Nghiên cứu về mô hình hóa và điều khiển hệ thống năng lượng bằng emr

Trang 1 TRIỆU TÙNG LÂM NGHIÊN CỨU VỀ MƠ HÌNH HĨA VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG BẰNG EMR LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Trang 2 TRIỆU TÙN

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP -    - TRIỆU TÙNG LÂM NGHIÊN CỨU VỀ MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG BẰNG EMR LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Thái Nguyên – 2022 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP -    - TRIỆU TÙNG LÂM NGHIÊN CỨU VỀ MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG BẰNG EMR Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 60 52 02 16 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN THỊ THANH NGA Thái Nguyên – 2022 LỜI CAM ĐOAN Họ và tên: Triệu Tùng Lâm Học viên: Lớp cao học K22 TĐH, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên Nơi công tác: Công ty TNHH MTV Điện - Cơ - Hóa chất 15 Tên đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu về mô hình hóa và điều khiển hệ thống năng lượng bằng EMR” Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa Tôi xin cam đoan những vấn đề được trình bày trong bản luận văn này là những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Thị Thanh Nga và sự giúp đỡ của các cán bộ Khoa Điện, Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên Mọi thông tin trích dẫn trong luận văn này đã được ghi rõ nguồn gốc Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong luận văn này Thái Nguyên, ngày 16 tháng 11 năm 2021 Học viên thực hiện Triệu Tùng Lâm LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian nghiên cứu thực hiện luận văn này tôi luôn nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của TS Nguyễn Thị Thanh Nga, người trực tiếp hướng dẫn luận văn cho tôi Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới cô Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, cán bộ, kỹ thuật viên trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành đề tài nghiên cứu này Tôi cũng xin chân thành cảm ơn những đóng góp quý báu của các bạn cùng lớp động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài Xin gửi lời chân thành cảm ơn đến các cơ quan xí nghiệp đã giúp tôi khảo sát tìm hiểu thực tế và lấy số liệu phục vụ cho luận văn Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã luôn động viên, khích lệ, chia sẻ khó khăn cùng tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu hoàn thiện luận văn này Thái Nguyên, ngày 16 tháng 11 năm 2021 Học viên Triệu Tùng Lâm MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ vi MỞ ĐẦU 1 1 Tính cấp thiết của đề tài 1 2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2 3 Kết quả dự kiến 2 4 Phương pháp và phương pháp luận 2 5 Công cụ, thiết bị nghiên cứu 3 6 Bố cục đề tài 3 7 Kế hoạch thực hiện .3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA - MÔ PHỎNG VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG 4 1.1 Tổng quan chung 4 1.1.1 Định nghĩa phương pháp mô hình hóa 5 1.1.2 Mô hình hóa hệ thống 9 1.1.2.1 Vai trò của phương pháp mô hình hóa hệ thống 9 1.1.2.2 Phân loại mô hình hóa hệ thống 11 1.1.3 Khái niệm chung về mô phỏng 16 1.1.4 Phương pháp mô phỏng 16 1.1.4.1 Sơ đồ khối 16 1.1.4.2 Bản chất của phương pháp mô phỏng 17 1.1.4.3 Các bước nghiên cứu mô phỏng 21 1.1.4.4 Mô hình nguyên lý 24 1.1.4.5 Ưu nhược điểm của phương pháp mô phỏng 32 1.2 Những nghiên cứu trong và ngoài nước về mô hình hóa hệ thống mô hình hóa bằng EMR 35 1.3 Kết luận chương 1 42 Chương 2 MÔ HÌNH HÓA VÀMÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG EMR 44 2.1 Giới thiệu chung về mô phỏng 44 2.1.1 Phạm vi sử dụng phương pháp EMR 44 2.1.2 Định nghĩa phương pháp EMR 45 2.1.3 Đặc điểm của phương pháp EMR 46 2.1.3.1 Biểu diễn đồ hoạ 46 2.1.3.2 Quan hệ nhân quả vật lý 46 2.1.3.3 Biểu diễn chức năng 47 2.1.3.4 Nhận thức có hệ thống và nguyên lý tương tác 47 2.1.3.5 Nguyên lý nghịch đảo trong hệ thống 47 2.2 Những nội dung cơ bản về EMR 48 2.2.1 Các phần tử cơ bản của EMR 48 2.2.2 Các nguyên lý cơ bản của EMR 52 2.2.2.1 Nguyên lý tương tác 52 2.2.2.2 Nguyên lý nhân quả 52 2.2.2.3 Nguyên lý nghịch đảo 52 2.2.3 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống EMR 54 2.3 Kết luận chương 2 55 Chương 3 ỨNG DỤNG EMR TRONG MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐİỀU KHİỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHİỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 57 3.1 Mô hình chuyển động truyền thống 57 3.1.1 Tham số hệ thống 57 3.1.2 Mô hình toán của động cơ một chiều kích từ độc lập 58 3.1.3 Mô hình toán học bộ biến đổi DC-DC 64 3.1.4 Tổng hợp bộ điều khiển dòng điện và bộ điều khiển tốc độ 71 3.2 Mô hình hóa hệ thống sử dụng phương pháp EMR 75 3.2.1 Các phần tử nghiên cứu của hệ thống 75 3.2.2 Bộ điều khiển dựa trên nguyên lý nghịch đảo 82 3.2.3 Model hình hóa model EMR 85 3.3 Sơ đồ kết quả và mô phỏng bằng Matlab – Simulink 86 3.3.1 Thư viện để sử dụng các ký hiệu EMR trong mô phỏng 86 3.3.2 Giao diện Matlab – Simulink sơ đồ mô phỏng 86 3.3.3 Kết quả mô phỏng và kết luận 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ Hình 1.1: Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ 7 Hình 1.2: Hệ thống điều khiển quá trình sản xuất 7 Hình 1.3: Đặc tính cơ bản của một số hệ thống 8 Hình 1.4: Sơ đồ phân loại mô hình 11 Hình 1.5: Ví dụ về một hệ thống 3 khối 17 Hình 1.6: Quá trình nghiên cứu bằng phương pháp mô phỏng 20 Hình 1.7: Các bước nghiên cứu mô phỏng 21 Hình 1.8: So sánh giữa mô hình giải tích và mô hình mô phỏng 33 Hình 1.9: Mô hình WECS được nghiên cứu 36 Hình 1.10: EMR của WECS được nghiên cứu 36 Hình 1.11: Tóm tắt các hiện tượng nước PĐC 37 Hình 1.12: Sơ đồ điện và EMR của một đường ống khí đốt đơn giản 38 Hình 1.13: Cấu hình của hệ thống kéo được đề xuất 39 Hình 1.14: EMR của chuỗi lực kéo được nghiên cứu 40 Hình 1.15: Hệ thống được nghiên cứu 41 Hình 1.16: Mô hình EMR ô tô điện 41 Hình 2.1: Các phần tử cơ bản của đồ thị COG 48 Hình 2.2: Bảng các phần tử cơ bản phương pháp EMR 49 Hình 2.3: Nguyên tắc điều khiển dựa trên đảo ngược 54 Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý cơ bản của một hệ thống EMR 54 Hình 3.1: Mặt cắt ngang máy điện một chiều 57 Hình 3.2: Mạch tương đương của động cơ một chiều kích từ độc lập 58 Hình 3.3: Mô hình động của động cơ một chiều 58 Hình 3.4: Sơ đồ cấu trúc của động cơ một chiều 61 Hình 3.5: Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa của động cơ điện một chiều 62 Hình 3.6: Sơ đồ cấu trúc khi từ thông không đổi 63 Hình 3.7: Các sơ đồ cấu trúc gọn 63 Hình 3.8: Mô tả bộ biến đổi DC/DC 68 Hình 3.9: Mạng điện hai cửa 69 Hình 3.10: Mô hình trung bình bộ biến đổi DC/DC 70 Hình 3.11: Cấu trúc cơ bản của xe điện 75 Hình 3.12: Mô hình hóa bằng EMR cho động cơ điện một chiều 76 Hình 3.13: Mô hình hóa bằng EMR cho điện cảm của động cơ điện 77 Hình 3.14: Mô hình hóa bằng EMR cho pin 77 Hình 3.15: Mô hình hóa bằng EMR cho bộ biến đổi DC-DC 77 Hình 3.16: Mô hình hóa bằng EMR cho trục động cơ 78 Hình 3.17: Mô hình hóa bằng EMR cho hộp số 78 Hình 3.18: Mô hình hóa bằng EMR cho phần vi sai cơ học 78 Hình 3.19: Mô hình hóa bằng EMR cho các bánh xe 79 Hình 3.20: Mô hình hóa bằng EMR cho phần khung xe 80 Hình 3.21: Mô hình hóa bằng EMR cho phần thân xe với môi trường 80 Hình 3.22: Mô hình hóa bằng EMR của xe điện 81 Hình 3.23: IBC của phần tử tích lũy năng lượng 82 Hình 3.24: Cấu trúc EMR của xe điện 85 Hình 3.25: Sơ đồ mô phỏng hệ thống trên MATLAB/SimulinkTM 86 Hình 3.26: Đáp ứng tốc độ của xe điện 87 Hình 3.27: Đáp ứng dòng điện của động cơ 87 Hình 3.28: Dòng điện pin khi xe điện làm việc 88 Hình 3.29: Điện áp pin được giữ cố định ở 400 V 88 Hình 3.30: Tốc độ động cơ khi xe điện làm việc 89 Hình 3.31: Momen động cơ khi xe điện làm việc 89