Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển chính xác cho động cơ pmsm ứng dụng trong sản xuất công nghiệp trên cơ sở phương pháp điều khiển trượt mờ thích nghi

Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
T. Đ. Chuyển, , P. N. Sâm, “Nghiên cứu nâng cao chất lượng  trượt mờ thích nghi.” 26 
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN 
CHÍNH XÁC CHO ĐỘNG CƠ PMSM ỨNG DỤNG TRONG 
SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP TRÊN CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP 
ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT MỜ THÍCH NGHI 
Trần Đức Chuyển1*, Đỗ Quang Hiệp1, Phùng Mạnh Hùng2*, Phạm Ngọc Sâm1 
Tóm tắt: Trong bài báo này, tác giả trình bày một giải pháp nâng cao chất 
lượng điều khiển chính xác cho động cơ xoay chiều đồng bộ PMSM ứng dụng trong 
sản xuất công nghiệp trên cơ sở phương pháp điều khiển trượt mờ thích nghi. Thuật 
toán tổng hợp có ý nghĩa là nhằm đánh giá được chất lượng làm việc hệ thống 
truyền động điện bám trong công nghiệp và quân sự, kết quả được kiểm chứng mô 
phỏng trong môi trường Matlab-Simulink. 
Từ khóa: Điều khiển phi tuyến; Điều khiển trượt mờ thích nghi; Điều khiển thông minh. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Trong những năm gần đây, động cơ xoay chiều đồng bộ nam châm vĩnh cửu được sử 
dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền động điện công nghiệp và quân sự, nó được chế 
tạo thành các module chứa sẵn các chế độ; có điều chỉnh tốc độ chất lượng cao như xe 
điện, robot công nghiệp, các thiết bị y tế, các máy đóng viên thuốc trong ngành dược, 
.v.vvì các đặc tính nổi trội của nó (dải tốc độ làm việc rộng, tỉ số momen/dòng điện lớn, 
ít nhiễu, bền vững, hiệu suất cao, điều khiển chính xác) [1, 2]. Để ứng dụng các vấn đề 
này, một bộ điều khiển thông minh-Bộ điều khiển trượt mờ thích nghi; hoạt động hiệu quả 
trong một dải tốc độ rộng (từ tốc độ thấp đến tốc độ định mức; tốc độ cao) là một lựa chọn 
hấp dẫn [2, 18, 20]. 
Để ứng dụng vào các hệ thống điều khiển chính xác với nhiều cấp tốc độ khác nhau 
đảm bảo được mô men, đặc biệt là các vùng làm việc với nhiều dải tốc độ khác nhau thì hệ 
thống điều khiển đòi hỏi cần có độ chính xác cao như các hệ bám trong máy móc của 
ngành dược (máy đóng viên thuốc); yêu cầu “rất khắt khe” và trong công nghiệp, [5, 6], thì 
còn nhiều vấn đề phải giải quyết. Trong tài liệu [5, 6], [8, 10], mới chỉ đề xuất các phương 
pháp điều khiển mờ cho PMSM. 
1
1J
4J
5J
iJ
, , ,t t tJ M k
2 i
iC
iq 
2J 3J
nJ
Hình 1. Sơ đồ động học thể hiện mối quan hệ các phần tử trong phần cơ của một hệ 
thống truyền động điện. 
Nhằm tạo ra các cấu trúc thích hợp bảo đảm tính tối ưu cho hệ thống, khi thiết kế động 
học các hệ thống truyền động điện bám cần phải đưa ra các chỉ tiêu chất lượng, [1, 16]. 
Đây là bài toán điều khiển tối ưu đa mục tiêu và có nhiều cách giải quyết khác nhau. Bài 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, 6 - 2019 27
báo này trình bày những nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển chính xác cho động 
cơ xoay chiều đồng bộ PMSM ứng dụng trong xưởng sản xuất công nghiệp; có tính đến 
yếu tố phi tuyến bất định, động học của động cơ chấp hành và các bộ biến đổi trên cơ sở 
phương pháp điều khiển trượt mờ thích nghi, [5, 6, 8, 16]. 
2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ 
KÍCH TỪ NAM CHAM VĨNH CỬU 
Trước hết ta đi xét: Mô hình toán học động cơ chấp hành ba pha PMSM với cấu trúc 
các cuộn dây stator và roto là nam châm vĩnh cửu được thể hiện như, [4]. 
Bằng cách lấy toạ độ rotor của động cơ PMSM như toạ độ tham chiếu, trên mặt phẳng 
hệ trục toạ độ d-q được biểu diễn bởi phương trình sau đây, [4, 8, 9]: 
1 2 3
4 5 6
4 6
 
 




qs L
qs qs qs ds
ds ds ds qs
k i k k T
i k i k k V i
i k i k V i
 (1) 
trong đó, TL là mô men tải,  là tốc độ góc rotor, iqs; ids là dòng điện stator trục d và trục q 
đã được tuyến tính hoá, Vqs là điện áp trục q, Rs điện trở stator, Vds là điện áp trục d, và ki 
> 0, i = 1.6, là các giá trị tham số được tính bằng: 
2
1 2 3 4 5 6
3 1 1
, , , , ,
2 4 2

 s mm
s s s
Rp B p
k k k k k k
J J J L L L
 (2) 
   qs s qs q qs ds ds mV R i L i L i (3) 
  ds s ds d ds sq qsV R i L i L i (4) 
 s s
3
( )
2 2
 e m qs d q d q
p
T i L L i i (5) 
2 2
  e LT T B J
p p
 (6) 
với Te là momen điện từ, p là số đôi cực, Rs điện trở stator, Ls điện cảm stator, J mô men 
quán tính rotor, B hệ số ma sát nhớt, m từ thông móc vòng và   
 ; khi đó bộ ước 
lượng trạng thái phi tuyến để ước lượng  , tốc độ rotor  , thành phần không đo được của 
động cơ. 
Một cách khác để tiện cho việc tính toán thì trên hệ toạ độ trục tham chiếu d-q của 
động cơ ta có thể viết, [4]: 
e
e
s
s
e
s
e
r
e
qr
0 0
0
0
m m
s s s e e
r r
d
d m m
s e s s ee
qsr rq
r r d
m sl
r r
r r
m sl
r r
L L
R L p L p
L L
iv L L
L R L p p
iL Lv
R R
L p
L L
R R
L p
L L
   
   



 (7) 
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
T. Đ. Chuyển, , P. N. Sâm, “Nghiên cứu nâng cao chất lượng  trượt mờ thích nghi.” 28 
e e e e
qs r ds r
3
( )
2 2
m
e d d
r
Ln
T i i
L
  (8) 
Trong phương pháp FOC (Field Oriented Control), từ thông được định hướng hoàn 
toàn theo trục d được thiết lập bởi eqr 0 , do đó ta có: 
 e er dr  (9) 
thì khi đó tần số góc trượt ta có được là: 
e
qse
r
m r
sl
r
L R
i
L


 (10) 
Mô men điện từ được viết dưới dạng sau: 
2
* * *
qs ds qs
3
2 2
m
e t
r
Ln
T i i K i
L
 (11) 
trong đó: 
2
*
ds
3
2 2
m
t
r
Ln
K i
L
 (12) 
Phương trình toán học mô tả dưới dạng phần cơ của động cơ xoay chiều đồng bộ được 
viết như sau: 
 ( ) ( )r r e LJ t B t T T   (13) 
trong đó, Jr mô men quán tính rotor, B hệ số ma sát nhớt, TL mô men tải, khi đó, ta thay 
(11) và (12) vào (13) ta được: 
*e *e
s s( ) ( )
L
r r q p r p q p L
r r r
TB Kt
t t i B A i D T
J J J
    (14) 
trong đó, r/ 0; / 0; 1/ 0.p r p t p rB B J A K J D J 
Để đạt được mô hình toán học tương ứng với quá trình điều khiển của động cơ PMSM, 
giá trị danh định của các tham số phải được xem xét đến các yếu tố ảnh hưởng của các 
thành phần phi tuyến không đo được và không chịu ảnh hưởng của bất kỳ nhiễu loạn nào, 
[14, 15, 18, 20]. Do đó, mô hình động học của động cơ được đưa ra bởi (14) có thể được 
viết là: 
*e
s( ) ( )r r qt B t Ai   (15) 
trong đó, /t rA K J và / rB B J lần lượt là các giá trị tương ứng của Ap và Bp. Để xử lý 
các thành phần không đo được, chúng phải được xem xét; tính toán và thêm vào mô hình 
động học của động cơ PMSM các giá trị thực thời gian thực tương ứng. Vì vậy, ở biểu 
thức (14) ta xem xét tính toán các thành phần không đo được của mô hình cấu trúc động 
cơ trong hệ thống truyền động khi đó được viết như sau: 
*e
s
*e
s
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( )
r r q p L
r q
t B B t A A i D T
B t Ai L t
  


 (16) 
trong đó, *es( ) ( )r q p LL t B t Ai D T  . 
Ở phương trình trên, thành phần chưa biết được thể hiện bằng ΔA và ΔB; đặc trưng cho 
hệ thống chứa thành phần bất định bao gồm tham số biến thiên và sai số ước tính phi tuyến 
là không đo được. Ngoài ra, các thành phần này do có cấu trúc và động lực học của hệ 
thống không thay đổi, vì vậy, để đơn giản cho việc phân tích, tính toán, ước tính các tham 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, 6 - 2019 29
số; Trong khuôn khổ bài báo này, các tham số như trên được giả sử là không đổi, do đó ta 
viết là  . Trong phương trình trên, L(t) được gọi là các thành phần chưa biết, nhưng có, 
giới hạn là ( )L t m , trong đó m là hằng số dương. 
3. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT MỜ THÍCH NGHI CHO 
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 
3.1. Cơ sở bộ điều khiển trượt thông thường 
Từ bộ điều khiển (BĐK) trượt thông thường, có nhiều ưu điểm trong việc tổng hợp hệ 
thống phi tuyến, [5, 9, 13]; do bất biến với nhiễu tác động lên hệ thống và các thành phần 
không xác định; kích thước của hệ thống giảm xuống khi xuất hiện các chế độ trượt trên 
mặt trượt, có thể áp dụng các nguyên lý phân chia chuyển động, nguyên lý phân tích để 
đưa hệ thống có kích thước lớn về các hệ con có kích thước nhỏ hơn điều khiển được và 
quan sát được. Ở đây, ta xem xét sự thay đổi của sai số điều chỉnh tốc độ, 
*( ) ( ) ( )r re t t t  , do đó trong chế độ trượt ở trạng thái không gian có thể được viết là: 
 ( ) ( ( ) ( ))S t h Ce t e t  (17) 
trong đó, C và h là các hằng số dương, Thay thế (16) trong (17), đạo hàm bậc nhất của S(t) 
theo thời gian ta sẽ nhận được: 
 *( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )r rS t h Ce t B t Au t L t t     (18) 
trong đó, es( ) ( ).qu t i t  
Bằng cách cho ( ) 0S t  , và ( ) 0L t  , khi đó, hiệu suất mong muốn theo mô hình động 
học hệ thống (điều khiển tương đương) được viết như sau, [1, 4, 5, 9, 20]: 
1 * *( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )eq r ru t A C B e t B t t 
  (19) 
Để đạt được hiệu suất phù hợp thì động học của động cơ chấp hành luôn làm việc ổn 
định liên tục trên cơ sở mặt trượt ( ).S t Khi đó, thành phần không liên tục ( )ru t được viết 
dưới dạng: 
 1( ) ( ) ( )sign( ( ))ru t Ah k t S t
 (20) 
trong đó, ( ) 0k t và hàm “sign” là hàm chức năng được định nghĩa như sau: 
1, ( ) 0
sign( ( ))
1, ( ) 0
neáu S t
S t
neáu S t
 (21) 
Do đó, hiệu suất của bộ điều khiển luôn đạt được chất lượng khi xem xét các thành 
phần bất định và động lực học hệ thống không thay đổi, khi đó có thể viết được như sau: 
 ( ) ( ) ( )eq ru t u t u t (22) 
 s
0
1
( )
t
qi u t dt
 (23) 
trong đó,  là hằng số dương tích phân. Theo thiết kế điều khiển, thì hàm điều khiển 
Lyapunov (CLF) được chọn ở dạng: 
 2
1
( ) ( )
2
V t S t (24) 
Điều kiện ổn định thể hiện tính ổn định có thể thu được từ định lý ổn định của hàm 
Lyapunov [1, 5, 6]. 
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
T. Đ. Chuyển, , P. N. Sâm, “Nghiên cứu nâng cao chất lượng  trượt mờ thích nghi.” 30 
 ( ) ( ). ( ) ( )V t S t S t S t   (25) 
Trong đó,  là hằng số hoàn toàn dương. Từ các biểu thức (18), (19) và (22), (25) có 
thể được viết lại thành biểu thức sau: 
( ) ( ). ( ) ( ) ( ) ( ) ( )rV t S t S t S t hAu t hS t L t 
   
( ) ( ) ( ) ( )V t k S t h S t L t   
( ) ( ) ( ( ) )V t S t k t hm  
(26) 
So sánh biểu thức (25) và (26) xem xét ( )L t m  , khi đó tính ổn định của hệ thống 
được đảm bảo theo phương trình sau: 
 ( )k t hm  (27) 
Trên thực tế cho thấy khi mà  mà lớn thì luôn sảy ra hiện tượng “Chattering” ở điều 
khiển đầu vào xung quanh mặt trượt. Hiện tượng chattering có thể được giảm bớt bằng 
cách thay thế hàm không liên tục sign bằng một hàm liên tục xấp xỉ /( )s s  trong đó  
là một hằng số dương. Ta biết rằng khi 0 thì đặc tính của bộ điều khiển xấp xỉ sẽ tiến 
gần đến đặc tính của bộ điều khiển ban đầu [5], [15]. 
3.2. Bộ điều khiển trượt mờ thích nghi cho hệ thống điều khiển 
Tiến hành xây dựng một BĐK dựa theo kỹ thuật trượt mờ thích nghi để đảm bảo tốc độ 
động cơ luôn bám sát tốc độ đặt khi có tính đến yếu tố bất định của mô hình, như sự thay 
đổi thông số động cơ, sự biến đổi mô men ma sát, mô men quán tính, các thành phần phi 
tuyến bất định khác, .v.v... cũng như khi các giá trị đặt và nhiễu phụ tải thay đổi. Ngoài ra, 
để nâng cao chất lượng BĐK, thì trong điều khiển tựa theo từ thông rotor việc cập nhật 
thông tin về vị trí góc của rotor phải luôn được cung cấp để phục vụ cho việc chuyển đổi 
hệ trục tọa độ. Khi đó, một bộ ước lượng trạng thái phi tuyến để ước lượng chính xác vị trí 
và tốc độ rotor khi có xét đến ảnh hưởng của tham số và các thành phần không đo được ở 
cả vùng tốc độ thấp và tốc độ cao được sử dụng dùng để cung cấp thông tin đưa về cho 
BĐK. 
Sơ đồ khối hệ thống bộ điều khiển trượt mờ thích nghi (TMTN) được biểu biễn như 
trên dưới đây, bộ điều khiển TMTN được sử dụng như một bộ điều khiển tốc độ, cung cấp 
thông tin như thành phần momen của dòng điện stator *qs
ei làm đầu ra. Trên hệ trục tọa độ d, 
thành phần từ thông của dòng điện stator *s
e
di được đặt là một thành phần giá trị không đổi 
tương ứng với điều kiện định mức. Các giá trị dòng điện trên hệ trục tọa độ d-q được so 
sánh với các giá trị dòng điện trên hệ trục tọa độ dq thực tế tương ứng và được xử lý thông 
qua hai bộ điều khiển PI riêng biệt, nhằm cung cấp cho các thành phần điện áp trục d-q ở 
đầu ra. Hiện tượng Chattering có thể được loại bỏ bằng cách làm trơn đi sự gián đoạn điều 
khiển trong một giới hạn gần với mặt trượt. Trong thực tế, hàm dấu trong (20) sẽ được 
thay thế bằng hàm “sat”, được định nghĩa như sau: 
sign( ),
sat
,
S khi S
S
S
khi S

 

 (28) 
Trong đó,  được xác định là độ dày lớp biên giới trên mặt trượt. Sau đó, phần điều 
khiển tiếp giáp với (20), khi đó sẽ được thay đổi thành: 
 1( ) ( ) ( )sat( ( ) / )ru t Ah k t S t 
 (29) 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, 6 - 2019 31
Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển truyền động điện ứng dụng trong sản xuất công 
nghiệp được biểu biễn như hình 2: 
,d q
, 
,d q
,  , ,a b c
, 
r
dsiqsi
 si
 si
ai
bi
r
*
 sv
*
 sv*
dsv
*
qsv
,a aT T
,b bT T
,c cT T
kˆ
r
d
dt
*r
*e
qsi
*e
dsi
dsi
qsi
Hình 2. Sơ đồ khối cấu trúc điều khiển hệ thống truyền động sử dụng động cơ PMSM trên 
cơ sở phương pháp điều khiển trượt mờ thích nghi. 
Bằng cách áp dụng vấn đề điều khiển như ở trên, hiệu suất của quá trình điều khiển có 
thể là không phù hợp vì hiện tượng chattering vẫn tồn tại dẫn đến quá trình làm việc của bộ 
điều khiển chưa được ổn định. Để giải quyết những vấn đề này, khi đó hàm bão hòa được 
thay thế bằng một hệ thống mờ hoạt động giống như hàm bão hòa sẽ làm giảm được các 
thành phần phi tuyến bất định. Đối với hệ thống điều khiển mờ được đề xuất, được coi là 
một hệ có cấu trúc biến đổi; khi đó S(t) được thay đổi thành ΔS(t) và được coi là biến điều 
khiển đầu ra TMTNu . Do đó, hệ thống của bộ điều khiển mờ được biểu diễn dưới dạng sau: 
 (S( ), S( ))TMTNu TMTN t t (30) 
Sau đó, phần tiếp cận và tác động điều khiển được xác định như sau: 
 1( ) ( ) ( )r TMTNu t Ah k t u
 (31) 
1( ) ( ) ( )eq TMTNu t u Ah k t u
 (32) 
Do đối tượng không có khâu tích phân lý tưởng, nên tác giả lựa chọn bộ điều khiển mờ 
theo luật PI. Theo [6, 15], ta xây dựng được cấu trúc của bộ điều khiển TMTN như hình 2. 
Sau đó, phần tiếp cận và tác động điều khiển được xác định như sau: 
Dat goc (rad )
toc do,goc
sailech
mo me1
mo me
n3
To Workspace4
n2
To Workspace3
n1
To Workspace2
n
To Workspace1
simout
To Workspace
Step1
Step
Sine Wave
Saturation1
Ramp
Manual Switch
1
s
Integrator
1
Gain2
0.2
Gain1
1
Gain
In1
In2
Out1
Fuzzy Controller
du/dt
Derivative
Coulomb &
Viscous Friction
Clock
In1
In2
Out1
Out2
Out3
Out4
Out5
Out6
BDK_TocDo
Hình 3. Sơ đồ hệ thống sử dụng BĐK trượt mờ 
thích nghi điều khiển động cơ PMSM. 
Hình 4. Cấu trúc bộ điều khiển mờ. 
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
T. Đ. Chuyển, , P. N. Sâm, “Nghiên cứu nâng cao chất lượng  trượt mờ thích nghi.” 32 
Bộ điều khiển mờ gồm: hai tín hiệu vào là sai lệch S(t), đạo hàm sai lệch ∆S(t) và một 
tín hiệu ra uTMTN. Cấu trúc BĐK mờ được minh họa như hình 4. 
Hình 5. Mờ hóa đầu vào S(t). Hình 6. Mờ hóa đầu vào ∆S(t). 
Hình 7. Mờ hóa đầu ra uTMTN. 
Bảng 1. Bảng luật mờ. 
uTMTN S(t) 
AL AV K DV DL 
∆S(t) 
GN AL AN AV K DV 
GV AL AV AV K DV 
H AL AV K DV DL 
TV AV K DV DV DL 
TN AV K DV DL DL 
Bảng luật mờ được xây dựng như bảng 1. Quan hệ đầu vào; đầu ra bộ điều khiển mờ 
như hình 5, hình 6, hình 7. Khi đó cần giảm thiểu thành phần L(t) ở (26). Lúc này cần ước 
tính thành phần k(t) bằng cách sử dụng luật thích nghi tương ứng đã được trình bày ở [9], 
để cập nhật tính toán, nhằm đảm bảo các điều kiện để BĐK làm việc tốt trong chế độ 
trượt. Khi đó, k(t) được ước tính để giảm đi những sai số điều khiển ở (32), lúc này bộ 
điều khiển làm việc ổn định thỏa mãn định lý ổn định Lyapunov. Do đó, để đạt được các 
mục tiêu đã đề cập, k(t) được lấy là: 
 ( ) ( )kk t S t  (33) 
trong đó, k là một hằng số dương. Trên thực tế, thành phần ( )k t như một bộ lọc 
thích nghi nhằm giảm thiểu những sai số điều khiển. 
Xét hàm ứng viên Lyapunov sau (34), kˆ có thể là giá trị ước tính của ( )k t . 
2 21 1 ˆ( ) ( ) ( ( ) )
2 2 k
V t S t k t k

 (34) 
thay (18) và (34) vào (25) để được ( ) ( )S t t như sau: 
1
1 ˆ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
1 ˆ( ) ( )( ) sgn( ) ( ) ( ) ( )
1 ˆ( ) ( )sgn( ) S(t) ( ) ( ) ( )
r
k
k
k
V t S t h Au t L t k t k k t
S t h Ak t hA S L t k t k k t
S t k t S h L t k t k k t



 


 (35) 
Thay (33) vào (35) và biến đổi (25) ta được: 
ˆ ˆ ˆ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
ˆ ˆ ˆ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
ˆ( ) ( )
V t k t k k S t h L t S t k t k S t
k t k S t k S t hm S t k t k S t
k hm S t
 
 (36) 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, 6 - 2019 33
So sánh giữa (25) và (36) ta được: 
ˆ( ) ( ) ( ) ( )V t k hm S t S t  (37) 
Do đó, thành phần kˆ có thể được chọn sao cho giá trị của kˆ mh  vẫn đạt giá trị 
âm. Nói cách khác, để quá trình làm việc ổn định của bộ điều khiển TMTN đã được đề 
xuất thì ta lựa chọn kˆ mh  . Trong bài báo này, bằng cách áp dụng bộ điều khiển 
TMTN được đề xuất cùng với các luật mờ được thiết kế và các điều kiện đã được đề cập, 
thì điều kiện ổn định của hệ thống ở (25) sẽ được thỏa mãn và do đó tính ổn định trong quá 
trình làm việc của hệ thống được đảm bảo. 
Trên thực tế, yếu tố mô men ma sát, đàn hồi, khe hở, .v.v... luôn tồn tại trong hệ thống 
truyền động điện cơ bao gồm động cơ và cơ cấu công tác. Đây là thành phần phi tuyến 
điển hình, những BĐK truyền thống chưa khắc phục được ảnh hưởng của chúng đến chất 
lượng làm việc hệ thống. Bằng phương nâng cao chất lượng bộ điều khiển trượt mờ thích 
nghi như trên, những ảnh hưởng của yếu tố phi tuyến như trên, đến chất lượng của hệ 
truyền động đã được giải quyết, [15, 16, 17]. BĐK được tổng hợp cho đối tượng lượng phi 
tuyến được đề xuất; đã làm cho hệ thống hoạt động êm, khắc phục tốt được đặc tính phi 
tuyến, đặc biệt là luôn làm cho hệ thống ổn định tiệm cận toàn cục. 
Các tham số Vp, VI được chọn trên cơ sở phương pháp thực nghiệm Zeigler - Nichols. 
Sau khi chọn được tham số Vp, VI, ta tính được tham số Vp và d. Tuy nhiên, do thiết kế theo 
phương pháp thực nghiệm, nên để nâng cao chất lượng điều khiển: thời gian quá độ ngắn và 
độ quá điều chỉnh nhỏ, cần hiệu chỉnh thêm hai tham số Vp và d. Bộ tham số hiệu chỉnh tìm 
được là: VP = 0,01; d = 0,99 (với T = 0,002). Chất lượng bộ điều khiển PI sau khi tính toán 
lựa chọn ta có : KP = 0.3 ; KI = 0.0001. Ngoài ra còn có các phương pháp sử dụng phần mềm 
thiết kế BĐK PID Design như trong tài liệu [1, 15, 18, 19, 20] ... để thiết kế bộ điều khiển. 
4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN 
 Sau khi nghiên cứu tính toán, thuật toán bộ điều khiển trượt mờ thích nghi và đi xây 
dựng chương trình mô phỏng trên phần mềm Matlab - Simulink để tiến hành mô phỏng đánh 
giá kết quả nhằm; kiểm chứng tính đúng đắn của thuật toán, sơ đồ có dạng như trên hình 3. 
Các tham số mô phỏng: Động cơ xoay chiều đồng bộ PMSM gồm có: Công suất P = 
0,45KW; tốc độ định mức 3000 vòng/phút; Uđm = 220V; số đôi cực p = 4; hệ số ma sát 
nhớt B = 0,0001 N.m.s/rad; Mô men quán tính J =1,5.10-4 Kgm2. 
Thực hiện mô phỏng thuật toán bộ điều khiển trong môi trường MATLAB-SIMULINK 
được khảo sát với kết quả mô phỏng ở các trường hợp như sau: 
Trường hợp 1: Nghiên cứu mô phỏng đánh giá khả năng làm việc, phản ứng của hệ 
thống trong quá trình ổn định tốc độ, mô men tải là 0.53Nm. 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-500
0
500
1000
1500
Time (s)
S
pe
ed
 (r
/m
)
w
d
w
Hình 8. Tốc độ đặt d và tốc độ thực  của 
động cơ trường hợp 1. 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Time (s)
L
o
ad
 (
N
m
)
momen
momen (obs)
Hình 9. Mô men đặt và mô men ước tính 
trường hợp 1. 
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
T. Đ. Chuyển, , P. N. Sâm, “Nghiên cứu nâng cao chất lượng  trượt mờ thích nghi.” 34 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-6
-4
-2
0
2
4
6
Time (s)
i s
d,
i s
q 
(A
)
i
sq
i
sd
Hình 10. Đáp ứng dòng điện isq và dòng điện 
isd trường hợp 1. 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-2
0
2
4
6
Time (s)
i a
 (
A
)
Hình 11. Đáp ứng dòng điện ia 
trường hợp 1. 
Trường hợp 2: Nghiên cứu mô phỏng đánh giá khả năng làm việc, phản ứng của hệ 
thống trong quá trình khởi động và hãm, khi tốc độ thay đổi, mô men tải không đổi 
0,53Nm. Ta có kết quả mô phỏng như sau: 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
Time (s)
S
p
ee
d
 (
r/
m
)
w
d
w
Hình 12. Tốc độ đặt d và tốc độ thực  
của động cơ trường hợp 2. 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Time (s)
L
o
ad
 (
N
m
)
momen
momen (obs)
Hình 13. Mô men đặt và mô men ước tính 
trường hợp 2. 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-6
-4
-2
0
2
4
6
Time (s)
i s
d
,i
sq
 (
A
)
i
sq
i
sd
Hình 14. Đáp ứng dòng điện isq, và dòng 
điện isd trường hợp 2. 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-2
0
2
4
6
Time (s)
i a
 (A
)
Hình 15. Đáp ứng dòng điện ia 
trường hợp 2. 
Đáp ứng dòng điện isq mặc dù thay đổi tại thời điểm t1 = 0,035s và t2 = 0,5s nhưng 
vẫn đạt giá trị cân bằng khoảng 0,5A; isd dao động khoảng 0,25A. 
Trường hợp 3: Nghiên cứu mô phỏng đánh giá khả năng làm việc của hệ thống khi tốc 
độ thay đổi với biên độ 1000 vòng/phút đến -1000 vòng/phút, mô men tải thay đổi theo 
dạng hình sin, mô men tải là 0.5Nm. 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, 6 - 2019 35
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
Time (s)
S
p
ee
d
 (
r/
m
)
w
d
w
Hình 16. Tốc độ đặt d và tốc độ thực  
của động cơ trường hợp 3. 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-1
-0.5
0
0.5
1
Time (s)
L
o
a
d
 (
N
m
)
momen
momen (obs)
Hình 17. Mô men đặt và mô men ước tính 
trường hợp 3. 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-6
-4
-2
0
2
4
6
Time (s)
i s
q
 (
A
)
Hình 18. Đáp ứng dòng điện isq 
trường hợp 3. 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-15
-10
-5
0
5
10
15
Time (s)
i s
d 
(A
)
Hình 19. Đáp ứng dòng điện isd 
trường hợp 3. 
Trường hợp 4: Nghiên cứu mô phỏng đánh giá khả năng làm việc của hệ thống với mô 
hình đầy đủ có kể đến thực tế phần cơ của cơ cấu công tác. Mô phỏng tốc độ động cơ với 
biên độ 50 vòng/phút và tốc độ cơ cấu công tác là 0,5 vòng/phút. Lượng vào là hằng số mô 
men tải không đổi, ta có kết quả sau: 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
0
50
100
150
200
250
Time (s)
S
p
e
e
d
 (
r/
m
)
Hình 20. Tốc độ đặt d và tốc độ thực  
của động cơ trường hợp 4. 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
Time (s)
S
p
e
e
d
 (
r/
m
)
Hình 21. Tốc độ đặt d và tốc độ thực  
của cơ cấu công tác trường hợp 4. 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-3
-2
-1
0
1
2
3
Time (s)
i s
q
 (
A
)
Hình 22. Đáp ứng dòng điện isq 
trường hợp 4. 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Time(s)
L
o
ad
 (
N
m
)
momen
momen (obs)
Hình 23. Mô men đặt và mô men ước tính 
trường hợp 4. 
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
T. Đ. Chuyển, , P. N. Sâm, “Nghiên cứu nâng cao chất lượng  trượt mờ thích nghi.” 36 
Trường hợp 5: Nghiên cứu phản ứng của hệ thống khi góc đặt vào thay đổi theo quy 
luật hàm Xv = V.t, (V = 1rad/s) mô men tải không đổi Mc = 0,5Nm. 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Time (s)
G
o
c 
(r
ad
)
X
r
X
v
Hình 24. Đáp ứng vào ra của bộ điều 
khiển theo góc trường hợp 5. 
Hình 25. Đáp ứng vào ra của bộ điều khiển 
theo mô men trường hợp 5. 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-2
-1
0
1
2
3
Time (s)
i s
q(
A
)
Hình 26. Đáp ứng dòng điện isq 
trường hợp 5. 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-10
-5
0
5
10
Time (s)
i s
d(
A
)
Hình 27. Đáp ứng dòng điện isd 
trường hợp 5. 
Trường hợp 6: Khi hệ thống làm việc với một góc đặt cho trước lượng vào là hàm bậc 
thang Xv = 0.05 rad, Khi có sự ảnh hưởng của mô men ma sát trên trục động cơ, và mô 
men ma sát phía tải, ta có các kết quả như sau: 
Hình 28. Đáp ứng vào ra của bộ điều 
khiển theo góc trường hợp 6. 
Hình 29. Đáp ứng vào ra của bộ điều khiển 
theo mô men trường hợp 6. 
Quan sát các kết quả quả cho thấy khi sử dụng bộ bộ điều khiển trượt mờ thích nghi đã 
được nghiên cứu ở trên, ta thấy tính bền vững; độ ổn đinh của luật điều khiển trước những 
tác động của thành phần không xác định, sẽ làm thay đổi thời gian quá trình quá độ, làm 
tăng tính tác động nhanh của hệ thống truyền động; thì khi đó thuật toán vẫn làm việc ổn 
định; lượng ra bám sát lượng vào ở quá trình cân bằng, đáp ứng của hệ thống làm việc ổn 
định. Có thể thấy bộ ước tính của các thành phần phi tuyến luôn bám sát giá trị đặt cả ở 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, 6 - 2019 37
chế độ thay đổi tốc độ và ở trạng thái làm vệc ổn định. Hơn nữa, ở chế độ quá độ, đáp ứng 
BĐK cũng cho đáp ứng với thời gian khá nhanh. 
Trong bài báo này, việc nghiên cứu sử dụng bộ điều khiển TMTN nhằm đưa ra thuật 
toán để áp dụng cho một số hệ thống điều khiển truyền động điện bám trong công nghiệp 
và quân sự hiện nay như: hệ thống điều khiển rô bốt, hệ thống điều khiển chính xác cho 
máy đóng viên thuốc trong ngành dược, hệ thống điều khiển máy cắt gọt CNC, hệ thống 
bám vũ khí, .v.v... Kết quả được tính toán xây dựng, tổng hợp để minh chứng về hiệu quả 
của thuật toán, nâng cao chất lượng làm việc cho hệ thống bám. 
5. KẾT LUẬN 
Hệ thống truyền động bám cho các đối tượng điều khiển trong công nghiệp và quân sự 
cần đòi hỏi độ tin cậy và độ chính xác rất cao, việc thay thế các hệ thống điều khiển cũ là 
cần thiết và cấp bách trong các hệ thống bám điện cơ đang được sử dụng nhiều trên thực 
tế. Bài báo đã trình bày được về cách tiệm cận mới, nghiên cứu xây dựng bộ điều khiển 
trượt mờ thích nghi cho hệ thống truyền động bám công nghiệp. Các kết quả nghiên cứu lý 
thuyết và mô phỏng cho thấy thuật toán điều khiển trên đạt được chất lượng tốt và hoạt 
động ổn định hơn. Vấn đề này đã minh chứng được tính đúng đắn của thuật toán và kết 
quả nghiên cứu này hoàn toàn có thể ứng dụng vào trong thực tế cho hệ thống truyền động 
điện bám trong công nghiệp và quân sự hiện nay. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Asif Sabanovic, Leonid M. Fridman and Sarah Spurgeon, “Variable Structure 
Systems from principles to implementation”, first published, 2004. 
[2]. Andrzej Bartoszewicz, “Sliding mode control”, first published March Printed in 
India, (2011). 
[3]. CHIA-MING CHANG, CHANG-HUAN LIU, “Adaptive Speed Sensorless 
Induction Motor Drive for Very-Low-Speed and Zero Stator Frequency Operation”. 
Electric Power Comonents and Systems, pp 804-819; Vol 38; 2010. 
[4]. John Chiasson “Modeling and high performance control of electric machines”, 
Wiley-IEEE Press, 2005. 
[5]. Utkin V., Guldner J., Shi J., “Sliding Mode Control in Electromechanical Systems”, 
CRC Press LLC, 1999. 
[6]. Stanislaw H. Zak, “Systems and Control”, The 3th, Oxford University Press, 2013. 
[7]. B. Wang, “Fuzzy sliding mode control design for a class of disturbed systems”, J. of 
Franklin Insitute, Vol.351, No. 7 pp 3593-3609, 2014. 
[8]. Han Ho Choi, Jin-Woo Jung and R.- Y. Kim, “Fuzzy adaptive speed control of a 
Permanent Magnet Synchronous Motor”. International Journal of Electronics 
Vol.99, No. 5, pp 657-672, May, 2012. 
[9]. Tran Duc Chuyen, Nguyen Thanh Tien, Dao Hoa Viet, “Designing a syntheszing 
adaptive backstepping sliding mode controller for drive systems tracking electric 
mechanisms using synchronous Ac motors”, International Journal of Advanced 
Research in Computer Science and Electronics Engineering, page: 64 - 72. Volume 
5, Issue 3, March - 2015. 
[10]. Roopaei M, Jahromi M Zolghadri, Jafari S. “Adaptive gain fuzzy sliding mode control 
for the synchronization of nonlinear chaotic gyros”. Chaos 19, 013125, 2009. 
[11]. Wai R-J, Su K-H. “Adaptive enhanced fuzzy sliding-mode control for electrical servo 
drive”. IEEE Trans Ind Electron 2006; 53(2). 
[12]. Z. Jinhui, S. Peng, and X. Yuanqing, “Robust adaptive sliding mode control for fuzzy 
systems with mismatched uncertainties” , IEEE Trans. Fuzzy Syst., vol. 18, no. 4, pp. 
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
T. Đ. Chuyển, , P. N. Sâm, “Nghiên cứu nâng cao chất lượng  trượt mờ thích nghi.” 38 
700–711, Aug. 2010. 
[13]. L. Viet Quoc, C. Han Ho, and J. Jin-Woo, “Fuzzy sliding mode speed controller for 
PM synchronous motors with a load torque ob-server” , IEEE Trans. Power Electron., 
vol. 27, no. 3, pp. 1530–1539, Mar. 2012. 
[14]. H. H. Choi and J. W. Jung, “Fuzzy speed control with an acceleration observer for a 
permanent magnet synchronous motor” , Nonlinear Dynamics, Vol. 67, No. 3, pp. 
1717-1727, Feb. 2012. 
[15]. J.J. Slotine and W. Li, “Applied Nonlinear Control”. Englewood Cliffs, NJ: 
Prentice-Hall, (1991). 
[16]. С.В. Емельянов, С.К. Коровин. Нелинейная динамика и управление. Выпуск 4, 
Москва Физматлит, 2004. 
[17]. Краснова С. А., Уткин В. А., Каскадный синтез наблюдателей состояния 
динамических систем, Наука, Москва, 2006. 
[18]. Б.К Чемоданов - Следящие приводы Т1, 2.- М. (1999): Изд. МГТУ им Баумана 
[19]. Nguyễn Công Định, “Phân tích và tổng hợp các hệ thống điều khiển bằng máy 
tính”, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, (2002). 
[20]. Nguyễn Doãn Phước, “Lý thuyết điều khiển phi tuyến”, (2015). Nhà xuất bản Khoa 
học và Kỹ thuật. 
ABSTRACT 
THE RESEARCH FOR IMPROVING QUALITY OF PRECISION CONTROLS 
FOR PMSM MOTOR APPLICATIONS IN INDUSTRIAL PRODUCTION IN 
THE BASIS OF ADAPTIVE FUZZY SLIDING MODE CONTROL 
In this paper, a solution is presented to improve the quality of precise control for 
synchronous AC motor PMSM applied in industrial production on the basis of 
adaptive fuzzy sliding mode control method. Comprehensive Algorithm is meant to 
evaluate the quality of electrical drive tracking systems operating in industry and 
military, simulated results in the Matlab-Simulink environment. 
Keywords: The nonlinear control; The adaptive fuzzy sliding mode control; The intelligent control. 
Nhận bài ngày 12 tháng 01 năm 2019 
Hoàn thiện ngày 16 tháng 02 năm 2019 
Chấp nhận đăng ngày 17 tháng 6 năm 2019 
Địa chỉ: 
1 Bộ môn Điện Công nghiệp, Khoa Điện, Trường Đại Học Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp - 
Bộ Công thương; 
2 Bộ môn Kỹ thuật Điện, Khoa Kỹ thuật Điều khiển; Học viện KTQS. 
* Email: trdchuyenktd@gmail.com; phungxhung@yahoo.com.