Luận văn Điều khiển theo hướng trong hệ năng lượng mặt trời

Luận văn Điều khiển theo hướng trong hệ năng lượng mặt trời Thiết bị ứng dụng năng lượng mặt trời cung cấp năng lượng nhiệt và điện phát triển mạnh mẽ trên...

H U

H

Ngày sinh: 14 tháng 06 n m 1979 N i sinh:TP H Chí Minh

Quê quán: Lâm ng à L t

H kh u th ng trú: 33/2 Lê c Th , Ph ng 17, qu n Gò V p, TP H Chí Minh

a ch liên l c: 33/2 Lê c Th , Ph ng 17, qu n Gò V p, TP H Chí Minh

i n tho i nhà riêng: Di đ ng: 0909385014

Email: tri_gv@yahoo.com

C quan công tác:Tr ng C KT Lý T Tr ng, 390 Hoàng V n Th , TB, TP HCM

Là c u h c viên Tr ng i h c K thu t Công ngh Thành ph H Chí Minh

2 Tham d các ngày h p truy n th ng c a Khoa

3 Xem thông báo liên l c tu n ti n nh t

Ngày tháng n m 2012

(Ký tên, ghi rõ h tên)

H U

H

B N CAM OAN

H và tên h c viên: Nguy n Tr ng Trí

Trúng tuy n đ u vào n m: 2010

Là tác gi lu n v n: i u Khi n Theo H ng Trong H N ng L ng M t Tr i

Chuyên ngành: Thi t B , M ng và Nhà Máy Mã ngành: 605250

B o v ngày: 14 Tháng 07 n m 2012

i m b o v lu n v n: 8.4

Tôi cam đoan ch nh s a n i dung lu n v n th c s v i đ tài trên theo góp ý c a H i đ ng đánh giá lu n v n Th c s Các n i dung đã ch nh s a:

Ng i cam đoan Cán b H ng d n (Ký, ghi rõ h tên) (Ký, ghi rõ h tên)

TÓM T T LU NăV NăTH CăS ă

Chuyên ngành : Thi t b , M ng và Nhà máy đi n

Mã s ngành: 605250

H U

TEC

H

Ch ngă1:ăT ng quan

Ch ngă2:ăC ăs lý thuy t

Ch ngă3:ăXơyăd ng mô hình mô ph ng trên mathlab simulink

Ch ngă4:ăXơyăd ng mô hình thu nh

Ch ngă5:ăK t lu năvƠăđ xu tăh ng phát tri n c aăđ tài

Áp d ng thu t toán Fuzzy đ đi u khi n góc quay c a đ ng c

DC, xây d ng mô hình Polar tracking thu nh

 Gi i h n c a đ tài

Áp d ng gi i thu t Fuzzy và PID trong vi c đi u khi n góc

quay c a đ ng c m t chi u kích t đ c l p

 Ph m vi nghiên c u

Nghiên c u đi u khi n mô ph ng đ ng c DC b ng ph ng pháp

Fuzzy k t h p PID b ng Mathlab/Simulink Áp d ng k t qu đ thi t

k mô hình mô th c nghi m thu nh

 i m m i c a lu n v n:

H U

TEC

H

N ng l ng m t tr i thì r t l n nh ng không t p trung và phân

b không đ u m i th i đi m trong ngày thu đ c n ng l ng

m t tr i nhi u nh t trong ngày thì c n có m t h th ng có th thu

đ c n ng l ng này m t cách nhi u nh t

Chính vì v y, đ tài ắ i u Khi nă Theoă H ng Trong H

N ngăL ng M t Tr i” v i m c đích là xây d ng gi i thu t đi u

khi n b “ i u Khi n Theo H ng” có kh n ng xoay theo h ng di

chuy n c a m t tr i sao cho các t m pin quang đi n luôn vuông góc

v i h ng chi u sáng c a m t tr i đ thu đ c n ng l ng là l n

nh t

1.1 ăCácăph ngăphápăthuănh năquangăn ng

1.3.2.1 B đónăh ng Azimuth-elevation

Theo c u trúc này t m pin có kh n ng quay lên xu ng ho c quay

trái ph i Theo ph ng pháp này thì b đi u khi n quay theo góc

l ch azimuth (quay trái ph i) ph i quay đ c góc 360 0

và quay theo

ph ng còn l i (quay lên xu ng) ph i quay đ c góc 90 0

1.3 2.2ăB ăđónăh ngăPolară(c c)

Theo c u trúc này 1 tr c s quay theo 1 tr c song song v i tr c quay c a trái đ t T c đ quay đ c gi không đ i là 15 0

/ gi t ng

t nh t c đ quay c a trái đ t nh ng ng c chi u quay v i trái đ t

H U

TEC

H

C Alexandru [1] đã đã xây d ng mô hình c khí trên máy tính

và mô ph ng b ng ch ng trình “ADAMS” Mô hình đó có tên là

“Pseudo-equatorial tracking system”

H Jiao, J Fu, Y Li [2], đã ti n hành th c nghi m h th ng

tracking theo d ng Azimuthal tracking

H.C Lu, T.L Shih [3] đã s d ng gi i thu t FUZZY đ mô

ph ng đi u khi n mô hình Azimuthal tracking

D.V Diaconescu, I Visa, B.G Burduhos and R Saulescu [6],

đã ch ra tính v t tr i c a mô hình Polar tracking so v i Azimuthal

tracking

T nh ng công trình đã công b trên, đ tài ắ i u Khi n

TheoăH ng Trong H N ngăL ng M t Tr i” v i m c đích là

áp d ng tính u vi t c a gi i thu t Fuzzy lên mô hình Polar tracking

2.2 ngăc ăm t chi u (DC)

H U

TEC

H

2.3.1 B đi u khi n P.I.D

B đi u khi n P.I.D đ c s d ng k t h p v i gi i thu t Fuzzy

đ có th đ t đ c t c đ đáp ng c ng nh gi m s v t l trong đáp

ng ngõ ra c a h th ng đi u khi n

2.3.2 Gi i thu tăđi u khi n Fuzzy

Gi i thu t đi u khi n Fuzzy đ c s d ng đ đ c sai s gi a

tín hi u đi u khi n và tín hi u h i ti p, d a trên lu t đi u khi n đ c

ch nh đ nh, nó s đ a ra m c đi n áp t ng ng đ đi u khi n đ ng

c DC tr c thích h p M i tr c thì có m t b đi u khi n Fuzzy k t

h p P.I.D riêng

3.1.ăXơyăd ngămôăhìnhăc aăđ ngăc ăm tăchi uăkíchăt ăđ căl p

H U

TEC

H

Hình 3.1 : Mô hình đ ng c DC trên mathlab

3.2 Xơyăd ngăb ăđi uăkhi năFuzzy

3.2.1.S đ t ng quát:

Hình 3.2 : S đ t ng quát c a kh i đi u khi n ông Tây

3.2.2 nh ngh a các bi n vào và ra:

Ta g i góc c n đi u khi n n đ nh là  o Gi s góc quay c a

đ ng c c n đi u khi n thay đ i trong kho ng ( o - k,  o + k)

Sai l ch gi a góc quay c n đi u khi n y 1 và tín hi u ch đ o x 1 (Ký

hi u là et): et  (-k, k) ,Ch n k=1  et  (-1, 1)

G i  o là v n t c góc c a đ ng c c n gi n đ nh Gi s

v n t c góc c n đi u khi n thay đ i trong kho ng ( o - V,  o + V) (rad/s)

H U

TEC

H

Ch n V=1  det  (-1, 1) rad/s

i l ng ngõ vào c a b đi u khi n m là tín hi u sai l ch

v n t c góc (det) và tín hi u sai l ch góc quay (et)

3.2.3 Ch n s l ng t p m :

Hàm thành viên đ c bi u di n b ng b y giá tr ngôn

ng là: Âm nhi u (NB:negative big), âm trung bình, (NM), âm ít (NS: negative small), b ng không (ZE: zero), d ng ít (PS: positive small), d ng trung bình, (PM) và d ng nhi u (PB: positive big)

Ta ch n 7 giá tr cho các bi n ngõ vào

i v i (et): NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB

i v i (det): NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB

Ch n 9 giá tr cho các bi n ngõ ra: P 0 , P 1 , P 2 , P 3 , P 4 , P 5 , P 6 , P 7 , P 8

3.2.4 Xácăđ nh hàm liên thu c:

Ta ch n t p m có d ng hình tam giác

Hình 3.3: Hàm thành viên bi n ngõ vào đi u khi n h ng ông Tây

H U

TEC

H

Hình 3.4: Hàm thành viên bi n ngõ vào đi u khi n h ng ông Tây

Hình 3.5: Các hàm thành viên ngõ ra c a h ng ông Tây

3.2.5 Xây d ng các lu t đi u khi n:

Hình 3.6: H lu t đi u khi n cho h ng ông Tây

3.2.6 Gi i m

Ch n ph ng pháp gi i m Bisector

tuy n bi u di n cho s di chuy n c a m t tr i theo h ng t ông

Tây Gi s khi m t tr i m c thì t m pin quay v h ng ông, ta xét

1800 S di chuy n này làm tín hi u đi u khi n cho h th ng đ quay

t ông sang Tây Ta th y đáp ng t i ngõ ra c a h th ng g n nh

bám sát v i đ ng đ c tuy n c a tín hi u ngõ vào

Hình 3.9: Kh i Fuzzy đi u khi n ông Tây sau khi đã hoàn thi n

đi u khi n theo h ng B c Nam

Hình 3.11: Góc quay c a motor theo h ng B c Nam

T hình 3.14 ta th y đ ng đ c tuy n trên là đ ng đ c

tuy n bi u di n cho s di chuy n c a m t tr i theo h ng t B c

Nam Gi s khi m t tr i nghiêng theo mùa trong n m theo h ng

B c Nam t -23.50 - +23.50 nghiêng c a m t tr i Theo h ng

B c Nam, khi ta quy v tr c to đ c a h th ng thì nó s t ng tuy n

tính t 00 - 450 S di chuy n này làm tín hi u đi u khi n cho h

th ng đ quay t B c sang Nam Ta th y đáp ng t i ngõ ra c a h

th ng g n nh bám sát v i đ ng đ c tuy n c a tín hi u ngõ vào

H U

TEC

H

Hình 3.12: Mô hình mô ph ng h th ng đi u khi n Polar

Hình 3.13: Góc di chuy n c a h ng ông Tây và B c Nam

Ph năđi năđi uăkhi n Ph năc ăkhíăch păhƠnh

Hình 4 1 : S đ t ng quát c a mô hình Polar Tracking

4.1 Ph năđi năđi uăkhi năvƠăđ ngăl c

4.1.1 C m bi nă ôngăậTây và Nam ậB c

H th ng đi u khi n theo h ng trong h n ng l ng m t

tr i là m t thi t b quan tr ng trong vi c thu nh n n ng l ng m t

tr i Vi c áp d ng thu t toán Fuzzy đ đi u khi n 2 tr c quay c a h

th ng Polar Tracking luôn bám theo s di chuy n c a m t tr i và gi cho h th ng luôn n đ nh là đi u c n thi t Vì n ng l ng thu đ c

Hình 4 6: C u t o c a mô hình Polar Tracking

Hình 4 5: Nguyên lý ho t đ ng c a Polar Track tracking

H U

TEC

H

 Ch t o mô hình th c thu nh có công su t 60W

5.3.ăNh ngăh năch

 Trong lu n v n, vi c đi u khi n h th ng Polar Tracking dùng ph ng pháp logic m còn m t s h n ch nh vi c xây

d ng các hàm liên thu c và các lu t đi u khi n ch a đ c phong phú, ch a đ a nhi u kinh nghi m cho lu t suy di n đ đi u khi n

h th ng

 K t c u c khí không đ c hoàn toàn tr n tru, đ chính xác

các kh p n i c khí ch a t t và kh i l ng c a ph n k t c u l n

nên nh h ng đ n vi c đi u khi n v trí c a t m pin

 H p s s d ng cho h th ng không còn chính xác nên khi

đ o chi u h th ng b rung l c nhi u

 Do t s truy n c a h p s l n nên h th ng không th đáp

H U

TEC

H

Photovoltaic Tracking Mechanism‟, IEEE, 436-441

[2] Huifeng Jiao, Jianzhong Fu, Yuchun Li, Jintao Lai, (2010) Design of Automatic Two-axis Sun-tracking System, IEEE

[3] Hung-Ching Lu, Te-Lung Shih, (2010), Fuzzy System Control Design with Application to Solar Panel Active Dual-Axis Sun Tracker System, IEEE, 1878-1883

[4] T Tomiša, Z Šimić, D Dedeić, (2011), Automated

Photovoltaic Panel Positioning Device for Solar Radiation

Monitoring, MIPRO 2011, May 23-27, 2011, Opatija, Croatia [5] Farzin Shama, Gholam Hossein Roshani, Arash Ahmadi, Sobhan Roshani, (2011) A Novel Design and Experimental Study for

a Two-Axis Sun Tracker, IEEE

[6] D.V Diaconescu, I Visa, B.G Burduhos and R Saulescu,

PV Orientation Data needed in the Design of the Pseudo-Equatorial

Tracker‟s Control Program, B-dul Eroilor No 29, 500036 Brasov,

Romania

[7] Nguy n Công Vân, 2005, N ng l ng m t tr i, nhà xu t b n

khoa h c và k thu t

[8] Annual Energy Review 2010, DOE/EIA-0384(2010),

Released for printing: October 19, 2011

[9] Anca D Hansen, Poul Sorensen, Lars H Hansen and Henrik Binder, Models for a Stand-Alone PV System, Riso National

[13] Amir gheibi, Seyed mohammad ali mohammadi, Malihe maghfoori, Maximum power point tracking for solar cell systems by using Adaptive fuzzy logic controller, International Power System Conference, 31Oct – 02 Nov, 2011 Tehran-Iran

[14] M A Usta, , Ö Akyazố and İ H Altaş, Design and

Performance of Solar Tracking System with Fuzzy Logic

Controller, 6th International Advanced Technologies Symposium

(IATS‟11), 16-18 May 2011, Elazốğ, Turkey

[15] Y J Huang, Member, IAENG, B C Wu, C Y Chen, C H Chang, and T C Kuo, Member, IAENG, Solar Tracking Fuzzy Control System Design using FPGA, Proceedings of the World Congress on Engineering 2009 Vol I, WCE 2009, July 1 - 3, 2009, London, U.K

[16] Gustavo Ozuna, Carlos Anaya Diana Figueroa Nun Pitalua, Solar Tracker of Two Degrees of Freedom for Photovoltaic Solar Cell Using Fuzzy Logic, Proceedings of the World Congress on Engineering 2011 Vol II, WCE 2011, July 6 - 8, 2011, London, U.K

H U

H

ORIENTED CONTROL OF SUN TRACKING SYSTEM

NGUY N TR NG TRÍ,NGUY N THANH PH NG*

Khoa i n - i n T , Tr ng Cao ng K Thu t Lý T Tr ng, Vi t Nam

* Tr ng i H c K Thu t Công Ngh Thành Ph H Chí Minh

TÓM T T

H th ng đi u khi n theo h ng trong h n ng l ng m t tr i d ng c c (Polar tracking) là h

th ng đ c thi t k đ t i u hóa quang n ng thu đ c N ng l ng thu đ c s cao h n khi h th ng gi các t m pin luôn song song v i m t tr i, hay các tia n ng luôn vuông góc v i t m pin M c đích c a lu n

v n này là đi mô ph ng h th ng (Polar Tracking) và s d ng gi i thu t m đ đi u khi n toàn b h th ng trong môi tr ng Mathlab/ Simulink H th ng th c t s bám sát s di chuy n m t tr i b ng cách di chuy n hai tr c theo hai ph ng th ng đ ng và ph ng n m ngang b ng hai đ ng c DC Vi i u Khi n

s đi u khi n v trí chính xác c a hai tr c thông qua các tín hi u h i ti p t c m bi n ánh sáng

ABSTRACT

A Polar tracking system is designed to optimize the operation of solar energy receiver More solar energy is collected by keeping the panels parallel to the sun that makes the sun rays fall perpendicularly on the solar panel In this paper, we present a Polar tracking system is modeled using Matlab/Simulink and a fuzzy logic control is designed for the control of this system The sun tracking is perform by changing the solar panel orientation in horizontal and vertical directions by two DC motors The control of these motors is ensured by a microcontroller The proposed system has the capability to track using sun sensors

H U

H

th i đi m trong ngày thu đ c n ng l ng

m t tr i nhi u nh t trong ngày thì c n có m t

h th ng có th thu đ c n ng l ng này m t

cách nhi u nh t

ã có nhi u công trình k thu t nghiên c u

trong và ngoài n c v các mô hình và thu t

toán đi u khi n [1,2,3,4,5,6] đ khai thác và s

d ng ngu n n ng l ng m t tr i m t cách hi u

qu , các công trình này đã đi theo hai h ng,

h ng th nh t là phát tri n các thu t toán đ

đi u khi n mô hình s n có, h ng th hai là

tìm ra và so sánh gi a các mô hình thu nh n

n ng l ng xem mô hình nào hi u qu h n

Chính vì vy, đ tài “ i u Khi n Theo

H ng Trong H N ng L ng M t Tr i”

v i m c đích là xây d ng gi i thu t đi u khi n

b “ i u Khi n Theo H ng” có kh n ng

xoay theo h ng di chuy n c a m t tr i sao

cho các t m pin quang đi n luôn vuông góc

v i h ng chi u sáng c a m t tr i đ thu đ c

n ng l ng là l n nh t

2.1 C u t o c a t bào quang đi n

Hình1:C u t o t bào quang đi n

Hình 2: đ ng đ c tính c a PV cell

T đ ng đ c tính I,V c a t m pin ta th y công su t phát ra c a pin ph thu c vào giá tr

đi n tr t i N u đi n tr t i mà nh thì vùng làm vi c đo n (MN) c a đ ng cong, đo n này thì pin ho t đ ng nh 1 ngu n dòng g n

Hình 5: S đ đi u khi n t ng quát

s góc quay c a đ ng c c n đi u khi n thay đ i trong kho ng: (θ o - k, θ o

Sai l ch gi a góc quay c n đi u khi n y

2.4.3 Ch n s l ng t p m :

Hàm thành viên đ c bi u di n b ng b y giá tr ngôn ng là: Âm nhi u (NB:negative big), âm trung bình, (NM), âm ít (NS: negative small), b ng không (ZE: zero), d ng ít (PS: positive small), d ng trung b ình, (PM) và

d ng nhi u (PB: positive big) Ta ch n 7 giá

H U

H

Hình 6: Hàm thành viên bi n ngõ vào đi u

khi n h ng ông Tây

Hình 10: Mô hình đi u khi n ông Tây

Do hai tr c quay ông Tây và B c Nam

có cu trúc t ng t nhau, nên cách xây

Hình 14: B x lý trung tâm (PIC 18F 4550)

B x lý trung tâm là PIC 18F4550 đ c các

giá tr đi n áp c a các c m bi n ánh sáng thông

qua các kênh ADC, các giá tr này x lý và

chuy n thành tính hi u đi u khi n thông qua

kênh PWM đ đi u khi n c u “H”

Gi s kh i m t tr i m c th ì t m p in q u ay v

h ng ông, ta xét v trí đó là 0 0 v y khi m t

tr i l n thì t m pin quay v h ng Tây, ta xét

v trí đó là180 0 S di chuy n c a m t tr i t ông sang Tây, khi ta quy v tr c to đ c a

h th ng thì nó s t ng tuy n tính t 0 0 - 1800

S di chuy n này làm tín hi u đi u khi n cho

h th ng đ quay t ông sang Tây Ta th y đáp ng t i ngõ ra c a h th ng g n nh bám sát v i đ ng đ c tuy n c a tín hi u ngõ vào T ng t ta xét cho đáp ng theo h ng

b c B c Nam, tr c này dùng đ hi u ch nh góc nghiêng c a m t tr i theo mùa trong n m, góc nghiêng này l n n h t Vi t Nam ( -23,5 0 - +23,50), đ cho d tính toán thì ta xét (0 0 -450)

Hình 17: Góc quay c a motor theo h ng ông Tây

[2] Huifeng Jiao, Jianzhong Fu, Yuchun Li, Jintao Lai, (2010) Design of Automatic Two- axis Sun-tracking System, IEEE

[3] Hung-Ching Lu, Te-Lung Shih, (2010), Fuzzy System Control Design with

Application to Solar Panel Active Dual-Axis Sun Tracker System, IEEE, 1878-1883

[4] T Tomiša, Z Šimić, D Dedeić, (2011), Automated Photovoltaic Panel Positioning Device for Solar Radiation Monitoring, MIPRO 2011, May 23-27, 2011, Opatija, Croatia

[5] Farzin Shama, Gholam Hossein Roshani, Arash Ahmadi, Sobhan Roshani, (2011) A Novel Design and Experimental Study for a Two-Axis Sun Tracker, IEEE [6] D.V Diaconescu, I Visa, B.G

Burduhos and R Saulescu, PV Orientation Data needed in the Design of the Pseudo-

H U

H

m t tr i, nhà xu t b n khoa h c và k thu t

[8] Annual Energy Review 2010,

DOE/EIA-0384(2010), Released for printing:

October 19, 2011

[9] Anca D Hansen, Poul Sorensen, Lars H

Hansen and Henrik Binder, Models for a

Stand-Alone PV System, Riso National

Laboratory, Roskilde, December 2000

[10] Dr L K Wong, PID Controllers,

Control Engineering

[11] Setting the P-I Controller Parameters,

KP and KI, Application Note,TLE7242 and

TLE8242, Automotive Power

[12] Ahme Rhif, A positon control review for

a Photovoltaic system: Dual axis suntracker

[13] Amir gheibi, Seyed mohammad ali

mohammadi, Malihe maghfoori, Maximum

power point tracking for solar cell systems by

using Adaptive fuzzy logic controller,

International Power System Conference, 31Oct

– 02 Nov, 2011 Tehran-Iran

[14] M A Usta, , Ö Akyazı and İ H

Altaş, Design and Performance of Solar

Tracking System with Fuzzy Logic Controller,

6th International Advanced Technologies

Symposium (IATS’11), 16-18 May 2011,

Elazığ, Turkey

[15] Y J Huang, Member, IAENG, B C

Wu, C Y Chen, C H Chang, and T C

Kuo, Member, IAENG, Solar Tracking Fuzzy

Control System Design using FPGA,

Proceedings of the World Congress on

Figueroa Nun Pitalua, Solar Tracker of Two Degrees of Freedom for Photovoltaic Solar Cell Using Fuzzy Logic, Proceedings of the World Congress on Engineering 2011 Vol

II, WCE 2011, July 6 - 8, 2011, London, U.K [17] Emil M Petriu, Dr Eng., P Eng, FIEEE, Professor School of Information Technology and EngineeringUniversity of Ottawa , Fuzzy Systems for Control Applications

[18] Md Fahim Ansari, S Chatterji and Atif Iqbal, A fuzzy logic control scheme for a solar photovoltaic system for a maximum power point tracker,International Journal of Sustainable Energy,Vol 29, No 4, December

2010, 245–255

[19] Manafeddin Namazov, DC motor position control using fuzzy proportional- derivative controllers with different defuzzification methods,TJFS: Turkish Journal

of Fuzzy Systems (eISSN: 1309–1190), An Official Journal of Turkish Fuzzy Systems Association, Vol.1, No.1, pp 36-54,

2010

[20] Earoldo Rodrigues De Azevedo, Snvia Fernanda Martins Brandio and JoPo Bosco Da Mota Alves, A Fuzzy Logic Controller for dc Motor Position Control

H U

TE C

H

H U

TE C

H