Điều khiển vị trí động cơ không đồng bộ ứng dụng bộ điều khiển trượt SMC

 ISSN: 1859-2171 
e-ISSN: 2615-9562 
TNU Journal of Science and Technology 225(06): 521 - 527 
 Email: jst@tnu.edu.vn 521 
ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 
ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT SMC 
Lê Thị Thu Phương*, Đặng Thị Loan Phượng 
 Trường Đại học Công nghệ thông tin & Truyền thông – ĐH Thái Nguyên 
TÓM TẮT 
Động cơ không đồng bộ ba pha là đối tượng phi tuyến khá phức tạp với nhiều đầu vào, nhiều đầu 
ra. Trong các cách mô tả toán học động cơ không đồng bộ, mô hình trạng thái cung cấp cho ta hiểu 
biết chi tiết về bản chất bên trong của đối tượng cũng như là cơ sở thuận lợi để thiết kế các khâu 
điều chỉnh, quan sát. Bộ điều khiển trượt sliding mode control (SMC) được ứng dụng để điều 
khiển cho hệ thống phi tuyến là động cơ không đồng bộ ba pha. Mục đích là để hệ thống đạt được 
sự ổn định nhanh và sai lệch bám nhỏ với sự biến đổi tham số động cơ, tham số tải cũng như nhiễu 
bên ngoài tác động. Qua mô phỏng Matlab Simulink đưa ra được đường đặc tính với sai lệch tĩnh 
nhỏ, tốc độ đạt tới tốc độ đặt của động cơ. 
Từ khóa: điều khiển tự động; điều khiển trượt (SMC); động cơ không đồng bộ ba pha; hệ phi 
tuyến; điều khiển vị trí 
Ngày nhận bài: 12/5/2020; Ngày hoàn thiện: 31/5/2020; Ngày đăng: 31/5/2020 
SLIDING MODE CONTROL FOR ASYNCHRONOUR MOTOR 
Le Thi Thu Phuong*, Dang Thi Loan Phuong 
TNU - University of Information and Communication Technology 
ABSTRACT 
Asynchronour motor is quite complex nonlinear object with many inputs and many outputs. In the 
mathematical description of special forces engine, the state model gives us a detailed 
understanding of the intrinsic nature of the object as well as a convenient basis for the design of 
adjustment and observation stages. SMC sliding mode control is used to control nonlinear systems 
as three-phase asynchronous motors. The goal is for the system to achieve fast stability and minor 
grip deviations with changes in motor parameters, load parameters as well as external noise. 
Through Matlab Simulink simulation, we can provide characteristic curve with small static 
deviation, the speed reaches the set speed of the engine. 
Keywords: Automatic control; sliding mode control SMC; three-phase asynchronous motors; 
nonlinear system; position control 
Received: 12/5/2020; Revised: 31/5/2020; Published: 31/5/2020 
* Corresponding author. Email: lttphuong@ictu.edu.vn
Lê Thị Thu Phương và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 225(06): 521 - 527 
 Email: jst@tnu.edu.vn 522 
1. Đặt vấn đề 
Động cơ không đồng bộ là loại động cơ được 
sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hiện nay 
bởi tính ổn định cao và giá thành tương đối 
thấp. Tuy nhiên động cơ không đồng bộ là 
loại động cơ có tính phi tuyến. Vì vậy việc 
điều khiển động cơ không đồng bộ là vấn đề 
được khá nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. 
Hiện nay có một số các nghiên cứu về điều 
khiển động cơ không đồng bộ như: điều khiển 
tựa từ thông rotor (FOC), điều khiển moment 
trực tiếp (DTC), điều khiển mờ 
Mục đích của bài báo này là nghiên cứu và 
ứng dụng bộ điều khiển trượt vị trí để điều 
khiển động cơ không đồng bộ ba pha. Trước 
tiên là đưa ra mô hình toán học của động cơ 
không đồng bộ ba pha với hệ trục dq. Sau đó 
ứng dụng FOC để điều khiển vòng trong của 
động cơ không đồng bộ. Từ đó đưa bộ điều 
khiển SMC để điều khiển vị trí cho động cơ 
không đồng bộ. Trong bài báo này mô hình 
điều khiển trượt được áp dụng cho động cơ 
MTKM211_6 nhằm giúp hệ thống ổn định 
nhanh, sai lệch bám nhỏ, và tốc độ nhanh 
chóng đạt giá trị tốc độ đặt. 
2. Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha 
Trong mặt phẳng cắt ngang trục động cơ, 
động cơ không đồng bộ gồm có 3 cuộn dây 
có góc lệch nhau là 120o. Ta thiết lập một hệ 
tọa độ phức với trục phức đi qua trục cuộn 
dây pha A của động cơ, ta định nghĩa vectơ 
không gian cho điện áp stator [1]: 
0 0120 1202( ) ( ) ( ) ( )
3
j j
s sa sb scU t U t U t e U t e
− = + +
0 0120 1202( ) ( ) ( ) ( ) (1)
3
j j
s sa sb scU t U t U t e U t e
− = + +
Theo công thức (1), vector us(t) là vector có 
modul không đổi quay trên mặt phẳng phức 
với tốc độ góc ωs= 2πfsvà tạo với trục thực 
một góc pha γ=ωst . 
Với vector không gian điện áp stator có 
modul là sU và quay trong mặt phẳng phức 
với tốc độ góc ωs. Trục cuộn dây A là trục 
thực α và trục vông góc với nó là trục ảo β. 
Trong mặt phẳng của hệ tọa độ (α-β) ta xét 
thêm một hệ tọa độ thứ hai có trục hoành d và 
trục tung q. Hệ tọa độ này quay với tốc độ 
đồng bộ, có chung điểm gốc và nằm lệch đi 
một góc s so với hệ tọa độ stator như hình 1. 
 Hình 1. Mối liên hệ giữa hệ tọa độ (α-β) và hệ (d-q) 
Vector sU được đặt trong hệ tọa độ trực giao 
(d,q) quay với tốc độ đồng bộ ωs=2πf/pp. 
cos( )
(2)
cos( )
sd s su s
sq s su s
U U
U U
 
 
 = − 
= − 
Ta xác định được phương trình điện áp và từ 
thông của động cơ không đồng bộ trên hệ dq 
'
' ' ' '
'
' ' ' '
(3)
sd
sd s sd s sq
sq
sq s sq s sd
rd
rd r sd sl sq
rq
rq r sq sl sd
d
U R i
dt
d
U R i
dt
d
U R i
dt
d
U R i
dt





 

 
= + − 
= + − 
 = + −
 = + −
'
'
' ' '
' ' '
sd s sd m rd
sq s rq m rq
rd r rd m sd
rq r rq m sq
L i L i
L i L i
L i L i
L i L i




 = +
= + 
= + 
= + 
Chuyển sang các dạng thành phần của vector 
trên hai trục tọa độ: 
1 1 1 1 1
( )
1 1 1 1 1
( )
(4)
1
1
sd
sd s sq rd rq sd
s r r m m s
sq
sq s sd rq rd sq
s r r m m s
rd m
sd rd sl rq
r r
rq m
sq rq sl rd
r r
di
i i u
dt T T T L L L
di
i i u
dt T T T L L L
d L
i
dt T T
d L
i
dt T T
  
  
    
  
  
    

  

  
− − − 
= − + + + + + 
 − − −
= − + − + − + 
 = − +
= − + 
Lê Thị Thu Phương và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 225(06): 521 - 527 
 Email: jst@tnu.edu.vn 523 
3. Điều khiển vector tựa từ thông rotor FOC 
Trong không gian d,q tựa từ thông rotor, có 
thể coi các đại lượng điện từ biến thiên chậm 
là các đại lượng 1 chiều [2]. 
(5)
 0
rd r r rd r rq
rq r rq r sq
L i L i
L i L i


 = = − + 
 = = − + 
Phương trình điện áp rotor trên trục 0d: 
-0 (6)r rd rR i s= − + 
Suy ra: 
( )/ 1rd M sd rL i sT = +
Trong chế độ xác lập ta có thể coi ird =0 và có 
mô hình gần đúng của động cơ không đồng 
bộ trong hệ tọa độ dq quay đồng bộ tựa từ 
thông rotor. Biến đổi sơ đồ động cơ không 
đồng bộ trên hệ dq thành mô hình tương 
đương hình 2: 
Hình 2. Mô hình gần đúng của động cơ không 
đồng bộ trong hệ trục dq tựa từ thông rotor 
Bộ điều khiển dòng điện riêng rẽ có lấy tách 
kênh như hình 3. 
 Hình 3. Mô hình bộ điều khiển dòng điện có bù 
tách kênh 
Ta có thể dễ dàng lập được mô hình mạch 
vòng điều khiển từ thông rotor, trong đó coi 
rằng dòng điện dọc trục có đáp ứng động học 
rất nhanh bởi đã được bù như hình 4. 
 Hình 4. Hình mạch vòng điều khiển từ thông 
4. Thiết kế bộ điều khiển trượt SMC cho 
động cơ không đồng bộ 
Ta áp dụng phương pháp điều khiển trượt 
sliding mode control (SMC) cho động cơ 
không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc bằng 
cách điều khiển vector và thiết kế các tiêu chí 
cho biến số điều khiển [3]. 
Có hai ưu điểm chính của điều khiển trượt đó là: 
+ Tính chất bền vững của hệ thống 
+ Không nhạy cảm với sự biến đổi của những 
thông số trong hệ thống, ở trạng thái động và 
những điểm lỗi. 
Hình 5. Cấu trúc bộ điều khiển trượt 
Ta cần xác định luật điều khiển hồi tiếp T sao 
cho vector trạng thái của hệ thống x 0 khi 
t . Để đạt được điều này trong điều khiển 
trượt người ta sử dụng hàm trượt [4]: 
1 2
2 1 01 2
... (7)
n n
y y
nn n
d y d y dy
S a a a y
dtdt dt
− −
−− −
= + + + + 
Trong đó: n là bậc của mô hình đối tượng 
điều khiển. 
Hệ số a0, a1,,an-2 được chọn sao cho đa thức 
đặc trưng 
Ta có : S=xn+an-2xn-1++a1x2+a0x1=0 
mô tả một mặt trong không gian trạng thái n 
chiều gọi là mặt trượt (sliding) 
Lê Thị Thu Phương và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 225(06): 521 - 527 
 Email: jst@tnu.edu.vn 524 
Với hàm trượt S, nhiệm vụ của bộ điều khiển 
là xác định luật điều khiển T sao cho S 0 
trong khoảng thời gian hữu hạn. Các quỹ đạo 
pha của hệ thống được đưa về mặt trượt và 
duy trì trên mặt trượt một cách bền vững [5]. 
Ta áp dụng điều khiển trượt SMC vào truyền 
động cho động cơ không đồng bộ được điều 
khiển vector. Chính là điều khiển quỹ đạo 
trượt toàn phần bao gồm phần tăng tốc, giảm 
tốc và tốc độ hằng. Việc thiết kế các tiêu chí 
cho biến số điều khiển với các thông số của 
bộ điều khiển không bị ảnh hưởng bởi các 
thông số khác như hằng số mômen Kt, 
mômen quán tính J, hệ số ma sát tắt dần B, và 
mômen tải TL sau: 
Te =KTisq (8) 
Trong đó: KT là moment xoắn được xác định: 
 (9) 
Hình 6. Phương pháp điều khiển sử dụng bộ điều 
khiển SMC với động cơ không đồng bộ 
Từ hình 6 phương pháp điều khiển sử dụng 
SMC với động cơ không đồng bộ ta biểu diễn 
mô hình dưới dạng toán học trong miền 
không gian theo hai biến X1 và X2. Ta có 
được các phương trình: 
2 2 1 (10)t LJSX BX K K U T+ = − + 
12
2
1
 (11)t L
K K UdX B
X T
dt j j j
= − − + 
1
1
22
0 1 0 0
0
L
dX
Xdt
U T
XdX b a d
dt
= + + − − 
 (12) 
Với b=B/J 
 a=KtK1/J 
 d=1/J 
Hình 7 thể hiện phương pháp điều khiển SMC 
bám quỹ đạo với ba phần tăng tốc, tốc độ 
hằng và giảm tốc. 
Hình 7. Đường quỹ đạo thực bám theo quỹ đạo 
cho trước 
Luật điều khiển của SMC được mô tả bởi 
phương trình toán học như sau: 
 3 1 1 2 2. (13)U A Sgn X X  = + + 
Với 
3
3
3
1 if 0
1 if 0
Sgn



+ 
= 
− 
1
1
1
2
2
2
 if 0
 (14)
 if 0
 if 0
 if 0
i i
i i
i i
i i
X
X
X
X
 

 
 

 
= 
= 
Kết hợp phương trình trạng thái của hệ thống 
vào các phần ta được: 
Phần giảm tốc: 
( ) ( )1 1 3 2 2 33 0LX a X b a C dT    − − + − + (15) 
Phần tốc độ hằng: 
2 1 1 2 2 2( ) (b ) 0LX a X a dT   − − + − (16) 
Từ phương trình (15), (16) chỉ ra rằng các hệ 
số lựa chon của SMC là rất linh hoạt. Nó có 
thể xem là an toàn khi xét α3 và γ3 là dương và 
β3 và λ3 là âm. Phần tốc độ hằng có α2 và γ2 là 
dương và β2 và λ2 là âm. 
• Thông số động cơ 
Chọn động cơ không đồng bộ kiểu 
MTKM211_6 với các thông số như sau: 
Công suất P = 5 (Kw) 
Dòng định mức Idm=12.5 (A) 
Điện áp dây U=380 (V) 
Tần số f=50 (Hz) 
Điện trở stator Rs=1.41 (Ω) 
Lê Thị Thu Phương và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 225(06): 521 - 527 
 Email: jst@tnu.edu.vn 525 
Điện trở rotor Rr=2.0 (Ω) 
Điện cảm stator Ls=0.1335 (H) 
Điện cảm rotor Lr=0.139 (H) 
Điện cảm hỗ cảm Lm=0.1335 (H) 
Moment quán tính J=0.11 (kg.m2) 
Số đôi cực p=3 
Điện cảm tiêu tán stator Lσs=0.0041 (H) 
Điện cảm tiêu tán roto Lσr=0.0055 (H) 
Tốc độ roto: ω= 96.33 (rad/s) 
 ωs= 104.67 (rad/s) 
Mômen định mức: Mdm=52 (Nm) 
Hình 8. Mô hình hệ thống điều khiển trượt vị trí cho động cơ không đồng bộ ba pha trên Matlab - Simulink 
Hình 9. Khối mô hình điều khiển dòng điện 
Sử dụng Matlab Simulink xây dựng mô hình hệ thống động cơ không đồng bộ sử dụng bộ điều 
khiển SMC ở hình 8 và hình 9. Với thông số của bộ PID controller là: KP=4,8; KI=1705; KD=0. 
Bộ PID controller 1 là: Kp=60; KI=500; KD=0. 
• Kết quả mô phỏng 
Lê Thị Thu Phương và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 225(06): 521 - 527 
 Email: jst@tnu.edu.vn 526 
Hình 10. Đáp ứng về vị trí X1 với tốc độ X2 của 
bộ điều khiển SMC 
Hình 11. Đáp ứng về vị trí X1 và tốc độ X2 của hệ thống 
Vậy ta thấy rằng đáp ứng của hệ thống về vị 
trí và tốc độ qua bộ điều khiển SMC hình 10 
với hệ thống hình 11 là bám sát và thỏa mãn 
yêu cầu. 
Hình 12. Đáp ứng về vị trí của hệ thống SMC 
Nhận thấy qua mô phỏng về vị trí theo thời gian 
thì vị trí của hệ thống đạt tới vị trí đặt trong 
khoảng thời gian 0,46 s qua giản đồ hình 12. 
Hình 13. Đáp ứng về tốc độ của hệ thống SMC 
Tốc độ của động cơ khi có bộ điều khiển trượt 
vị trí nhanh chóng đạt tới tốc độ ổn định trong 
khoảng thời gian 0,5 s thể hiện ở hình 13. 
Hình 14. Đáp ứng về từ thông của động cơ sử 
dụng điều khiển SMC 
Hình 14 đưa ra sơ đồ đáp ứng về từ thông của 
hệ thống qua bộ điều khiển SMC khi không 
tải. Tuy nhiên khi sử dụng bộ điều khiển 
SMC ta thấy rằng từ thông của động cơ sau 
khi tăng lên sau 0,06 s sẽ có hiện tượng rung 
“chattering” đặc trưng của điều khiển SMC. 
Nhận xét: 
Qua kết quả mô phỏng cho thấy đáp ứng về vị 
trí và tốc độ của hệ thống sử dụng điều khiển 
chế độ trượt SMC tác động nhanh. Tốc độ của 
hệ thống ổn định trong thời gian 0,5 s. Tín 
hiệu đặt và đáp ứng khớp nhau. Sai lệch bám 
và sự hội tụ thỏa mãn yêu cầu. 
Đáp ứng về vị trí của hệ thống được xác lập 
bằng với vị trí đặt sau khoảng thời gian 0,46 s. 
Tuy nhiên hiện tượng rung thể hiện rõ rệt ở đáp 
ứng của từ thông và cách lựa chọn thông số cho 
bộ điều khiển SMC là tương đối khó khăn. 
5. Kết luận 
Bằng cách sử dụng phương pháp điều khiển 
trượt SMC cho động cơ không đồng bộ các 
kết quả trên Matlab Simulink cho thấy sự tác 
động nhanh và đáp ứng về vị trí và tốc độ của 
hệ thống bám sát đáp ứng về vị trí và tốc độ 
thông qua bộ điều khiển SMC. Tuy nhiên việc 
chỉnh định thông số của bộ điều khiển SMC cho 
các động cơ khác nhau là tương đối khó khăn. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO/ REFERENCES 
[1]. B.-J. Wang, and J.-J. Wang, “Slide mode 
control of surface-mount permanent magnet 
synchronous motor based on error model with 
Lê Thị Thu Phương và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 225(06): 521 - 527 
 Email: jst@tnu.edu.vn 527 
unknown load,” Journal of software, vol. 6, 
no. 5, pp. 021-028, 2011 
[2]. T. T. P. Le, “Application of field oriented 
control for induction motor,” TNU Journal of 
Science and Technology, vol. 127, no. 12/1, 
pp. 115-119, 2017. 
[3]. R. F. Hamade, and F. Ismail, “A case for 
aggressive drilling of aluminum,” Journal of 
Materials Processing Technology, vol. 166, 
no. 1, pp. 86-97, 2005. 
[4]. Y. Guo, and H. Long, “Self organizing fuzzy 
sliding mode controller for the position 
control of a permenant magnet synchronous 
motor drive,” Ain shams engineering journal, 
vol. 10, no. 2, pp. 109-118, 2011. 
[5]. H P. Nguyen, “Sensorless speed control of 
asynchronous motor using sliding mode 
observer,” TNU Journal of Science & 
Technology, vol. 136, pp. 012-018, 2019.