tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu, NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG hệ THỐNG điều tốc ổn ĐỊNH tần số máy PHÁT THỦY điện BÌNH điền

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hóa 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU, NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC ỔN ĐỊNH TẦN SỐ MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN BÌNH ĐIỀN Chuyên ngành : TỰ ĐỘNG HÓA Mã số : 605260 Người thực : NGUYỄN TÂM PHƯƠNG Cán HD khoa học : PGS.TS VÕ QUANG LẠP THÁI NGUYÊN-NĂM 2010 CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hóa 2 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập – Tự – Hạnh phúc ***** LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU, NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC ỔN ĐỊNH TẦN SỐ MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN BÌNH ĐIỀN Học viên : Nguyễn Tâm Phương Lớp : Cao học K11-TĐH Cán HDKH : PGS.TS Võ Quang Lạp CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Võ Quang Lạp BAN GIÁM HIỆU CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp HỌC VIÊN Nguyễn Tâm Phương KHOA SAU ĐẠI HỌC HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hóa 3 LỜI CAM ĐOAN Tôi , Nguyễn Tâm Phương học viên lớp cao học Tự Động Hoá niên khoá 2008-2010 sau hai năm học tập nghiên cứu, giúp đỡ thầy cô giáo đặc biệt thầy PGS.TS Võ Quang Lạp, thầy giáo hướng dẫn tốt nghiệp tôi, đến cuối chặng đường để kết thúc khố học thạc sĩ Tơi định chọn đề tài tốt nghiệp là: "Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ thống điều tốc ổn định tần số máy phát thủy điện Bình Điền" Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân hướng dẫn PGS.TS Võ Quang Lạp tham khảo tài liệu liệt kê Tơi khơng chép cơng trình cá nhân khác hình thức Nếu có tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm Người cam đoan Nguyễn Tâm Phương CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hóa 4 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU TỐC MÁY PHÁT ĐIỆN - ĐIỀU TỐC MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN BÌNH ĐIỀN - THỪA THIÊN HUẾ I.1 Tổng quan điều tốc I.1.1 Tần số chất lượng điện I.1.2 Điều tốc ổn định tần số I.1.3 Phân loại loại điều tốc I.1.3.1 Trên sở truyền động từ nhóm thiết bị điều chỉnh đến cấu điều chỉnh phân loại I.1.3.2 Trên sở hoạt động điều chỉnh phân loại I.1.3.3 Dựa sở tín hiệu cơng tác phần tử điều chỉnh I.1.3.4 Trên sở ngun lý xây dựng điều chỉnh vịng quay có 9 thể phân loại I.1.3.5 Dựa sở sử dụng loại phản hồi khác phân loại I.1.4 Các thông số điều tốc I.1.5 Giới thiệu số điều tốc I.1.5.1 Điều tốc khí I.1.5.2 Điều tốc điện I.2 Hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện Bình Điền I.2.1 Phần điều khiển I.2.2 Phần động lực I.2.2.1 Hệ thống dầu áp lực I.2.2.2 Cấu trúc phần thủy lực I.2.2.3 Cấu tạo loại van CHƯƠNG II 9 10 12 12 14 15 15 22 22 24 25 PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG HỆ THỐNG ĐIỀU 31 TỐC ỔN ĐỊNH TẦN SỐ MÁY PHÁT ĐIỆN II.1 Sơ đồ khối hệ truyền động điều tốc thủy điện II.2 Hệ điều khiển vector biến tần động không đồng bộ ba pha II.2.1 Mô tả động không đồng bộ ba pha dưới dạng các đại lượng vec CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp 31 32 32 HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành tự động hóa 5 tơ khơng gian II.2.2 Quy đổi các đại lượng điện của động không đồng bộ từ hệ véc tơ (a,b,c) về hệ tọa độ cố định Stato (α,β) II.2.3 Quy đổi các đại lượng điện của động không đồng bộ ba pha từ hệ tọa độ cố định Rotor (x,y) về hệ tọa độ cố định Stator (α,β) II.2.4 Quy đổi các đại lượng điện của động không đồng bộ ba pha từ hệ tọa độ cố định Stator (α,β) về hệ tọa độ cố định Rotor (d,q) II.2.5 Xây dựng mô hình toán học cho động không đồng bộ II.2.6 Cơ sở để định hướng từ thông hệ tọa độ tựa theo từ thông Rotor (d,q) II.3 Hệ thống Thyristor – động II.3.1 Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định và đường đặc tính tĩnh II.3.2 Chất lượng động của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín II.3.3 Hạn chế quá điều khiển tốc độ quay bằng II.3.4 Hệ thống điều chỉnh tốc độ nhiều mạch vòng kín có mạch vòng cài đặt suất biến đổi dòng điện CHƯƠNG III 34 37 39 43 45 48 50 52 56 61 TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU TỐC ỔN ĐỊNH 66 TẦN SỐ MÁY PHÁT ĐIỆN III.1 Xây dựng hàm truyền khâu hệ thống điều khiển III.1.1 Hàm truyền động điện III.1.2 Bộ chỉnh lưu bán dẫn THYRISTOR III.1.3 Hàm truyền máy phát tốc III.1.4 Hàm truyền thiết bị đo điện III.1.5 Tổng hợp hệ điều khiển RI, Rω, Rϕ III.2 Mô hệ truyền động điều tốc sử dụng điều khiển PID III.2.1 Tính tốn thơng số hệ điều chỉnh vị trí động điện 67 67 72 74 74 75 82 chiều kích từ độc lập III.2.2 Xây dựng sơ đồ mô hệ điều khiển điều tốc sử dụng điều khiển PID CHƯƠNG IV 82 85 ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ 90 TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU TỐC MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN IV.1 Tính phi tuyến điều khiển vị trí IV.2 Các điều khiển mờ IV.2.1 Phương pháp tổng hợp kinh điển IV.2.2 Bộ điều khiển mờ tĩnh IV.2.3 Bộ điều khiển mờ động 90 92 92 93 93 CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hóa 6 IV.3 Bộ điều khiển mờ lai PID IV.3.1 Giới thiệu chung IV.3.2 Bộ điều khiển mờ lai chỉnh định mờ tham số điều khiển PID IV.3.3 Tổng hợp điều chỉnh vị trí dùng điều khiển mờ lai PD IV.3.4 Kết mô điều khiển mờ lai song song PD KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp 97 97 99 101 109 113 HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hóa 7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình vẽ Hình I.1 Hình I.2 Hình I.3 Hình I.4 Hình I.5 Hình I.6 Hình I.7 Hình I.8 Hình I.9 Hình I.10 Hình I.11 Hình I.12 Hình I.13 Hình I.14 Hình I.15 Hình I.16 Hình II.1 Hình II.2 Hình II.3 Hình II.4 Hình II.5 Hình II.6 Hình II.7 Hình II.8 Hình II.9 Hình II.10 Hình II.11 Tên hình vẽ Sơ đồ khối máy phát nối lưới độc lập Đặc tính tần số lưới máy phát Sơ đồ khối điều tốc Sơ đồ điều tốc có phản hồi cơng suất hay phản hồi vị trí cánh hướng Đường đặc tính điều chỉnh tần số Turbine - máy phát Hệ thống điều khiển có máy điều tốc Nguyên lý làm việc máy điều tốc khí Sơ đồ khối hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện Bình Điền Sơ đồ khối trình tự khởi động điều tốc Sơ đồ trình tự khởi động khơng tải điều tốc Sơ đồ thuật toán điều tốc Bình Điền Sơ đồ nguyên lý đo lường tần số Sơ đồ nguyên lý nguồn dầu thủy lực điều tốc Sơ đồ nguyên lý điều khiển thủy lực Sơ đồ Secvo điều chỉnh cánh hướng Sơ đồ cấu tạo van điện từ khiểu bypass Sơ đồ khối hệ truyền động điều tốc thủy điện Sơ đồ nguyên lý dây quấn động không đồng Hệ trục vector không gian(a,b,c) hệ tọa độ cố định stator (α,β) Hệ tọa độ cố định stator (α,β) hệ toạ độ cố định rotor(x,y) Biểu diễn vét tơ dòng điện rotor hệ trục tọa độ cố định stator (α,β) hệ tọa độ cố định rotor (x,y) Biểu diễn vector dòng điện stator hệ tọa độ cố định stator (α,β) hệ toạ độ tựa theo từ thông rotor (d,q) Sơ đồ cấu trúc chi tiết động không đồng Sơ đồ cấu trúc tổng hợp động không đồng Định hướng từ thông hệ toạ độ tựa theo từ thông rotor (d,q) Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động KĐB thiết bị biến tần Hệ thống điều chỉnh tốc độ có đảo chiều Thyristor – động CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp Trang 3 13 14 16 17 19 20 22 23 24 25 25 31 32 35 36 37 39 44 45 45 48 49 HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hóa 8 Hình II.12 Hình II.13 Hình II.14 Hình II.15 Hình II.16 Hình II.17 Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vịng kín Đường đặc tĩnh tĩnh hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vịng kín Sơ đồ cấu trúc trạng thái động hệ thống điều chỉnh tốc độ shai mạch vịng kín Đồ thị dịng điện tốc độ quay q trình khởi động hệ thống điều chỉnh tốc độ a) Quá trình khởi động tăng tốc lý tưởng 50 51 53 53 b) Hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín Bộ điều tiết tốc độ quay cài đặt phản hồi âm vi phân 58 Ảnh hưởng phản hồi âm vi phân tốc độ quay trình khởi động – Hệ thống hai mạch vịng kín thông dụng 59 – Hệ thống cài đặt phản hồi âm vi phân Sơ đồ cấu trúc trạng thái động mạch vịng tốc độ quay có Hình II.18 cài đặt phản hồi âm vi phân tốc độ quay: 59 a Sơ đồ cấu trúc hệ thống ban đầu b Sơ đồ cấu trúc sau đơn giản hoá Hệ thống điều khiển tốc độ ba mạch vịng có mạch vịng có Hình II.19 Hình II.20 Hình II.21 Hình III.1 Hình III.2 Hình III.3 Hình III.4 Hình III.5 Hình III.6 Hình III.7 cài đặt suất biến đổi dòng điện ADR – điều chỉnh sức biến đổi dòng điện 63 CD – khâu vi phân dòng điện Bộ điều chỉnh sức biến đổi dòng điện Sơ đồ cấu trúc trạng thái động mạch vòng suất biến đổi 63 dòng điện Hệ thống truyền động Thyristor - Động Mạch điện thay động chiều Sơ đồ cấu trúc động chiều Tuyến tính hố đoạn đặc tính từ hố đặc tính tải Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hố Sơ đồ cấu trúc từ thông không đổi Sơ đồ cấu trúc thu gọn: 66 67 69 69 70 71 a Theo tốc độ, b Theo dòng điện CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp 64 71 HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hóa 9 Hình III.8 Hình III.9 Hình III.10 Hình III.11 Hình III.12 Hình III.13 Hình III.14 Hình III.15 Hình III.16 Hình III.17 Hình IV.1 Hình IV.2 Hình IV.3 Hình IV.4 Hình IV.5 Hình IV.6 Hình IV.7 Hình IV.8 Hình IV.9 Hình IV.10 Hình IV.11 Hình IV.12 Hình IV.13 Hình IV.14 Hình IV.15 Hình IV.16 Hình IV.17 Thời gian phát xung thời gian điều khiển chỉnh lưu Sơ đồ cấu trúc chỉnh lưu bán dẫn thyristor a chuẩn xác, b gần Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vịng vị trí Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí Sơ đồ mơ hệ điều khiển điều khiển PID Các tín hịệu vị trí đầu tương ứng với giá trị khác vị trí đặt đầu vào ϕđặt = 10 V, I = A Các tín hịệu vị trí đầu tương ứng với giá trị khác vị trí đặt đầu vào ϕđặt = 10 V, I = 4,3 A Quan hệ giữa ∆ϕ và ω Hệ điều khiển mờ theo luật I Hệ điều khiển mờ theo luật PD Hệ điều khiển mờ theo luật PI Hệ điều khiển mờ PID Mơ hình điều khiển mờ lai kinh điển Mơ hình điều khiển mờ bù Mơ hình điều khiển mờ lai chỉnh định mờ tham số điều khiển PID Cấu trúc bên chỉnh định mờ Định nghĩa biến vào điều khiển mờ lai PD Định nghĩa tập mờ cho biến ET điều khiển mờ lai PD Định nghĩa tập mờ cho biến DET điều khiển mờ lai PD Định nghĩa tập mờ cho biến U điều khiển mờ lai PD Xây dựng luật điều khiển cho điều khiển mờ lai PD Bề mặt đặc trưng cho quan hệ vào điều khiển mờ lai PD Quan hệ tín hiệu vào mờ lai PD Sơ đồ mô so sánh chất lượng điều khiển PID điều khiển mờ lai PD CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp 72 74 75 76 77 79 81 85 87 89 91 94 94 95 96 98 98 100 101 103 104 104 105 105 106 107 108 HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hóa 10 Hình IV.18 Hình IV.19 Các tín hịệu vị trí đầu tương ứng với giá trị khác vị trí đặt đầu vào ϕđặt = 10 V, I = A Các tín hịệu vị trí đầu tương ứng với giá trị khác vị trí đặt đầu vào ϕđặt = 10 V, I = 4.3 A MỞ ĐẦU 110 112 Hiện nay, tần số hệ thống điện tiêu để đánh giá chất lượng điện Do để giữ tần số ổn định phụ tải thay đổi nhà máy thủy điện người ta phải sử dụng thiết bị để điều chỉnh hệ thống điều tốc Ngày cơng nghệ tự động hóa việc điều chỉnh tần số hệ thống điện phát triển việc nghiên cứu, nâng cao chất lượng hệ thống điều tốc ổn định tần số cấp thiết Ngồi việc thành cơng nghiên cứu cịn mang tính ứng dụng thực tiễn cho Nhà máy thủy điện Bình Điền, góp phần vào ổn định tần số hệ thống điện phụ tải dao động Việc “Nghiên cứu, nâng cao chất lượng hệ thống điều tốc ổn định tần số máy phát Thủy điện Bình Điền” cịn có một ý nghĩa rất lớn ngành tự động hóa Đó chính là nội dung đề tài luận văn tốt nghiệp cao học của Nội dung luận văn chia thành chương sau: CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU TỐC MÁY PHÁT ĐIỆN - ĐIỀU TỐC MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN BÌNH ĐIỀN - THỪA THIÊN HUẾ CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC ỔN ĐỊNH TẦN SỐ MÁY PHÁT ĐIỆN CHƯƠNG III: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU TỐC ỔN ĐỊNH TẦN SỐ MÁY PHÁT ĐIỆN CHƯƠNG VI: ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU TỐC MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới PGS.TS Võ Quang Lạp đã hướng dẫn tận tình, chỉ bảo cặn kẽ để hoàn thành luận văn này Xin gửi lời cảm ơn chân thành cám ơn thầy cô Khoa Điện – Trường Đại học Kỹ thuật CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hóa 109 động tốt tức đảm bảo chất lượng điều chỉnh cho hệ thống điều khiển PID mạch vịng ngồi "nghỉ ngơi", khơng tham gia vào cơng việc điều chỉnh Khi điều khiển mờ mạch vịng hoạt động khơng tốt, có khuynh hướng gây ổn định cho hệ thống điều khiển PID mạch vịng ngồi can thiệp nhằm đưa hệ thống trạng thái ổn định Do cấu trúc đơn giản bền vững nên điều khiển PID dùng phổ biến công nghiệp Chất lượng hệ thống phụ thuộc vào tham số K p, TI, TD điều khiển PID Nhưng hệ số điều khiển PID tính tốn cho chế độ làm việc cụ thể hệ thống, trình vận hành phải chỉnh định hệ số cho phù hợp với thực tế để phát huy tốt hiệu điều khiển Dựa theo nguyên lý chỉnh định đó, ta thiết kế điều khiển mờ vịng ngồi để chỉnh định tham số PID vịng IV.3.2 Bộ điều khiển mờ lai chỉnh định mờ tham số điều khiển PID Do cấu trúc đơn giản bền vững nên điều khiển PID (tỷ lệ, tích phân, vi phân) dùng phổ biến hệ thống điều khiển công nghiệp Nếu viết theo hàm thời gian tín hiệu điều khiển PID là:  u ( t ) = k P e( t ) + TI  ∫ e( τ ) dτ + T t D de( t )  dt   (4.7) Hàm truyền đạt điều khiển PID có dạng:   kI R ( s ) = k P 1 +  T s + TDs  = k P + p + k D p   I  (4.8) Trong e(t) tín hiệu đầu vào, u(t) tín hiệu đầu ra, k P gọi hệ số khuếch đại, TI số tích phân, TD số vi phân CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hóa 110 Bộ chỉnh nh m Thit b e, e chnh nh định x Bộ điều - u Đối tượng khiển PID y điều khiển Thiết bị đo khiĨn lường Hình IV.8: Mơ hình điều khiển mờ lai chỉnh định mờ tham số điều khiển PID Chất lượng hệ thống phụ thuộc vào tham số k P, TI, TD điều khiển PID Nhưng hệ số tính tốn cho chế độ làm việc cụ thể hệ thống, hệ thống điều khiển có thay đổi ta cần phải chỉnh định lại hệ số nhằm đảm bảo chất lượng điều chỉnh mong muốn Thông thường việc chỉnh định tham số tiến hành theo phương pháp "thăm dị" nên khơng hiệu Chính vậy, phương án thiết kế điều khiển mờ có khả tự động chỉnh định tham số k P, TI, TD điều khiển PID cơng việc có ý nghĩa Cơ sở phương pháp dựa vào việc phân tích sai lệch e(t) đạo hàm sai lệch, tham số kP, TI, TD tự động chỉnh định theo phương pháp chỉnh định mờ Zhao, Tomizuka Isaka (hình IV.9) Giả thiết tham số kP, kD bị chặn, tức là: [ k P ∈ k , k max P P ] k D ∈ [ k , k max ] D D (4.9) Để có ≤ kP, kD ≤ Zhao, Tomizuka Isaka chuẩn hố tham số sau: CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hóa 111 k P − k k P = max Pmin kP − kP k D − k k D = max Dmin kD − kD α= TI TD Bộ chỉnh định mờ kP mê e Bộ chỉnh định mờ e kD mê Bộ chỉnh định mờ α mê Hình IV.9: Cấu trúc bên chỉnh định mờ mê Như chỉnh định mờ có hai đầu vào e(t), đạo hàm e(t) ba đầu kP, kD α, xem gồm ba chỉnh định mờ, gồm có hai đầu vào đầu Trong nội dung luận văn này, tác giả chọn phương án thiết kế điều khiển mờ lai Phương án thiết kế điều khiển mờ lai chỉnh định mờ tham số điều khiển PID có mức độ phức tạp cao hứa hẹn nhiều kết bất ngờ nên hướng nghiên cứu luận văn IV.3.3 Tổng hợp điều chỉnh vị trí dùng điều khiển mờ lai PD Lý sử dụng điều khiển mờ lai PD mà không sử dụng điều khiển mờ lai PID vì: + Vì hàm truyền đối tượng có khâu tích phân nên điều chỉnh vị trí cần có dạng khâu PD đủ + Nếu sử dụng điều khiển mờ lai PID, nhiệm vụ thiết kế phức tạp so với việc thiết kế điều khiển mờ lai PD + Khi sử dụng điều khiển mờ lai, điều khiển mờ đóng vai trò chủ yếu định chất lượng điều chỉnh hệ thống Bộ điều khiển kinh điển PD hay PID đóng vai trị khâu tiền xử lý với chức giám sát tính ổn định hệ thống Vì vậy, việc sử dụng điều khiển PD hay PID điều khiển mờ lai không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng hệ thống điều chỉnh vị trí CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hóa 112 Bộ điều khiển mờ lai PD thiết kế theo mơ hình mờ Sugeno bậc "0", có nghĩa hàm liên thuộc đầu có dạng số Các bước tiến hành tổng hợp điều chỉnh vị trí dùng điều khiển mờ lai PD sau: Định nghĩa biến vào ra: Bộ điều khiển mờ lai PD gồm có hai đầu vào đầu  Đầu vào thứ sai lệch vị trí đặt vị trí thực hệ thống, đại lượng ký hiệu ET  Đầu vào thứ tốc độ biến thiên theo thời gian sai lệch vị trí đặt vị trí thực hệ thống, đại lượng ký hiệu DET  Đầu điều khiển mờ lai giá trị điện áp chiều, đại lượng ký hiệu U Định nghĩa tập mờ (giá trị ngôn ngữ) cho biến vào ra:  Xác định miền giá trị vật lý cho biến vào ra: Sai lệch ET chọn miền giá trị [-10,+10] rad; tốc độ biến đổi DET sai lệch có miền giá trị nằm khoảng [-10,+10] rad/s điện áp chiều U nằm khoảng [-10,+10] V  Xác định số lượng tập mờ cần thiết: nguyên tắc, số lượng tập mờ cho biến ngôn ngữ nên nằm khoảng từ đến 10 Nếu số lượng có ý nghĩa khơng thực việc lấy vi phân; Nếu lớn 10 người khó có khả bao qt hết trường hợp xảy Vì vậy, chọn số lượng tập mờ cho biến ngôn ngữ Ta ký hiệu biến ngôn ngữ sau: Âm nhiều - BN (Big Negative) Âm - SN (Small Negative) Khơng – Z0 (Zero) Dương - SP (Small Positive) Dương nhiều - BP (Big Positive) Với ký hiệu miền xác định ngơn ngữ biến vào là: ET ∈ {BN, SN, Z0, SP, BP} CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hóa 113 DET ∈ {BN, SN, Z0, SP, BP} Vì điều khiển mờ lai thiết kế theo mô hình mờ Sugeno bậc "0" nên biến có dạng số sau: U ∈ {-10, -7.5, -5, -2.5, 0, 2.5, 5, 7.5, 10}  Xác định kiểu hàm liên thuộc: Tất hàm liên thuộc hai biến vào có dạng hình tam giác  Rời rạc hoá tập mờ Xây dựng luật điều khiển: Theo kinh nghiệm thiết kế, luật điều khiển xây dựng theo bảng sau, tổng cộng có 25 luật điều khiển: DET BP (5) SP (2.5) Z0 (0) SN (-2.5) BN (-5) E BN (-5) -2.5 -5 -7.5 -10 T SN (-2.5) 2.5 -2.5 -5 -7.5 Z0 (0) 2.5 -2.5 -5 SP (2.5) 7.5 2.5 -2.5 BP (5) 10 7.5 2.5 Sử dụng công cụ Toolbox Fuzzy Logic Simulink phần mềm Matlab để xây dựng điều khiển mờ lai theo thiết kế Công cụ Toolbox Fuzzy Logic cho phép người sử dụng thiết kế điều khiển mờ nhanh chóng, xác cho phép kết xuất kết vùng Workspace để tiến hành mô công cụ Simulink Matlab CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hóa 114 Hình IV.10: Định nghĩa biến vào điều khiển mờ lai PD Hình IV.11: Định nghĩa tập mờ cho biến ET điều khiển mờ lai PD CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hóa 115 Hình IV.12: Định nghĩa tập mờ cho biến DET điều khiển mờ lai PD Hình IV.13: Định nghĩa tập mờ cho biến U điều khiển mờ lai PD CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hóa 116 Hình IV.14: Xây dựng luật điều khiển cho điều khiển mờ lai PD Hình IV.15: Bề mặt đặc trưng cho quan hệ vào điều khiển mờ lai PD CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hóa 117 Hình IV.16: Quan hệ tín hiệu vào mờ lai PD Mơ hình mơ hệ thống điều chỉnh vị trí sử dụng điều khiển mờ lai song song PD cho hệ thống truyền động điện hệ T-Đ động chiều Matlab có dạng hình IV.17: CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành tự động hóa 118 Hình IV.17: Sơ đồ mô so sánh chất lượng điều khiển PID điều khiển mờ lai PD IV.3.4 Kết mô chất lượng điều khiển PID điều khiển mờ lai PD Vị trí cánh hướng CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hóa 119 Tốc độ Dịng điện CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành tự động hóa 120 Hình IV.18: Các tín hịệu vị trí đầu tương ứng với giá trị khác vị trí đặt đầu vào ϕđặt = 10V, I = A Vị trí cánh hướng CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hóa 121 Tốc độ Dịng điện CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành tự động hóa 122 Hình IV.19: Các tín hịệu vị trí đầu tương ứng với giá trị khác vị trí đặt đầu vào ϕđặt = 10V, I = 4.3 A Nhận xét: Hệ điều chỉnh vị trí sử dụng điều khiển mờ lai PD rõ ràng cho kết tốt hẳn so với điều khiển PID kinh điển chế độ có tải vào khơng tải, thể Hình IV.18 hình IV.19 Bộ điều Các tiêu chất lượng khiển mờ lai PD nối song Bộ điều khiển PID kinh điển song Độ điều chỉnh 1.3% Thời gian độ 12.25 giây 13 giây Số lần điều chỉnh lần lần Sai lệch vị trí lớn áp tải 1.13% 4.7% Dao động áp tải Khơng có Có Như hệ điều chỉnh vị trí sử dụng điều khiển mờ lai PD có hai ưu điểm bật so với hệ điều chỉnh vị trí sử dụng điều khiển PID kinh điển là: Vị trí cần điều khiển đạt độ xác nhanh CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp HVTH: Nguyễn Tâm Phương Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hóa 123 Sai lệch vị trí có tải (khi hịa lưới điện) nhỏ KẾT ḶN VÀ KIẾN NGHỊ: Trên sở nghiên cứu tài liệu nguyên lý điều tốc thủy điện Bình Điền cũng tìm hiểu thực tế tác giả đã rút ưu điểm nhược điểm hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện Bình Điền từ đề xuất phương án để khắc phục nhược điểm nâng cao chất lượng hệ truyền động điều tốc cụ thể sau: Hoàn thành việc thiết kế mơ hệ thống điều chỉnh vị trí cho hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện Bình Điền sử dụng điều khiển PID điều khiển mờ lai PD với hệ truyền động điện T-Đ Từ kết mô phần mềm Matlab, rút kết luận: “Hệ điều chỉnh vị trí sử dụng điều khiển mờ lai PD cho kết tốt so với điều khiển PID” Điều thể qua điểm sau: - Vị trí điều khiển đạt độ chính xác nhanh - Sai lệch vị trí có tải nhỏ - Tớc đợ dịng điện có chất lượng tốt Dựa vào kết quả ban đầu của đề tài, tác giả hy vọng rằng đề tài sẽ được những học viên khóa sau tiếp nghiên cứu và phát triển để tiến tới việc thiết kế và chế tạo được bộ điều tốc góp phần đẩy mạnh sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hố đất nước Sau là mợt sớ đề x́t về hướng nghiên cứu tiếp theo sở thừa kế những kết quả nghiên cứu của luận văn: Hoàn thiện hệ thống điều chỉnh vị trí sử dụng bộ điều khiển mờ lai và tiến hành áp dụng mô hình thực nghiệm để kiểm chứng lý thuyết So sánh kết quả đạt được với hệ thống điều khiển vị trí sử dụng bộ điều khiển PID Thiết kế và ứng dụng bộ điều khiển mờ lai chỉnh định tham số bộ điều khiển PID cho hệ thống điều chỉnh vị trí Tích hợp bộ điều khiển PID, bộ điều khiển mờ lai, bộ điều khiển mờ lai chỉnh định tham số bộ điều khiển PID vào hệ thống điều CBHDKH: PGS.TS Võ Quang Lạp HVTH: Nguyễn Tâm Phương ... cho Nhà máy thủy điện Bình Điền, góp phần vào ổn định tần số hệ thống điện phụ tải dao động Việc ? ?Nghiên cứu, nâng cao chất lượng hệ thống điều tốc ổn định tần số máy phát Thủy điện Bình Điền? ??... ĐỘNG HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC ỔN ĐỊNH TẦN SỐ MÁY PHÁT ĐIỆN CHƯƠNG III: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU TỐC ỔN ĐỊNH TẦN SỐ MÁY PHÁT ĐIỆN CHƯƠNG VI: ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN... LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU, NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC ỔN ĐỊNH TẦN SỐ MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN BÌNH ĐIỀN Học viên : Nguyễn Tâm Phương Lớp : Cao học