Động cơ AC khi đưa vào những ứng dụng trong công nghiệp đòi hỏi hiệu suất truyền động cao thì việc điều khiển chúng vẫn gặp phải những thử thách lớn bởi vì chúng là đối tượng phi tuyến và nhiều thông số, chủ yếu là điện trở rotor thay đổi theo những điều kiện vận hành.
Điều khiển định hướng trường (Field orientation control - FOC) hoặc điều khiển vector (Vas - 1990) cho động cơ không đồng bộ đạt được việc tách biệt thay đổi động
14
giữa moment và từ thông dẫn đến việc điều khiển độc lập giữa từ thông và moment tương tự như động cơ DC kích từ độc lập.
Điều khiển định hướng trường là điều kiện tối ưu hóa moment và tách rời điều khiển moment khỏi điều khiển từ thông trong điều kiện vận hành ổn định và quá độ của động cơ không đồng bộ.
FOC được dùng để điểu khiển tốc độ đông cơ xoay chiều đồng bộ và không đồng bộ. Ban đầu nó được phát triển cho các ứng dụng cần động cơ hiệu suất cao, yêu cầu hoạt động trơn tru với tốc độ tối đa, tạo ra momen quay cực đại và có hiệu suất động năng cao, tăng và giảm tốc nhanh. Tuy nhiên, nó đang trở nên ngày càng hấp dẫn đối với các ứng dụng hiệu suất thấp hơn để giảm tiêu thụ điện năng, giảm giá thành và kích cỡ của động cơ.
Có hai loại điều khiển định hướng trường điển hình: Phương pháp trực tiếp trong đó sử dụng cảm biến đo từ thông của động cơ, và phương pháp gián tiếp dựa vào đo lường vị trí rotor.
Trong hệ thống định hướng trường trực tiếp, vị trí góc và biên độ của vector từ thông chuẩn được đo hoặc ước lượng từ điện áp và d ng điện stator sử dụng bộ quan sát từ thông (flux observer). Đặt cảm biến ở khe hở không khí của động cơ, trục dq nhằm xác định vector từ thông hỗ cảm (từ thông khe hở không khí).
15
Phương pháp điều khiển định hướng từ thông rotor gián tiếp dựa vào tính toán tốc độ trượt 𝜔𝑟* được yêu cầu cho điều khiển định hướng trường chính xác và sự áp đặt tốc độ này lên động cơ.
Hình 2-10: Hai mô hình điều khiển vector đối với động cơ có định hướng từ thông rotor gián tiếp
Điều khiển định hướng trường vẫn gặp một số hạn chế: nhạy với sự thay đổi thông số của động cơ như hằng số thời gian rotor và đo lường từ thông không chính xác tại tốc độ thấp. Do đó, hiệu suất giảm và bộ điều khiển phổ biến như PID thì không thể duy trì yêu cầu điều khiển dưới những điều kiện thay đổi. Ngày nay với sự phát triển của khoa học kĩ thuật số-tự động hóa, nhiều bộ điều khiển thông minh ra đời và tạo đáp ứng tốt so với các
16