0 0.0.5 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5
-0.2

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
Stator current Is
a
Time (s)
Stator current Is
aIa ref
Ia
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
Stator current Is

0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
Rotor speed
Time (s)
Rotor speed (rmp)speed ref
speed
− Không thể điều khiển động cơ BLDC ở vùng tốc độ cao theo phương pháp truyền thống.
Các giá trị dòng điện, mômen và tốc độ đều không bám được theo lượng đặt.
− Khi điều khiển theo phương pháp PVC, các giá trị dòng điện, mômen và tốc độ đều bám
được theo lượng đặt bởi lúc này chúng ta đã điều khiển giảm từ thông.
-0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03
-0.03
-0.02
-0.01
0
0.01
0.02
0.03

0.45
0.5
0.55
Electromagnetic torque
Time (s)
0.32 0.322 0.324 0.326 0.328 0.33 0.332 0.334 0.336 0.338 0.34
-3
-2
-1
0
1
2
3
Stato r current Is
a
Time (s)
0.32 0.322 0.324 0.326 0.328 0.33 0.332 0.334 0.336 0.338 0.34
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Stator current Is
a
Time (s)
a

 Nhược điểm:
− Tuy nhiên, thuật toán vẫn còn một vấn đề cần khắc phục. Đó là do công thức ước
lượng dòng điện I
d
* âm chưa tối ưu, mà chỉ là công thức kinh nghiệm.
− Dòng điện stator bị peak và mômen chưa bám theo lượng đặt tại vùng tốc độ cao hơn.
6.2. Đánh giá thuật toán PVC:
− Đối với việc nghiên cứu thuật toán điều khiển PVC, nhóm tiếp tục tìm cách ước lượng
tối ưu hơn cho dòng điện Id* âm tại vùng tốc độ cao.
− Đối với việc triển khai mạch, tiến hành cải tiến và hoàn thiện mạch điều khiển động cơ
BLDC ứng dụng thuật toán PVC tại vùng tốc độ thấp.
0.32 0.322 0.324 0.326 0.328 0.33 0.332 0.334 0.336 0.338 0.34
0.35
0.4
0.45
0.5
0.55
Electromagnetic torque
Time (s)
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] CaoMinh Ta, “Novel wide range speed control of permanent magnet brushless motor drives”,
IEEE Trans. Power Electron, vol. 10, pp. 539 - 546, 1995.
[1] C. C. Chan, J. Z. Jiang, W. Xia and K. T. Chau, “Novel wide range speed control of
permanent magnet brushless motor drives”, IEEE Trans. Power Electron, vol. 10, pp. 539 - 546,
1995.
Phase Advance Approach to Expand the Speed Range of Brushless DC Motor