CẤU TẠO ĐỘNG CƠ BLDC
Động cơ một chiều không chổi than có cấu tạo tương tự như động cơ xoay chiều đồng bộ sử dụng nam châm vĩnh cửu Hình 1.1 minh họa cấu trúc của động cơ một chiều không chổi than ba pha tiêu biểu.
Hình 1.1:Các thành phần cơ bản của động cơ BLDC
Dây quấn stator của động cơ xoay chiều nhiều pha tương tự như dây quấn của động cơ một chiều không chổi than hai pha, trong khi rotor bao gồm một hoặc nhiều nam châm vĩnh cửu Việc xác định vị trí rotor thường được thực hiện qua cảm biến vị trí, chủ yếu là cảm biến Hall, mặc dù một số động cơ còn sử dụng cảm biến quang học Mặc dù động cơ ba pha là phổ biến trong các ứng dụng công nghiệp, động cơ một chiều không chổi than hai pha cũng được ưa chuộng nhờ cấu tạo và mạch truyền động đơn giản.
Khác với động cơ một chiều thông thường, động cơ một chiều không chổi than có stator không chứa dây quấn phần ứng Dây quấn phần ứng thường là loại ba pha, với hai sơ đồ nối dây phổ biến là nối hình sao (Y) và hình tam giác (Δ).
Hình 1.2: Stato của động cơ BLDC
Stator của động cơ BLDC được làm từ lá thép kỹ thuật điện, với các cuộn dây đặt trong các khe cắt xung quanh chu vi bên trong Mặc dù cấu tạo của stator tương tự như các động cơ cảm ứng khác, nhưng bối dây được phân bố khác biệt Hầu hết động cơ một chiều không chổi than có ba cuộn dây được kết nối theo hình sao hoặc hình tam giác, với mỗi cuộn dây bao gồm nhiều bối dây nối liền nhau Những bối dây này được đặt trong các khe và kết nối với nhau để tạo thành một cuộn dây hoàn chỉnh Các cuộn dây được phân bố đều trên chu vi của stator theo trình tự thích hợp, nhằm tạo ra số cực chẵn, với cách bố trí và số rãnh của stator khác nhau quyết định số cực của động cơ.
Có 6 loại động cơ khác nhau, với sự khác biệt trong cách nối bối dây của cuộn dây stator, tạo ra hình dáng sức phản điện động khác nhau Động cơ một chiều không chổi than thường có các cấu hình 1 pha, 2 pha và 3 pha, tương ứng với số cuộn dây là 1, 2 và 3 Việc chọn động cơ còn phụ thuộc vào khả năng cấp công suất điều khiển và tỷ lệ điện áp Các động cơ có điện áp nhỏ hơn hoặc bằng 48V thường được sử dụng trong máy tự động, robot và các chuyển động nhỏ, trong khi động cơ trên 100V được áp dụng trong các thiết bị công nghiệp, tự động hóa và ứng dụng công nghiệp.
1.2.2 Rotor Được gắn vào trục động cơ và trên bề mặt rotor có dán các thanh nam châm vĩnh cửu Ở các động cơ yêu cầu quán tính của rotor nhỏ, người ta thường chế tạo trục của động cơ có dạng hình trụ rỗng Rotor được cấu tạo từ các nam châm vĩnh cửu.Số lượng đôi cực dao động từ 2 đến 8 với các cực Nam (S) và Bắc (N) xếp xen kẽ nhau
Hình 1.3: Rotor của động cơ BLDC
Dựa vào yêu cầu về mật độ từ trường trong rotor, việc chọn chất liệu nam châm phù hợp là rất quan trọng Nam châm Ferrite thường được sử dụng do chi phí thấp, nhưng mật độ từ thông trên đơn vị thể tích của nó lại không cao Ngược lại, nam châm làm từ hợp kim ngày càng trở nên phổ biến nhờ vào công nghệ phát triển, mặc dù giá thành cao hơn.
Bảy vật liệu hợp kim có mật độ từ cao trên đơn vị thể tích cho phép thu nhỏ kích thước rotor mà vẫn duy trì được momen tương tự Nhờ đó, với cùng thể tích, momen của rotor sử dụng nam châm hợp kim luôn vượt trội hơn so với rotor sử dụng nam châm Ferrite.
Hình 1.4: Các dạng Rotor của động cơ một chiều không chổi than
1.2.3 Cảm biến vị trí rotor [2]
Để xác định vị trí từ thông rotor, việc đổi chiều dòng điện là rất quan trọng Các thiết bị cảm biến được sử dụng để xác định vị trí này, bao gồm nhiều loại khác nhau.
- Cảm biến từ trở MR (magnettoresistor sensor);
- Đèn led hoặc trasito quang
Trong động cơ BLDC, cảm biến vị trí hiệu ứng Hall (cảm biến Hall) được sử dụng để xác định vị trí của rotor Hiệu ứng Hall, được phát hiện bởi E.H Hall vào năm 1879, mô tả hiện tượng khi một dây dẫn điện nằm trong từ trường, từ trường sẽ tác động lên các điện tích chuyển động, đẩy chúng sang một bên của dây dẫn Hiện tượng này dễ hình dung hơn khi dây dẫn có hình dạng nhất định.
Sự tích tụ điện tích ở một bên dây dẫn tạo ra điện áp giữa hai mặt của nó Điện áp này tỷ lệ thuận với cường độ từ trường và cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn.
Hình 1.5 Mô hình phần tử cảm biến Hall
Cảm biến vị trí rotor cung cấp thông tin về vị trí của rotor cho mạch điều khiển điện cấp cho cuộn dây stato Đặc biệt, cảm biến Hall được lắp đặt trên stato của động cơ BLDC, không phải trên rotor.
Việc lắp đặt cảm biến Hall trên stato yêu cầu độ chính xác cao, vì sai sót trong quá trình này có thể dẫn đến lỗi trong việc xác định vị trí rotor Để cải thiện độ chính xác, một số động cơ được trang bị thêm nam châm phụ trên rotor, được gắn ở vị trí ngoài các cuộn dây stato, giúp dễ dàng hiệu chỉnh Cấu trúc này tương tự như cơ cấu chổi than-cổ góp trong động cơ một chiều truyền thống.
1.2.3.2 Bộ cảm biến từ trở (MR)
Từ thông làm thay đổi điện trở mạch, với phương pháp này có thể phát hiện chính xác từ thông
1.2.3.3 Dùng đền LED transistor quang và màn chắn (shutter)
Trên hình 1.6 biểu diện hệ thống xác định vị trí từ thông dùng transistor quang hay màn chắn
Hình 1.6.Thiết bị cảm biến vị trí rotor dùng quang
Hoạt động của nó như sau: Một transistor PT1 ở trạng thái dẫn thì 2 transistor còn lại ở trạng thái tắc (PT 2 và PT 3 )
Hình 1.7 minh họa hoạt động của động cơ BLDC, sử dụng transistor quang để xác định vị trí từ thông Cụ thể, hình 1.7a thể hiện sơ đồ nguyên lý, trong khi hình 1.7b là sơ đồ tương đương.
Ba cuộn dây stato được nối với nguồn DC ở một đầu, trong khi đầu còn lại kết nối với một transistor quang Phần quang học của các transistor này được gắn trên một màn che, với diện tích che phủ của màn che chỉ là
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC
Để điều khiển động cơ BLDC, có hai phương pháp chính: sử dụng cảm biến vị trí Hall (hoặc Encoder) và phương pháp điều khiển không cảm biến (sensorless control) Hai phương pháp điều chế điện áp từ bộ điều khiển bao gồm điện áp dạng sóng hình thang và dạng sóng hình sin Cả hai phương pháp này đều áp dụng cho điều khiển có cảm biến Hall và không cảm biến, tuy nhiên, phương pháp không cảm biến chỉ sử dụng điện áp dạng sóng hình thang.
2.2.1 Phương pháp điều khiển bằng tín hiệu cảm biến Hall-phương pháp 6 bước
Hình 2.5 minh họa các tín hiệu từ cảm biến Hall liên quan đến sức phản điện động và dòng điện pha của động cơ Hình 2.6 thể hiện thứ tự chuyển mạch của các cảm biến Hall khi động cơ quay theo chiều kim đồng hồ Hình 2.7 cung cấp một ví dụ khác về tín hiệu của cảm biến Hall tương ứng với sức phản điện động.
Động cơ và dòng điện pha có 32 phản điện động Hình 2.8 minh họa thứ tự chuyển mạch của các cảm biến Hall khi động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ.
Mỗi khi đạt được 60⁰ điện, cảm biến Hall sẽ thay đổi trạng thái, yêu cầu 6 bước để hoàn thành một chu kỳ điện Cứ sau mỗi 60⁰ điện, việc chuyển mạch dòng điện pha cần được cập nhật Cần lưu ý rằng một chu kỳ điện không nhất thiết tương ứng với một vòng quay cơ khí của rotor Số chu kỳ điện cần thiết để hoàn thành một vòng quay của động cơ phụ thuộc vào số cặp cực của rotor, với mỗi chu kỳ điện được xác định bởi một cặp cực rotor Do đó, số chu kỳ điện trong một chu kỳ cơ bằng với số cặp cực của rotor.
Động cơ BLDC khác biệt so với động cơ một chiều và động cơ đồng bộ, với đường sức phản điện động hình thang và dòng điện trong các pha dạng hình chữ nhật Đặc tính sức phản điện động của ba cuộn dây lệch nhau 2π/3 đến từ việc các cuộn dây stator được bố trí lệch nhau, trong khi góc chuyển mạch của sức phản điện động là π/3, dẫn đến việc không cấp dòng cho cuộn dây stator tương ứng trong khoảng thời gian này Dựa vào dạng dòng điện của ba pha và vị trí của cảm biến Hall, ta có thể xác định sơ đồ mở van cho bộ nghịch lưu Mỗi chu kỳ có 6 lần cảm biến Hall thay đổi vị trí, tạo ra 6 trạng thái mở van khác nhau.
Hình 2.5: Tín hiệu cảm biến Hall, sức phản điện động và dòng điện pha trong chế độ quay thuận chiều kim đồng hồ
Hình 2.6: Thứ tự cấp điện cho các cuộn dây tương ứng với các cảm biến Hall trong chế độ quay thuận chiều kim đồng hồ
Hình 2.7: Tín hiệu cảm biến Hall, sức phản điện động và dòng điện pha trong chế độ quay ngược chiều kim đồng hồ
Hình 2.8: Thứ tự cấp điện cho các cuộn dây tương ứng với các cảm biến Hall trong chế độ quay ngược chiều kim đồng hồ
Hệ điều khiển động cơ một chiều không chổi than sử dụng vi điều khiển làm bộ điều khiển chính, phát xung PWM cho bộ đệm PWM - IGBT driver Vi điều khiển thực hiện việc lấy tín hiệu từ cảm biến Hall và dựa vào bảng cảm biến để phát xung mở van theo thứ tự cấp điện chính xác.
Hình 2.9: Hệ điều khiển động cơ một chiều không chổi than
Bảng 1.2 và 1.3 thể hiện thứ tự chuyển mạch của các van, dựa trên tín hiệu đầu vào từ các cảm biến Hall A, B, C, tương ứng với chiều quay của động cơ Các cảm biến Hall được lắp đặt lệch nhau 60 độ.
Bảng 2.1: Thứ tự chuyển mạch khi động cơ quay theo chiều kim đồng hồ
Thứ tự Đầu vào từ cảm biến Hall Các tín hiệu PWM
Bảng 2.2: Thứ tự chuyển mạch khi động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ
Thứ tự Đầu vào từ cảm biến Hall Các tín hiệu PWM
Hình 2.10: Giản đồ Hall sensor và dòng điện ngõ ra tổng
Hình 2.11: Quỹ đạo từ thông stato khi không tải và có tải
2.2.2 Điều khiển bằng phương pháp PMW
Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ BLDC bằng cách điều chỉnh điện áp vào có thể áp dụng kỹ thuật PWM, một phương pháp phổ biến trong điều khiển điện áp hiện nay Với kỹ thuật này, điện áp cung cấp cho bộ khóa công suất giữ nguyên, trong khi điện áp ra đến động cơ thay đổi theo thuật toán điều khiển Kỹ thuật PWM có thể được áp dụng cho khóa trên, khóa dưới hoặc cả hai khóa đồng thời.
Hình 2.12:Giản đồ xung điều khiển PMW kênh trên BLDC Motor có điều chế PMW
Hình 2.13: BLDC motor có điều chế PWM
2.2.3 Điều khiển điện áp hình sin
Kỹ thuật AC không chổi than (brushless AC) giúp giảm tiếng ồn có thể nghe thấy và hạn chế gợn sóng momen, nhờ vào dạng sóng điện áp và dòng điện ra ít bị biến dạng.
Hình2.14:Giản đồ điều chế điện áp hình sin
2.2.4 Điều khiển động cơ BLDC không sử dụng cảmbiến (sensorless control) Đây là phương pháp sử dụng các ước lượng từ thông rotor để điều khiển các khóa đóng cắt thay cho cản biến Hall truyền thống Do đó phương pháp này được gọi là phương pháp điều khiển không cảm biến (sensorless control) Cơ sở chính của điều khiển không cảm biến đối với động cơ BLDC là dựa vào thời điểm qua zezo của SĐĐ cảm ứng trên các pha của động cơ Tuy nhiên phương pháp này chỉ áp dụng được phương pháp điện áp hình thang
Về cơ bản có hai kĩ thuật điều khiển không cảm biến:
- Một là xác định vị trí rotor dựa vào sức điên động của động cơ, phương pháp này đơn giản,dễ dàng thực hiện và giá thành rẻ
Ước lượng vị trí dựa vào các thông số của động cơ, bao gồm điện áp và dòng điện, là một phương pháp phức tạp và khó kiểm soát, đồng thời có chi phí cao.
Phương pháp ước lượng vị trí rotor dựa vào thời điểm qua zero của SĐĐ yêu cầu tạo ra một điểm trung tính để đo và xác định thời điểm qua zero Điểm trung tính có thể là trung tính thật hoặc trung tính ảo, với điểm trung tính ảo lý thuyết có cùng điện thế với trung tính thật của các cuộn dây đấu hình Y Tuy nhiên, điểm trung tính không cố định và điện áp của nó có thể thay đổi từ 0 đến gần điện áp DC của nguồn Trong quá trình điều chế PWM, tín hiệu PWM chồng chất lên điện áp trung tính, gây ra nhiễu lớn trên tín hiệu cảm biến, dẫn đến trì hoãn không cần thiết cho tín hiệu cảm biến.
Hình2.15: Đo điện áp cảm ứng bằng điểm trung tính a Điểm trung tính thật b Điểm trung tính ảo
Hình 2.16: EMF hồi tiếp v/s Hall sensors 2.2.5 Điều khiển vòng kín động cơ BLDC
Phương trình vi phân mô tả khâu hiệu chỉnh PID:
K P : Hệ số khâu tỉ lệ
K I : Hệ số khâu tích phân
K D : Hệ số khâu vi phân
Khâu hiệu chỉnh khuếch đại tỷ lệ (K P) được tích hợp vào hệ thống nhằm giảm thiểu sai số xác lập Việc đầu vào thay đổi theo hàm nấc có thể dẫn đến hiện tượng vọt lố, điều này có thể gây ra vấn đề nghiêm trọng trong mạch động lực.
Khâu tích phân tỉ lệ (PI) là một phần quan trọng trong hệ thống điều khiển, giúp loại bỏ sai lệch tĩnh triệt tiêu và đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác Để nâng cao độ chính xác của hệ thống, cần tăng hệ số khuếch đại, từ đó cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của quá trình điều khiển.
45 đại, song với mọi hệ thống thực đều bị hạn chế và sự có mặt của khâu PI là bắt buộc
Sự có mặt của khâu vi phân tỉ lệ (PD) làm giảm độ vọt lố, đáp ứng ra bớt nhấp nhô và hệ thống sẽ đáp ứng nhanh hơn
Khâu điều chỉnh vi tích phân tỉ lệ (PID) kết hợp ưu điểm của khâu PI và PD, giúp tăng độ dự trữ pha ở tần số cắt và khử chậm pha Tuy nhiên, việc sử dụng khâu PID có thể gây ra dao động trong hệ thống do đáp ứng quá độ bị vọt lố bởi hàm Dirac (t) Các bộ điều chỉnh PID được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp, dưới dạng thiết bị điều khiển hoặc thuật toán phần mềm.
Hình 2.17: Sơ đồ khối PID số u(k) = u P (k) + u I (k) u P (k) = K P e(k) u I (k) = u I (k-1)+K I T.e(k) = u I (k-1) + K ’I e(k)
46 u P (k) = K P e(k) u I (k) = u I (k-1) + K I T.e(k)= u I (k-1) + K’I e(k) u D (k) = K D [e(k) – e(k - 1)]/T = K’ D [e(k) – e(k – 1)] Trong đó T là tần số lấy mẫu
Rời rạc hóa- phương pháp gần đúng u(k) = u P (k) + u I (k)+ u D (k) uP (k) = KP.e(k) u I (k) = K I [e(k) – e(k - 1)] u D (k) = K D [e(k) – e(k - 1)]
PID số - phương pháp 2 Đạo hàm hai vế
ĐẶC ĐIỂM VÀ YÊU CẦU CẢM BIẾN VỊ TRÍ CỦA CÁC ĐỘNG CƠ
Mục đích của bài viết này là phác thảo các đặc tính cơ bản của động cơ nam châm vĩnh cửu, đồng thời nêu rõ những yêu cầu liên quan đến thông tin vị trí rotor.
3.2.1 Các loại động cơ PM không chổi than
Truyền động động cơ PM không chổi than có thể được chia thành 2 loại
Để cung cấp điện thế hình sin và dòng điện cho động cơ, hệ thống sử dụng phản hồi vị trí rotor liên tục và điều chế độ rộng xung của điện áp nguồn 1 chiều SĐĐ lý tưởng là hình sin, giúp tạo ra mô men xoắn ổn định với gợn sóng thấp Hệ truyền động này được gọi là truyền động xoay chiều nam châm vĩnh cửu, truyền động xoay chiều không chổi than, hoặc truyền động 1 chiều không chổi than hình sin.
Truyền động động cơ nam châm vĩnh cửu loại thứ 2 được phân loại là truyền động 1 chiều không chổi than, truyền động 1 chiều hình thang hoặc truyền động cấp nguồn hình chữ nhật Trong cấu hình 3 pha, các khối dòng hình chữ nhật lệch nhau một góc 120 độ được cung cấp cho máy, với điện áp cảm ứng lý tưởng có dạng hình thang và phần hằng số của sóng được định thời gian.
Thiết bị này hoạt động với 50 trùng khớp với các khoảng thời gian của dòng pha không đổi, cho phép thông tin vị trí rotor chỉ cần được xác định tại các điểm giao nhau, chẳng hạn như mỗi 60 độ điện trong động cơ.
Cả động cơ hình thang và hình sin đều có thể được mô tả bằng mạch tương đương cho mỗi pha, trong đó điện áp cung cấp cho dòng I bao gồm điện trở R nối tiếp với độ tự cảm L và suất điện động cảm ứng e Suất điện động này được sinh ra từ sự dịch chuyển của rotor nam châm vĩnh cửu, phụ thuộc vào vị trí và vận tốc của rotor Dòng I cung cấp cho lực điện động e được chuyển đổi thành công suất cơ học khi thiết bị hoạt động như một động cơ Vị trí của rotor ảnh hưởng đến độ tự cảm và suất điện động cảm ứng, từ đó tác động lên dạng điện áp và dòng điện Mối liên kết này được sử dụng trong mạch không cảm biến, kết hợp với việc phân tích dạng áp và dòng để chiết xuất suất điện động hoặc độ tự cảm.
2), từ đó suy ra vị trí rotor Đầu ra moment quay của động cơ PM không chổi than là không đổi trong
Tốc độ của động cơ được giới hạn bởi khả năng của bộ chuyển đổi nguồn điện tử để duy trì dòng pha trong phạm vi yêu cầu Để điều khiển dòng dẫn pha một cách nhanh chóng và chính xác, điện áp nguồn từ phần liên kết 1 chiều cần phải lớn hơn nhiều so với suất điện động cảm ứng, tạo ra điện áp dư để thay đổi dòng điện Tốc độ mà điện áp dư không còn đủ được gọi là tốc độ cơ bản Trong chế độ từ trường yếu, động cơ có thể hoạt động ở tốc độ cơ bản, nơi dòng điện phần ứng tạo ra từ trường ngược với từ trường của nam châm vĩnh cửu, làm giảm suất điện động cảm ứng Sự suy yếu từ trường này được thực hiện qua việc tăng góc pha, giúp dòng điện vượt trước suất điện động cảm ứng trong cả động cơ hình sin và hình thang.
Cầu 51 đóng vai trò quan trọng trong việc sử dụng cảm biến vị trí, đặc biệt khi máy hoạt động trên dải tốc độ rộng trong vùng suy yếu trường Để đảm bảo khả năng sinh mô men hiệu quả, cần thiết phải trang bị cảm biến vị trí có độ phân giải cao, ngay cả đối với các máy hình thang.
3.2.2 Cấu hình động cơ nam châm vĩnh cửu
Sự thay đổi vị trí của điện cảm và suất điện động cảm ứng trong động cơ nam châm vĩnh cửu phụ thuộc vào cấu trúc từ tính Động cơ nam châm vĩnh cửu không chổi than có trường từ do nam châm vĩnh cửu trên rôto và cuộn dây phần ứng trên stato tạo ra Trong động cơ xuyên tâm thông thường, có ba cấu trúc rotor khác nhau Trong cấu trúc nam châm gắn trên bề mặt, sử dụng vật liệu đất hiếm có tính thấm từ tương đối, khe hở không khí thực được tính bằng tổng khe hở vật lý giữa rotor và stator cộng với độ sâu nam châm Điều này dẫn đến dòng điện trong dây dẫn phần ứng chỉ tạo ra một phần từ thông nhỏ, làm cho độ tự cảm của cuộn dây pha cũng nhỏ Nếu toàn bộ bề mặt rotor được phủ bởi nam châm vĩnh cửu, sự biến đổi độ cảm ứng trong cuộn dây theo vị trí rotor có thể bị bỏ qua.
Cấu hình nam châm ghép bề mặt thường được ưu tiên cho máy hình thang, nhờ vào khả năng điều chỉnh vòng cung cực nam châm để hỗ trợ hình thành sóng suất điện động cảm ứng Sự hiện diện của vật liệu từ mềm trong khe hở không khí giữa các cực nam châm tạo ra sự thay đổi đáng kể về điện cảm cuộn dây, với điện cảm tối đa xuất hiện khi các cực nam châm được căn chỉnh lệch trục Ngoài ra, hai cấu hình khác có nam châm chôn trong thân rotor, trong đó cấu trúc nam châm bên trong có hướng từ hóa tâm, cũng được ưu tiên cho các ứng dụng nhất định.
Máy PM hình sin được ưa chuộng vì dễ dàng đạt được sự thay đổi hình sin cần thiết của mật độ từ thông xung quanh khe hở không khí Việc sử dụng vật liệu từ tính thấm cao tiếp giáp với khe hở không khí giúp tăng giá trị điện cảm máy so với hai cấu hình trước đó Cuối cùng, loại tập trung từ thông có nam châm được sắp xếp theo hướng vòng tròn, tạo ra từ thông trên một vòng cung cực rôto từ hai nam châm riêng biệt, dẫn đến sự thay đổi đáng kể của cuộn cảm khi vị trí rotor thay đổi.
CẢM BIẾN VỊ TRÍ SỬ DỤNG “SĐĐ CẢM ỨNG”
Trong động cơ BLDC, sự di chuyển của nam châm so với cuộn dây tạo ra điện áp cảm ứng, và thông tin về vị trí rotor được chứa trong dạng sóng điện áp này Tuy nhiên, việc trích xuất thông tin từ điện áp gặp khó khăn do dòng điện thay đổi nhanh chóng và điện áp cảm ứng từ chuyển pha Hơn nữa, điện áp cảm ứng tỷ lệ thuận với tốc độ rotor, khiến cho cảm biến vị trí chỉ hoạt động khi đạt đến tốc độ ngưỡng Do đó, quá trình khởi động thường được thực hiện bằng cách gia tốc ban đầu dưới sự kiểm soát vòng mở với tín hiệu tần số nhảy bậc, với các tham số được điều chỉnh phù hợp với yêu cầu điều khiển và tải Việc tăng tốc từ trạng thái nghỉ là một trường hợp đặc biệt, có thể dẫn đến động cơ chạy ngược lại, do đó cần sử dụng các cảm biến phụ hoặc các phép thử kích thích tần số cao để xác định vị trí rotor và mẫu kích thích cuộn dây ban đầu thích hợp.
Nam châm vĩnh cửu Vật liệu dẫn từ mềm
Hình 3.1 Cấu hình cánh quạt của các máy từ trường xuyên tâm bốn cực a) Bề mặt được gắn b) Phía ngoài c) Phía trong d) Từ thông nén
Hình thức đơn giản nhất của sự sắp xếp cảm biến, được báo cáo bởi Iizuka et al., có thể được hiểu qua sơ đồ thời gian kích thích cho máy hình thang ở phần trên của hình 3.2.
Sự vượt qua điểm không dương của các SĐĐ cảm ứng trong mỗi pha là đặc trưng quan trọng của cảm biến, do sự phụ thuộc vào tốc độ và thông tin vị trí của rôto khi cuộn dây pha không được kích từ Tuy nhiên, như hình 3.2 thể hiện, điểm cắt zero của SĐĐ không tương ứng với các vị trí rôto, nơi diễn ra sự chuyển mạch giữa các pha Do đó, các tín hiệu cần được dịch pha 90 độ điện trước khi sử dụng cho chuyển mạch Ví dụ, trong hình 3.2, sự dịch pha của giá trị dương của SĐĐ được áp dụng để chuyển mạch dòng điện âm từ pha b sang c.
Một sơ đồ cảm biến dung sđđ cảm ứng được miêu tả ở trê có một só hạn chế cần phải vượt qua khi sử dụng chung
Hình 3.2.Giá trị đạo hàm tín hiệu chuyển mạch dòng điện từ sđđ cảm ứng (e) cho động một động cơ hình thang PM
1) Tổng quát tất cả các sơ đò dung cảm biếnSĐĐ cảm ứng thì không thể ở tốc độ thấp.Có hai hạn chế đối với hoạt động tốc độ thấp Thứ nhất là sự vắng mặt của SĐĐ cảm ứng ở tốc độ bằng không, có thể được giải quyết bằng cách tăng tốc động cơ đến một tốc độ phù hợp với một chuỗi kích thích định sẵn Yếu tố thứ hai là yêu cầu sự dịch pha tín hiệu qua điểm không bằng 90 0 điện Trong tác phẩm gốc [7], sự dịch pha được thực hiện bằng cách sử dụng ba mạch R-C riêng biệt để tạo ra sự dịch pha cần thiết chỉ khi tần số làm việc đủ cao Mạch lọc nặng nề vốn có trong xử lý tín hiệu giới hạntính năng động của sơ đò cảm biến vị trí
2) Người ta cho rằng có sự phân rã rất nhanh của dòng điện khi một pha bị tắt, do đó điện áp xuất hiện trên các cực của pha không được phép là bằng SĐĐ cảm ứng Giả thiết này có thể không đúng ở tốc độ tiến tới tốc độ cơ sở, hoặc trong vùng trường suy yếu Vì thế, có một giới hạn trên phạm vi tốc độ hữu ích có thể đạt được với dạng cảm biến SĐĐ cảm ứng này
3) SĐĐ cảm ứng được đo qua các đầu cuối của từng pha của ba pha máy Đối với máy được nối sao, cần thiết để có một kết nối với điểm nối sao của máy, và do đó có bốn, thay vì ba kết nối máy thông thường
Mặc dù có những hạn chế, phương pháp này đã chứng minh thành công trong các ứng dụng chi phí thấp cho quạt gió và máy bơm với hoạt động một chiều Chẳng hạn, Iizuka et al [7] đã mô tả một động cơ BLDC bốn cực 1,2kW hoặc một máy điều hòa không khí sử dụng cảm biến vị trí SĐĐ cảm ứng trên một dải tốc độ nhất định.
Ứng dụng cảm biến SĐĐ cảm ứng trong điều khiển không chổi than cho máy bơm nhiên liệu ô tô đã được Shao et al trình bày, giúp vượt qua vấn đề khởi động bằng cách xác định chuỗi kích từ vòng hở Toliyat et al cũng mô tả cảm biến vị trí ở máy nam châm bề mặt, với các cực lồi đủ lớn, liên quan đến việc phát triển cuộn dây máy.
Cảm biến có thể loại bỏ thành phần thứ ba của sđđ cảm ứng và giảm sụt điện áp do điện trở, từ đó tránh sai số khi điện trở cuộn dây thay đổi do nhiệt Hoạt động không cảm biến ở tần số kích thích thấp đến 2Hz đã được mô tả, với việc sử dụng vòng khóa pha số để giải quyết vấn đề chuyển pha Tuy nhiên, phạm vi hoạt động của cảm biến bị hạn chế bởi đặc tính thông thấp của bộ lọc vòng lặp Các nghiên cứu khác cũng đã gặp phải giới hạn tương tự khi giải quyết vấn đề này Đối với máy móc, phản ứng phần ứng có thể gây ra biến dạng trong phân bố từ thông, dẫn đến sai số trong phát hiện vị trí rôto Shen và Tseng đã phân tích cơ chế sai số và phát triển kỹ thuật bù phản ứng phần ứng.
Hầu hết các hoạt động trên cảm biến SĐĐ cảm ứng đã được thực hiện trong môi trường phòng thí nghiệm thông qua mạch tương tự/kỹ thuật số hoặc bộ xử lý tín hiệu số (DSPs) Cheng và Tzou đã thiết kế và thử nghiệm mạch tích hợp chế độ hỗn hợp trong công nghệ CMOS bốn kim loại đơn lẻ 0.35-µm tiêu chuẩn để thực hiện tất cả các khía cạnh của bộ cảm biến SĐĐ cảm ứng Bên cạnh đó, cũng đã có một số mạch tích hợp thương mại xuất hiện trên thị trường.
3.3.2 Cảm biến sử dụng sóng hài thứ ba của SĐĐ cảm ứng
Moriera [18] đã giới thiệu một phương pháp cải tiến cho cảm biến vị trí sử dụng sóng điện từ cảm ứng, bằng cách áp dụng sóng hài bậc ba của sóng điện từ cảm ứng trong máy PM hình thang Phương pháp này giúp giảm thiểu vấn đề dịch chuyển pha đã được đề cập Hình 3.3 minh họa ba cuộn dây của máy được kết nối với một điểm sao có zero s, cùng với một nối sao bổ sung của ba điện trở giống hệt nhau, được kết nối giữa các pha a, b, c và một điểm sao riêng biệt n.
Hình 3.3 Các biến dòng điện và điện ápso sánh trong một máy ba pha nối sao
Giả sử rằng điện trở I và điện cảm (L) của ba cuộn dây máy là giống nhau, điện áp giữa hai điểm sao n và s bằng giá trị trung bình của ba pha SĐĐ cảm ứng, như được thể hiện trong hình 3.4.
Điện áp v ns và mối quan hệ của nó với vị trí rôto trong quá trình chuyển đổi giữa các pha được thể hiện trong Hình 3.4 Dạng sóng v ns có tần số gấp ba lần so với thành phần cơ bản của bất kỳ SĐĐ cảm ứng pha nào, và vì vậy, nó được gọi là "sóng bậc 3" của SĐĐ cảm ứng, mặc dù cũng chứa các sóng hài cao hơn Các sóng này dịch chuyển qua vị trí rotor 30 độ thông qua quá trình tích hợp Các giao điểm không của dạng sóng tích hợp tương ứng với các vị trí rôto, nơi sự kích thích cần được chuyển đổi giữa các pha, và do đó, các giao điểm bằng không là tín hiệu chuyển đổi kích thích thích hợp.
Hình 3.4.Đạo hàm tín hiệu chuyển mạch dòng điện của song hài thứ 3 của SĐĐ cảm ứng (e) trong một động cơ hình thang PM
Hình 3.5 Nguyên lý bộ quan sát vòng kín
Trong mỗi chu kỳ kích từ, dạng sóng của v nsđ đi qua ba chu kỳ, khiến tín hiệu điều khiển kích từ được đồng bộ hóa với sự thay đổi pha phù hợp Tín hiệu này phụ thuộc vào các hướng yêu cầu của mô-men và tốc độ Để đồng bộ hóa, một vị trí tham chiếu thích hợp được xác định, chẳng hạn như chuyển tiếp sđđ cảm ứng dương trong pha a So với phương pháp cơ bản của cảm biến vị trí sử dụng sđđ cảm ứng, phương pháp sóng hài bậc 3 mang lại nhiều ưu điểm nổi bật.
1) Giảm yêu cầu lọc, bởi vì chức năng tích hợp (thông thấp lọc) được thực hiện trên một tín hiệu, trong đó có một tần số ba lần so với tín hiệu cơ bản.Bộ lọc nhẹ hơn cải thiện tính năng động
CẢM BIẾN VỊ TRÍ SỬ DỤNG SỰ BIẾN ĐỔI CẢM ỨNG
Một phương pháp thay thế để xác định vị trí là dựa vào tỷ lệ thay đổi dòng điện trong cuộn dây Tỷ lệ này phụ thuộc vào độ tự cảm của cuộn dây, mà độ tự cảm lại liên quan đến vị trí rotor và dòng điện Do đó, vị trí rotor có thể được suy ra từ dòng điện xoay chiều và tốc độ thay đổi của nó Sơ đồ này có ưu điểm quan trọng là vẫn hoạt động hiệu quả ngay cả khi tốc độ bằng không, khi không có điện áp cảm ứng Cảm biến vị trí rotor qua biến thiên cảm ứng trong máy PM không chổi than trở nên phức tạp do những yếu tố này.
1) Trong một máy có nam châm gắn trên bề mặt, không có sự cố định vốn có, vì vậy bất kỳ biến thiên cuộn cảm nào với vị trí rotor chỉ phát sinh từ độ bão hòa từ tính
2) Tốc độ thay đổi dòng điện trong máy PM bị chi phối bởi SĐĐ cảm ứng
3) biến thiên của điện cảm gia tăng với vị trí rôto trải qua hai chu kỳ trên một chu trình điện đơn của máy PM, gây ra sự mơ hồ ở cảm biến vị trí Điểm cuối cùng được minh họa trong hình 3.6, cho thấy sự biến đổi của các thành phần khác nhau của từ thông móc vòng qua hai chu kỳ của một máy
PM hai cực Giá trị tối thiểu của điện cảm gia tăng xảy ra ở các vị trí rotor của cả
Từ thông móc vòng của nam châm có cực dương tại vị trí 0° và cực âm tại vị trí 180° Mặc dù gặp nhiều khó khăn, đã có nhiều nỗ lực trong việc sử dụng điện cảm biến đổi để phát hiện vị trí rotor trong các máy PM.
Từ thông móc vòng và điện cảm gia tăng thay đổi theo vị trí rôto trong máy PM, ảnh hưởng đến quá trình khởi động Việc xác định chính xác vị trí rôto trước khi kích thích là rất quan trọng, đặc biệt trong ứng dụng lực kéo, để tránh các chuyển động ngược không mong muốn Tín hiệu điện áp thăm dò được áp dụng cho các cuộn dây pha của máy PM cực hiện, cho thấy biên độ dòng điện tổng liên quan đến điện cảm gia tăng và vị trí của rôto.
64 nhận mở rộng phạm vi 180 0 điện và vẫn còn vấn đề giải quyết hướng của rotor trên toàn bộ phạm vi 360 0 điện
Giải pháp phổ biến cho vấn đề xác định hướng của rotor là xem xét ảnh hưởng của độ bão hòa từ tính lên điện cảm gia tăng Bằng cách phân tích đặc tính từ thông của mạch vòng, có thể xác định vị trí của rôto tại 0° hoặc 180° bằng cách quan sát điện cảm gia tăng ở một pha có giá trị nhỏ nhất Khi rôto ở vị trí 0°, xung dương dòng điện sẽ làm tăng tổng dòng dương, trong khi ở vị trí 180°, dòng điện sẽ giảm tổng từ thông âm Sự khác biệt này tạo ra sự khác biệt về mức độ bão hòa từ và ảnh hưởng đến điện cảm gia tăng Nếu độ bão hòa từ tăng, điện cảm gia tăng sẽ thấp hơn, dẫn đến biên độ xung dòng điện lớn hơn tại một trong hai vị trí rôto Mặc dù ảnh hưởng của độ bão hòa từ là nhỏ, nhưng nó vẫn có tác động đáng kể đến điện cảm gia tăng, ngay cả trong máy từ tính bề mặt Nghiên cứu của Nakashima et al đã chứng minh rằng có thể sử dụng hiệu ứng bão hòa để ước tính vị trí ban đầu của rôto, mặc dù độ chính xác có thể giảm, với sai số tối đa lên đến 18°.
Hình 3.7 Biên độ xung dòng điện như một hàm của vị trí rôto trong một máy có độ bão hòa từ
Vị trí khởi động ban đầu của động cơ PM cực lồi có thể được nghiên cứu bằng các phương pháp bơm tần số cao, giúp phát hiện hiệu quả điện cảm gia tăng vị trí Noguchi et al đã phỏng đoán trở kháng cuộn dây với bộ điều khiển điện áp điều chế xung, tạo ra đầu ra biên độ thấp ở tần số 50 Hz Để giải quyết sự mơ hồ trong hướng nam châm, các thông số của bộ điều khiển vòng kín dòng đã được điều chỉnh, đáp ứng dòng điện dao động cho các giá trị thấp nhất của điện cảm gia tăng, tương ứng với độ bão hòa tối đa Aihara et al đã sử dụng tần số cao hơn (500 Hz) để bơm tín hiệu và phân biệt giữa các cực nam châm thông qua các hiệu ứng bão hòa từ rotor.
Vị trí rôto ban đầu có thể được xác định bằng cách sử dụng xung điện áp, như Lai et al đã mô tả Trong nghiên cứu này, điện áp liên kết DC được áp dụng cho các tổ hợp khác nhau của ba pha kết nối qua cầu sáu van Dòng điện được duy trì ổn định trong tất cả các pha, nhưng khi điện áp được ngắt, dòng điện giảm nhanh hơn ở pha có điện cảm thấp nhất Điều này cho thấy không cần thiết phải sử dụng cảm biến dòng điện cho từng pha.
Phân rã dòng điện được xác định qua các điện áp đường dây, với sự thay đổi đột ngột khi các dòng pha tương ứng giảm xuống mức 0.
Một số phương pháp cảm biến vị trí từ biến thiên điện cảm đã được phát triển để quay liên tục các máy móc Kulkarni và Ehsani đã đề xuất một phương pháp tính toán điện cảm pha hiệu quả từ bộ điều khiển dòng trễ, khởi động máy từ một vị trí đã biết và theo dõi thay đổi điện cảm với giả định máy luôn xoay theo một hướng Corley và Lorenz sử dụng bơm điện áp tần số 2 kHz, trích xuất thông tin vị trí rôto bằng cách so sánh tín hiệu với tần số sóng mang tương ứng Kết quả so sánh cho ra tín hiệu điều chế bởi sai số giữa vị trí rôto thực tế và ước tính, từ đó thông tin lỗi vị trí được giải mã để điều chỉnh đầu ra bộ ước lượng chuyển động Tương tự, Noguchi và Kohno đã sử dụng tần số sóng mang 4 kHz, trong khi Shinnaka phát triển thuật toán lọc mới dựa trên vòng lặp khóa pha, thể hiện hiệu suất tốt ở tốc độ thấp.
Hoạt động sensorless từ biến thiên điện cảm được thực hiện thông qua các trình tự điện áp được tiêm trong quá trình ngắt khi điều chế điện áp bình thường, cùng với các thành phần tần số xung điều tần đạt tới 5,5 kHz Việc lựa chọn tần số điều chế cần được cân nhắc kỹ lưỡng: tần số thấp có thể tạo ra biên độ dòng điện dễ phát hiện lớn hơn, nhưng cũng tiềm ẩn nguy cơ gây ra một số vấn đề.
Nhiễu âm thanh từ động cơ có thể giảm thiểu bằng cách sử dụng tần số điều chế cao, tuy nhiên, điều này dẫn đến sự giảm biên độ dòng điện Choeisai et al đã áp dụng máy dò Walsh để đo biên độ dòng điện tần số cao với tần số điều chế 20 kHz Hartas et al đã phát triển một máy sáu pha mới, cho phép thực hiện cảm biến dựa trên hành vi phụ thuộc vào vị trí của bộ điều khiển dòng Nghiên cứu của Jang et al về tiêm tín hiệu tần số cao nhấn mạnh tầm quan trọng của việc lựa chọn cẩn thận biên độ và tần số tín hiệu.
Một tùy chọn nữa để cải thiện cảm biến vị trí là sửa đổi rôto máy Ví dụ,
Nondahl và cộng sự đã tích hợp một cuộn dây rôto mạch xoay ngắn vào máy nam châm bề mặt mà không gặp sự cố, giúp tăng cường sự phụ thuộc vị trí của điện cảm cuộn dây nhờ vào phản ứng với các trường thay đổi theo thời gian Hiệu ứng tương tự cũng được ghi nhận khi phủ các cực rôto bằng vật liệu dẫn điện không từ tính Matsuse và cộng sự đã phát triển một cấu hình thiết bị mới để ước tính vị trí rôto, trong đó cầu từ trên các khe stator bao gồm khu vực cắt ngang, nơi dòng điện rò rỉ quanh co bị bão hòa bởi từ thông nam châm rotor, ảnh hưởng đến các cuộn cảm cuộn pha.
CÀI ĐẶT VỊ TRÍ DỰA TRÊN TỪ THÔNG MÓC VÒNG
Cảm biến vị trí dựa trên biến đổi từ thông móc vòng đã được biết đến từ lâu, nhưng việc triển khai thành công công nghệ này chỉ trở nên khả thi trong thập kỷ qua nhờ vào sự phát triển của các thiết bị có khả năng xử lý thời gian thực.
68 Ý tưởng cơ bản của cảm biến vị trí từ thông móc vòng là đơn giản Phương trình điện áp pha có thể được viết là
(1) Ở đây v-điện áp đầu cuối pha i- pha hiện tại
R- pha kháng Ψ- pha từ thông móc vòng và các từ thông móc vòng là một chức năng của vị trí hiện tại và rotor Phương trình (1) có thể được sắp xếp lại thành
Bằng cách trừ điện áp điện trở giảm từ điện áp pha và tích hợp, có thể ước lượng liên tục từ thông móc vòng.
Trong hầu hết các máy điện, việc đo trực tiếp điện áp đầu cuối pha là không khả thi do vấn đề cách ly Thay vào đó, điện áp pha được ước tính dựa trên điện áp cung cấp DC và bộ chuyển đổi trạng thái rắn trong bộ điều khiển điện áp Một nguyên nhân lỗi quan trọng là việc chuyển đổi nhu cầu điện áp thành tín hiệu cho thiết bị chuyển đổi, trong đó cần có thời gian chết giữa việc tắt một thiết bị và chuyển sang thiết bị khác trong cùng một chân pha biến tần Hiệu ứng của thời gian chết này cần được xem xét kỹ lưỡng.
Lỗi giữa các giá trị điện áp pha và giá trị thực của điện áp pha có thể lên tới 69, với sai số lớn nhất xảy ra khi điện áp đầu ra gần bằng không Nhiều tác giả đã chỉ ra vấn đề này và phát triển các kỹ thuật để bù đắp cho các lỗi thời gian chết.
Sự tích hợp vòng mở trong (2) dễ bị lỗi do trôi dạt, khi các tín hiệu bù nhỏ trong các phép đo cộng dồn theo thời gian dẫn đến bão hòa đầu ra của bộ tích hợp Việc thay thế bộ tích hợp thuần túy bằng bộ lọc thông thấp hoặc cấu trúc tích hợp thay thế có thể giảm trôi, nhưng lại hạn chế phạm vi hoạt động tốc độ thấp của bộ ước lượng từ thông Nghiên cứu gần đây tập trung vào ước lượng từ thông móc vòng kín trong quá trình cảm biến vị trí, nhằm cải thiện hoạt động cảm biến với các điều kiện tải biến đổi Ước lượng vị trí sử dụng từ thông móc vòng kết hợp các phương pháp cảm biến EMF chuyển động và điện cảm, với một số tác giả giới thiệu khái niệm ước lượng SĐĐ cảm ứng mở rộng (EEMF) Tuy nhiên, cần lưu ý rằng từ thông móc vòng không cung cấp thông tin vị trí vượt trội hơn so với sự kết hợp của EMF chuyển động và cảm biến vị trí, dẫn đến việc một số loại máy vẫn gặp khó khăn trong điều kiện vận hành nhất định.
Hình 3.8 Khâu quan sát vòng kín để ước lượng vị trí bằng cách sử dụng các từ thông móc vòng (∗ = trạng thái ước tính)
3.5.2 Tính toán từ thông với mô hình cơ khí
Trong máy không chổi than, từ thông liên kết với mỗi pha được sinh ra từ nam châm vĩnh cửu và dòng điện trong cuộn dây Mối liên kết từ thông này phụ thuộc vào vị trí rotor và chế độ vận hành của máy Đối với máy không chổi than, mối liên kết từ thông là hàm hình thang của vị trí, trong khi máy hình sin yêu cầu biến đổi hình sin của mối liên kết này Sự thay đổi điện cảm pha và từ thông móc vòng phụ thuộc vào cấu trúc của máy Để ước lượng vị trí trong các loại máy, thường áp dụng nguyên tắc quan sát vòng kín, trong đó điện áp và dòng điện cung cấp cho máy là đầu vào cho bộ ước lượng, giúp tính toán giá trị từ thông móc vòng cho từng pha.
71 được sử dụng để tính toán mô-men xoắn, và dữ liệu mô-men xoắn được nhập vào một mô hình cơ học
Để ước tính tốc độ rotor (ω) và vị trí (θ), các giá trị ước tính của liên kết vị trí và pha từ thông được sử dụng để ước lượng dòng pha Những dòng này sau đó được so sánh với các dòng đo được để xác định lỗi ước lượng Lỗi này được đưa trở lại bộ ước lượng từ thông theo dạng vòng kín, giúp điều chỉnh và chống lại xu hướng trôi dạt do sai số trong phép đo.
Các mục đích ban đầu trong việc sử dụng từ thông móc vòng để quan sát vị trí cho các máy PM không chổi than đã gặp khó khăn do giới hạn về khả năng xử lý thời gian thực Tuy nhiên, với sự tiến bộ trong công nghệ DSP, các nguyên tắc quan sát này đã được thực hiện hiệu quả Ví dụ, Terzic và Jadric đã phát triển bộ lọc Kalman mở rộng cho động cơ không chổi than và triển khai trên DSP Thuật toán này bao gồm ước tính stator-kháng để giảm thiểu lỗi từ thông móc vòng do giá trị kháng không chính xác khi nhiệt độ động cơ tăng Vận hành không cảm biến với tốc độ thấp tới 50r/phút đã được ghi nhận cho một máy có độ không đáng kể Một thách thức trong việc áp dụng bộ lọc Kalman mở rộng là cần xác định các giá trị tham số ma trận hiệp phương sai phù hợp, phản ánh sự không chắc chắn trong mô hình hóa và phép đo, thường được chọn qua thử nghiệm Tuy nhiên, Bolognani và cộng sự đã phát triển các nguyên tắc để lựa chọn các giá trị này.
3.5.3 Tính toán từ thông không có mô hình cơ khí
Các khâu quan sát vòng kín có thể gặp lỗi do mô hình động lực học cơ học không chính xác và sự thay đổi của các thông số cơ học Để khắc phục vấn đề này, nhiều phương pháp đã được giới thiệu nhằm cải thiện độ chính xác của mô hình cơ học Nghiên cứu về ước lượng vị trí từ sự biến đổi của từ thông trong vòng móc cũng đã được thực hiện.
Wu và Slemon [62] đã nghiên cứu một máy hình sin với hiệu suất không đáng kể, sử dụng bộ tích hợp tương tự để tính toán liên kết từ thông Do biến tần bị kiểm soát trễ, việc đồng bộ hóa lấy mẫu dữ liệu với các sự cố chuyển đổi ngẫu nhiên trở nên khó khăn Để trung hòa sai lệch, một tín hiệu bù đắp được tính toán, đảm bảo rằng từ thông móc vòng trung bình với mỗi giai đoạn là số không khi máy hoạt động ổn định Mặc dù đây là một giải pháp chi phí thấp và hiệu quả, nhưng nó không cho phép máy tự khởi động và không thể xử lý các thay đổi nhanh về tốc độ hoặc mô-men xoắn.
Các nguyên tắc liên kết từ thông và ước lượng vị trí trong hệ thống vòng kín không cần mô hình cơ học được minh họa trong hình 3.9 Liên kết từ thông được xác định thông qua việc tích hợp điện áp đầu vào và dòng điện Đặc tính dòng / vị trí / dòng chảy được lưu trữ giúp ước tính vị trí hiện tại và rôto Dòng ước tính sẽ được nạp lại cho khối tra cứu và so sánh với các dòng đo được để phát hiện lỗi ước lượng Tính năng đóng vòng lặp này giúp chống lại sự sai lệch trong quá trình tích hợp.
Hình 3.9 Ước lượng vị trí bằng cách sử dụng các từ thông móc vòng không có mô hình cơ học (∗ = trạng thái ước tính)
Batzel và Lee đã áp dụng khâu quan sát Luenberger để kết nối từ thông và ước lượng vị trí trong máy PM hình sin mà không có khe và có nam châm rotor gắn trên bề mặt Đặc tính liên kết, vị trí và dòng chảy được mô tả bằng đặc tính hình sin liên quan đến từ thông của nam châm Khi không có tính định lượng, việc ước lượng vị trí không thể đạt tốc độ thấp nhất, vì vậy cảm biến Hall được sử dụng để cung cấp phép đo vị trí phụ với độ phân giải 30 độ cho hoạt động dưới 100 vòng/phút Một nghiên cứu sau đó của cùng tác giả đã tích hợp mạng nơron để sửa lỗi thời gian thực cho các lỗi ước tính vị trí do sự không chắc chắn trong các thông số máy.
Một phương pháp thay thế cho mô hình cơ học trong từ thông móc vòng và bộ ước lượng vị trí là sử dụng ước tính ban đầu về vị trí rôto thông qua ngoại suy từ các ước tính trước đó Sau đó, vị trí sẽ được điều chỉnh dựa trên điện áp đo được và thông tin hiện tại Một ví dụ về cách tiếp cận này đã áp dụng một bộ kết hợp từ thông pha và bộ định vị vị trí rôto, trong đó tích phân sai lệch được điều chỉnh.
Bằng cách điều chỉnh các giá trị đo hiện tại theo lưu lượng liên kết và vị trí rotor, một thuật toán tương tự đã được Ostlund và Brokemper áp dụng thành công, nhấn mạnh nhu cầu về phương pháp khởi động phụ khi sử dụng máy nam châm gắn trên bề mặt Để điều khiển động cơ PM với bộ chuyển đổi công suất ma trận, thao tác cảm biến với ước lượng từ thông móc vòng đã được phát triển Các vấn đề về tích hợp từ thông sai lệch đã được giải quyết bằng cách xem xét mối quan hệ giữa những thay đổi trong liên kết từ thông và vị trí rotor, giúp thiết lập thuật toán theo dõi chỉ yêu cầu tích hợp các gia số vị trí.