Ứng dụng bộ điều khiển PID mờ ổn định điện áp cho nghịch lưu đa mức

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - TRẦN HỮU HOÀNG LONG NAM ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID MỜ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO NGHỊCH LƯU ĐA MỨC Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 60.58.02.16 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2017 Công trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN HOÀNG MAI Phản biện 1: TS Nguyễn Kim Ánh Phản biện 2: TS Giáp Quang Huy Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật điều khiển tự động hóa họp Trường Đại học Bách Khoa ngày 15 tháng 06 năm 2017 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách Khoa - Thư viện Khoa Xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng -1- MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện có nhiều điều khiển cho nghịch lưu đa mức như: sử dụng kỹ thuật PWM, kỹ thuật điều chế độ rộng xung dùng sóng mang (CBPWM), kỹ thuật điều chế vector không gian (SVPWM), hay điều khiển kinh điển PID Tuy nhiên, với đối tượng có cấu trúc phức tạp, yêu cầu đầu khắt khe nghịch lưu đa mức cần phải thay điều khiển khác Với lý trên, tác giả lựa chọn đề tài: “Ứng dụng điều khiển PID mờ ổn định điện áp cho nghịch lưu đa mức” Mục đích mục tiêu nghiên cứu  Mục đích nghiên cứu: Nâng cao chất lượng điều khiển chất lượng điện áp đầu nghịch lưu đa mức - - Đảm bảo chất lượng điện (về điện áp, tần số, ) có cố nguồn điện đầu vào gián đoạn điện, giải thành phần sóng hài bậc cao  Mục tiêu nghiên cứu: Thiết kế đối tượng nghiên cứu nghịch lưu dùng diode kẹp mức - Xây dựng thuật toán điều khiển mờ/PID Mô thành công matlab/simulink So sánh thuật toán điều khiển so với phương pháp điều khiển khác để thấy khác biệt ưu điểm Đánh giá tiêu chất lượng điện áp đầu nghịch lưu đa mức sử dụng thuật toán điều khiển mờ/PID Đối tượng phạm vi nghiên cứu Do nghịch lưu đa mức ngày phát triển ứng dụng rộng rói Trong đề tài giới hạn nghiên cứu nghịch lưu mức áp dụng điều khiển Mờ/PID cho nghịch lưu mức Đối với kỹ thuật điều khiển giới hạn điều khiển Mờ/PID Và nghiên cứu, thay đổi số liệu tạo sóng hài bậc cao, trường hợp cố điện đầu vào để mô phỏng, tính tốn đảm bảo đầu điện áp - -2- Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu mơ hình nghịch lưu đa mức Nghiên cứu sở lý điều khiển kinh điển nâng cao Nghiên cứu xây dựng điều khiển Mờ/PID cho nghịch lưu đa mức dựa sở phương pháp điều khiển kinh điển PID - Kiểm tra tính đắn thuật tốn mơ matlab/simulink CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BỘ NGHỊCH LƯU ĐA MỨC 1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT Khái niệm nghịch lưu đa mức bắt đầu xuất từ năm 1975 Cấu trúc nghịch lưu mức xuất đầu tiên, sau kiến trúc nghịch lưu đa mức khác bắt đầu phát triển Linh kiện nghịch lưu áp có vai trò khóa dùng để đóng, ngắt dòng điện qua Trong ứng dụng với cơng suất vừa nhỏ, sử dụng transitor BJT, MOSFET, IGBT làm khóa phạm vi cơng suất lớn sử dụng GTO, IGCT … Nghịch lưu đa mức sử dụng để nghịch lưu nguồn điện trung áp 6kV, 10kV, 15kV, Từ đó, người ta ứng dụng nghịch lưu đa mức chuyển đổi số nguồn lượng chiều lượng mặt trời lượng gió thành nguồn điện xoay chiều cao áp nối lưới từ nhiều nguồn điện khác Năng lượng mặt trời Nghịch lưu đa mức Năng lượng gió Nghịch lưu đa mức Nguồn 1, 2, Lưới Nghịch lưu đa mức Hình 1.1 Ứng dụng nghịch lưu đa mức việc hòa lưới từ nhiều nguồn điện khác -3- Ngoài ứng dụng quan trọng tương đối rộng rãi nghịch lưu đa mức nhằm vào lĩnh vực truyền động điện động xoay chiều với độ xác cao Trong lĩnh vực tần số cao, nghịch lưu dùng thiết bị lò cảm ứng trung tần, thiết bị hàn trung tần Bộ nghịch lưu dùng làm nguồn điện xoay chiều cho nhu cầu gia đình, làm nguồn điện liên tục UPS, điều khiển chiếu sáng, nghịch lưu ứng dụng vào lĩnh vực bù nhuyễn công suất phản kháng Các tải xoay chiều thường mang tính cảm kháng (ví dụ động khơng đồng bộ, lò cảm ứng), dòng điện qua linh kiện khơng thể ngắt q trình chuyển mạch tự nhiên Do đó, mạch nghịch lưu thường chứa linh kiện tự kích ngắt để điều khiển q trình ngắt dòng điện Trong trường hợp đặc biệt mạch tải cộng hưởng, tải mang tính chất dung kháng (động đồng kích từ dư), dòng điện qua linh kiện bị ngắt trình chuyển mạch tự nhiên phụ thuộc vào điện áp nguồn phụ thuộc vào điện áp mạch tải Khi linh kiện bán dẫn chọn thyristor (SCR) 1.2 PHÂN LOẠI CÁC BỘ NGHỊCH LƯU ÁP 1.3 CÁC DẠNG CẤU TRÚC CỦA BỘ NGHỊCH LƯU ÁP ĐA MỨC 1.3.1 Bộ nghịch lưu dạng diode kẹp NPC (Diode Clamped Miltilevel Inverter) 1.3.2 Bộ nghịch lưu dạng dùng tụ điện thay đổi (Flying Capacitor Multilevel Inverter) 1.3.3 Bộ nghịch lưu cấu trúc dạng cầu H ghép tầng (Cascaded H-Bridges) 1.4 CÁC NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC VỀ BỘ NGHỊCH LƯU ĐA MỨC 1.4.1 Nghiên cứu giới Khái niệm nghịch lưu đa mức giới thiệu từ năm 1975 Hiện nay, nghịch lưu đa mức nghiên cứu ứng dụng rộng rãi nhiều nước giới Đặc biệt nghiên cứu chuyên sâu cấu trúc kỹ thuật điều chế, tính tốn cho thiết bị -4- chuyển mạch hoạt động tối ưu, giảm bớt tổn thất, giảm sóng hài, ngày nâng cao độ lớn chất lượng điện áp đầu nghịch lưu đa mức Một số cơng trình nghiên cứu như: Hình 1.2 Kết phân tích FFT nghịch lưu mức bất đối xứng - Ngoài ra, báo khác với đề tài “A Design of PID Parameters Self-tuning Fuzzy Control System and Its Incorporation with Practical Realization on PLC” tác giả Liu Hongling, Jiang Chuanwen, Zhang Yan đề cập đến việc thực chế điều khiển mờ cách hiệu kết hợp vào chương trình PLC trơi chảy Bằng lập trình VC++, q trình đơn giản hóa để nhận tham số PID tự điều chỉnh điều khiển mờ PLC Hình 1.3 Kết mơ đáp ứng thông số PID tự điều chỉnh hệ thống mờ -5- - Theo báo: “A Comparative Study of 5-level and 7-level Multilevel Inverter Connected to the Grid” tác giả Nurul Aisyah Yusof, Norazliani Md Sapari, Hazlie Mokhlis, Jeyraj Selvaraj mô cho kết biến tần đa mức cấp mang lại hiệu suất cao hệ số cơng suất, THD, hiệu so với biến tần đa mức cấp Kết so sánh tác hình dưới: Hình 1.4 Kết so sánh hiệu biến tần mức so với biến tần mức 1.4.2 Nghiên cứu Việt Nam Ở Việt Nam, năm gần có nhiều trường đại học, viện nghiên cứu hay cá nhân có nghiên cứu tìm hiểu nghịch lưu nói chung nghịch lưu đa mức nói riêng Có thể kể số cơng trình tiêu biểu sau: Một số nghiên cứu đăng tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật nghiên cứu TS.Nguyễn Văn Nhờ Trần Vũ với báo: “Phương pháp PWM vector không gian cho chuyển đổi ma trận Ultra Sparse sử dụng FPGA” nghiên cứu TS Nguyễn Văn Nhờ Phạm Ngọc Hiệp với báo: “điều khiển sóng mang PWM cho nghịch lưu đa mức dạng cascade lọc công suất pha dây” Một số báo nghiên cứu vào năm 2013 Phan Tấn Phước Nguyễn Huy Nhờ: “Thực nghiệm điều khiển biến đổi AC/DC pha dạng Cascade bậc” hội nghị điều khiển tự động hóa, VCCA 2013 Ngồi có số cơng trình nghiên cứu luận văn thạc sỹ đề tài “Kỹ thuật PWM sóng mang ho nghịch lưu đa bậc lai” -6- tác giả Nguyễn Văn Phục hoàn thành vào năm 2006 với kết phân tích chi tiết phương pháp thiết kế nghịch lưu đa bậc lai, tạp số bậc điện áp lớn với số cell cầu H Tuy nhiên, độ méo dạng họa tần đảm bảo cấu trục khơng lai khác Đặc biệt, luận văn trình bày kỹ thuật PWM sóng mang cho nghịch lưu lai Từ đưa nhận xét, đánh giá ưu nhược điểm kỹ thuật Cũng có số cơng trình nghiên cứu sinh viên tổng quan nghịch lưu áp phương pháp điều khiển kỹ thuật điều chế độ rộng xung PWM điều chế độ rộng xung cải tiến; phương pháp điều chế vector khơng gian (space vector PWM), Nhìn chung nghiên cứu nghịch lưu áp đa mức Việt Nam nhiều Tuy nhiên, áp dụng lý thuyết vào thực tiễn chưa hiệu quả, thiết bị sản xuất phụ thuộc nhập từ nước vận hành Nhưng theo xu hướng chung với yêu cầu ngày khắt khe tính ổn định độ lớn điện áp ngày cao thiết bị cần phải mở rộng nghiên cứu phần điều khiển ứng dụng điều khiển PID, PID mờ để chất lượng điện áp tốt Đây vấn đề thu hút quan tâm nhà nghiên cứu thời gian tới 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG Đối với nghịch lưu cổ điển nghịch lưu áp hai bậc có nhược điểm là: - Tạo điện áp cung cấp cho động với độ dốc điện áp dv/dt lớn - Sự chuyển mạch tần số cao làm giảm định mức, tuổi thọ thiết bị đóng ngắt tổn thất cơng suất lớn - Tần số đóng ngắt nằm khoảng băng thông 10-30KHz tạo nhiễu điện từ trường lên thiết bị truyền thông thiết bị điện tử khác Bộ nghịch lưu áp đa bậc phát triển để cải thiện vấn đề Nó thường sử dụng điện áp cao công suất lớn với ưu điểm sau: -7- - Công suất nghịch lưu áp tăng lên - Điện áp đặt lên linh kiện tần số chuyển mạch giảm xuống giúp giảm tổn hao linh kiện - Với tần số đóng ngắt, thành phần song hài bậc cao điên áp nhỏ so với trường hợp nghịch lưu áp hai bậc - Đối với tải công suất lơn, điện áp cung cấp cho tải đạt giá trị tương đối lớn Trên sở nghiên cứu tổng quan nghịch lưu đa mức, ta biết ưu, nhược điểm nguyên tắc hoạt động trạng thái khóa chuyển mạch Tuy nhiên, giới hạn đề tài nên nghiên cứu cấu trúc phương pháp điều khiển nghịch lưu áp mức dạng diode kẹp chương CHƯƠNG CẤU TRÚC VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU ÁP MỨC DẠNG DIODE KẸP 2.1 CẤU TRÚC BỘ NGHỊCH LƯU ÁP MỨC DẠNG DIODE KẸP Bộ nghịch lưu dạng diode kẹp mức mơ tả hình 2.1 Mỗi pha nghịch lưu đấu vào nguồn DC chia thành tụ điện tương ứng với mức điện áp Điện áp tụ điện E, mức điện áp đặt lên khóa chuyển mạch giới hạn E thông qua diode kẹp Tương tự nghịch lưu pha mức, pha A nghịch lưu gồm có 12 khóa bán dẫn Sa1  Sa6, Sa1’  Sa6’ 12 diode mắc song song ngược Điện áp vào chiều nghịch lưu chia tụ điện nối tầng C1  C6, để tạo điểm trung tính ảo (Neutral Point) -8- Hình 2.1 Sơ đồ nghịch lưu dạng diode kẹp pha mức Trạng thái khóa chuyển mạch (pha A) thể bảng 2.1 Trạng thái khóa đóng, trạng thái khóa mở Mỗi pha có cặp khóa chuyển mạch bản, khóa chuyển mạch pha A gồm: (Sa1, Sa1’), (Sa2, Sa2’), (Sa6, Sa6’) hoạt động theo nguyên tắc đối nghịch (khi khóa đóng khóa lại ngắt) Khi khóa kích đối nghịch, hai khóa khơng dẫn lúc, gây ngắn mạch nguồn DC làm hư hỏng linh kiện Vì vậy, q trình chuyển mạch khóa hồn tồn ngừng dẫn khóa kích Bảng 2.1 Trạng thái khóa chuyển mạch (pha A) nghịch lưu pha mức Trạng thái khóa chuyển mạch pha A Sa1 Sa2 Sa3 Sa4 Sa5 Sa6 Sa1’ Sa2’ Sa3’ Sa4’ Sa5’ Sa6' 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 Điện áp Va0 V6 = 3E V5 = 2E V4 = E V3 = V2 = -E V1 = -2E V0 = -3E Tương ứng với bảy trường hợp kích đóng linh kiện kẹp bảy cặp diode, ta thu bảy mức điện áp pha – nguồn DC Vì có khả - 10 - Hình 2.5 Hình dạng xung kích khóa điện tử nghịch lưu mức diode kẹp Tần số sóng mang cao, lượng sóng hài bậc cao xuất dạng điện áp dòng điện tải bị khử nhiều Đối với nghịch lưu áp n bậc, số sóng mang sử dụng (n1) Chúng có tần số fc biên độ đính – đỉnh Ac Sóng điều chế (hay sóng điều khiển) có biên độ đỉnh Am tần số fm, dạng sóng thay đổi xung quanh trục tâm hệ thống (n-1) sóng mang Nếu sóng điều khiển lớn sóng mang linh kiện tương ứng với sóng mang kích đóng, ngược lại sóng điều khiển nhỏ sóng mang linh kiện khóa kích Gọi mf tỉ số điều chế tần số (frequency modulation ratio): (2.1) f carrier fc mf  f reference  fm Việc tăng giá trị mf dẫn đến việc tăng giá trị tần số sóng hài xuất Điểm bất lợi việc tăng tần số sóng mang vấn đề tổn hao số lần đóng cắt lớn Tương tự, gọi ma tỉ số điều chế biên độ (amplitude modulation ratio): U mreference (2.2) Am ma   U mcarrier (n  1) Ac Hệ số điều biến biên độ đại lượng quan trọng, đại lượng định điện áp đầu nghịch lưu Hệ số điều biến biên độ đại lượng thay đổi trình vận hành nghịch lưu - 11 - Khoảng giá trị hệ số điều biến biên độ chia làm hai phần : + Khoảng thứ ma < : Khoảng gọi khoảng điều khiển tuyến tính nghịch lưu Khi điều khiển khoảng điện áp điều khiển tuyến tính + Khoảng thứ hai ma > : Khoảng gọi khoảng điều khiển phi tuyến Khi điều khiển khoảng điện áp tỉ lệ phi tuyến với điện áp điều khiển Hai khoảng điều khiển có ưu nhược điểm định Trong khoảng điều khiển tuyến tính điện áp gần điện áp hình sin thành phần sóng hài lọc tốt đổi lại tổn hao nghịch lưu tăng van bán dẫn phải chuyển mạch nhiều lần chu kỳ Và điều khiển khoảng tuyến tính điện áp cơng suất đầu khơng thể đạt giá trị lớn Trong khoảng điều khiển phi tuyến cho đầu điện áp lớn giá trị điện áp đầu vào chế độ điều khiển tuyến tính, bù lại thành phần điện áp chứa nhiều thành phần sóng hài chuyển mạch thực phần lớn chế độ xung vuông Chế độ điều khiển phi tuyến thực yêu cầu công suất đầu tương đối lớn thường dùng cung cấp cho động đồng 2.2.2 Sử dụng phương thức loại trừ sóng hài tính điện áp đầu 2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG Đối với phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM), để thay đổi độ lớn điện áp đầu nghịch lưu áp đa mức, ta cần thay đổi độ rộng xung vng điều khiển khóa chuyển mạch nghịch lưu, tức thay đổi trực tiếp đến số điều chế biên độ ma Như qua chương 3, ta nghiên cứu điều khiển PID/mờ với thơng số tác động đối tượng số điều chế biên độ ma - 12 - CHƯƠNG XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ/PID ĐỂ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO BỘ NGHỊCH LƯU ÁP MỨC DẠNG DIODE KẸP 3.1 MƠ HÌNH VẬT LÝ CỦA BỘ NGHỊCH LƯU ÁP MỨC DẠNG DIODE KẸP 3.1.1 Một số khái niệm 3.1.2 Xây dựng hàm truyền đối tượng từ mơ hình vật lý Đối với nghịch lưu áp mức dạng diode kẹp, để xây dựng mô hình tốn học cho đối tượng phức tạp, khơng thể thực được, cần sử dụng mơ hình vật lý để mơ đối tượng Mơ hình vật lý nghịch lưu áp mức dạng diode kẹp hình 3.1 ma Bộ nghịch lưu áp mức dạng diode kẹp Xung điều khiển Ur Hình 3.1 Mơ hình vật lý nghịch lưu áp mức dạng diode kẹp Trong chương 2, ta biết ma tỉ số điều chế biên độ (amplitude modulation ratio) Hệ số điều biến biên độ đại lượng định điện áp đầu Ura nghịch lưu (3.1) U mreference Am ma   U mcarrier (n  1) Ac Trong : - Am biên độ sóng điều chế Ac biên độ sóng mang n số mức điện áp đầu nghịch lưu (n = 7) Để quan hệ thành phần điện áp điện áp điều khiển tuyến tính biên độ sóng mang)  ma  (biên độ sóng sin nhỏ tổng - 13 - Sử dụng mơ hình số dung phương pháp số mơ phần mềm matlab - simulink để tìm mơ hình tốn học gần nghịch lưu áp mức dạng diode kẹp Cho ma thay đổi giá trị tăng dần từ  1, tương ứng cho giá trị điện áp hiệu dụng đầu Ura thay đổi tuyến tính với ma Bảng 3.1 Giá trị vào – tương ứng số điều chế biên độ ma điện áp hiệu dụng Ura đối tượng điều khiển ma Ura (V) 0,05 23,35 0,1 45,14 0,15 66,76 0,2 88,43 0,25 110,30 0,3 132,60 0,35 156,60 0,4 180,60 0,45 204,00 0,5 227,00 0,55 249,70 0,6 272,20 0,65 294,70 0,7 318,50 0,75 342,30 0,8 365,80 0,85 389,10 0,9 412,10 0,95 434,80 457,20 Thông qua số liệu nghiên cứu, ta thấy rang mối quan hệ số điều chế biên độ ma điện áp hiệu dụng Ura gần tuyến tính Dựa vào cơng cụ “ident” matlab để tìm hàm truyền gần đối tượng khâu quán tính bậc nhất: G( s)  4437 s  9.065 (3.2) Độ xác hàm truyền tính là: 93,1% - 14 -  Hàm truyền đảm bảo tính xác, thay để nghiên cứu xây dựng điều khiển mờ/PID 3.2 XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ/PID ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO BỘ NGHỊCH LƯU MỨC DẠNG DIODE KẸP 3.2.1 Tổng quan điều khiển PID 3.2.1.1 Cấu trúc chung hệ điều khiển: 3.2.1.2 Các phương pháp xác định tham số PID a Phương pháp Ziegler-Nichols b Phương pháp Chien-Hrones-Reswick c Phương pháp tổng T Kuhn d Phương pháp tối ưu modul 3.2.2 Tổng quan điều khiển mờ 3.2.2.1 Định nghĩa tập mờ 3.2.2.2 Các thuật ngữ logic mờ 3.2.2.3 Biến ngôn ngữ 3.2.2.4 Luật hợp thành 3.2.2.5 Giải mờ 3.2.2.6 Thiết kế điều khiển mờ 3.2.3 Thiết kế điều khiển PID-Mờ ổn định điện áp cho nghịch lưu đa mức 3.2.3.1 Sơ đồ điều khiển sử dụng PID thích nghi KP de/dt Uđặt e _ KI KD Bộ điều khiển PID ma ĐỐI TƯỢNG: Bộ nghịch lưu đa mức U Hình 3.2 Mơ hình tổng qt hệ thống điều khiển Mục tiêu xây dựng điều khiển chọn số điều chế biên độ ma phù hợp để điện áp hiệu dụng đầu đối tượng không đổi dựa theo điện áp đặt ban đầu - 15 - Các tham số KP, KI, KD chỉnh định theo điều khiển mờ riêng biệt dựa sai lệch e(t) đạo hàm de(t) Nguyên tắc chung để chỉnh định PID bắt đầu với giá trị KP, KI, KD theo ZeiglerNichols, sau dựa vào đáp ứng thay đổi dần để tìm hương chỉnh định thích hợp 3.2.3.2 Luật chỉnh định PID 3.2.3.3 Xây dựng PID mờ thích nghi Hàm truyền nghịch lưu áp mức dạng diode kẹp: G( s)  4437 s  9.065 (3.25) a Xác định biến ngôn ngữ:  Đầu vào: biến o Sai lệch: e o Tốc độ sai lệch: de/dt  Đầu : biến o Kp hệ số tỉ lệ o Ki hệ số tích phân o Kd hệ số vi phân  Số lượng biến ngôn ngữ mờ hóa sau: o e, de/dt = {N3, N2, N1, ZE, P1, P2, P3} (âm nhiều, âm vừa, âm ít, zero, dương ít, dương vừa, dương nhiều) o Kp/Ki /Kd = {Z, S, M, L, U} (Zero, nhỏ, trung bình, lớn, lớn) Hình 3.16 Các biến đầu vào biến đầu điều khiển FUZZY - 16 - b Xây dựng hàm liên thuộc đầu vào đầu ra: Hình 3.17 Hàm liên thuộc đầu vào sai số e Hình 3.18 Hàm liên thuộc đầu vào tốc độ sai số de/dt Hình 3.19 Hàm liên thuộc đầu Kp Hình 3.20 Hàm liên thuộc đầu Ki - 17 - Hình 3.21 Hàm liên thuộc đầu Kd c Xây dựng luật hợp thành: Ta có tổng cộng là: x x = 147 luật hợp thành IF … THEN … Bảng 3.2 Luật chỉnh định Kp Kp e N3 N2 N1 ZE P1 P2 P3 N3 U L M Z M L U N2 U L M Z M L U N1 U L M Z M L U de/dt ZE U L M Z M L U P1 U L M Z M L U P2 U L M Z M L U P3 U L M Z M L U P1 Z M L U L M Z P2 Z M L U L M Z P3 Z M L U L M Z P1 Z S S M S S Z P2 Z S M L M S Z P3 Z M L U L M Z Bảng 3.3 Luật chỉnh định Kd Kd e N3 N2 N1 ZE P1 P2 P3 N3 Z M L U L M Z N2 Z M L U L M Z N1 Z M L U L M Z de/dt ZE Z M L U L M Z Bảng 3.4 Luật chỉnh định Ki Ki e N3 N2 N1 ZE P1 P2 P3 N3 Z M L U L M Z N2 Z S M L M S Z N1 Z S S M S S Z de/dt ZE Z Z Z S Z Z Z - 18 - d Chọn luật giải mờ: Chọn luật hợp thành theo quy tắc Max – Min Giải mờ theo phương pháp trọng tâm 3.3 SƠ ĐỒ MƠ PHỎNG 3.3.1 Sơ đồ mơ điều khiển Pid/mờ 3.3.2 Khối nghịch lưu mức dạng Diode kẹp 3.3.2.1 Khối tạo xung tam giác 3.3.2.2 Khối tạo xung điều khiển - 19 - 3.3.2.3 Khối nghịch lưu mức diode kẹp 3.3.3 Khối luật điều khiển FUZZY 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Đối với nghịch lưu áp mức diode kẹp, thuộc dạng đối tượng khơng thể xác định mơ hình tốn học trực tiếp từ cơng thức tốn khó để xác định ta sử dụng mơ hình vật lý, phương pháp mơ hình số dựa vào phần mềm matlab, từ tìm hàm truyền đạt gần nghịch lưu áp mức dạng - 20 - diode kẹp với độ xác 93,1% Dựa vào hàm truyền trên, ta xây dựng điều khiển PID/mờ thích nghi cho nghịch lưu áp mức dạng diode kẹp trường hợp điện áp nguồn DC đầu vào nghịch lưu thay đổi CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 4.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG KHI SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID CHO CÁC TRƯỜNG HỢP TẢI KHÁC NHAU, ĐIỆN ÁP VÀO THAY ĐỔI 4.1.1 Trường hợp không tải, điện áp vào UDC=800V Hình 4.1 Kết mơ điều khiển PID cho trường hợp không tải, điện áp vào UDC=800V Hình 4.2 Phân tích THD điện áp đầu trường hợp không tải, điện áp vào UDC=800V (THD = 6,11%) - 21 - 4.1.2 Trường hợp khơng tải, điện áp vào UDC=400V Hình 4.3 Kết mô điều khiển PID cho trường hợp khơng tải, điện áp vào UDC=400V Hình 4.4 Phân tích THD điện áp đầu trường hợp không tải, điện áp vào UDC=400V (THD = 12,20%) 4.1.3 Trường hợp có tải động cơ, điện áp đầu vào UDC=600V Hình 4.5 Kết mô điều khiển PID cho trường hợp tải động cơ, điện áp vào UDC=600V - 22 - Hình 4.6 Phân tích THD điện áp đầu trường hợp tải động cơ, điện áp vào UDC=600V (THD = 13,70%) 4.1.4 Trường hợp có tải động cơ, điện áp đầu vào UDC=800V Hình 4.7 Kết mô điều khiển PID cho trường hợp tải động cơ, điện áp vào UDC=800V Hình 4.8 Phân tích THD điện áp đầu trường hợp tải động cơ, điện áp vào UDC=800V (THD = 11,35%) - 23 - 4.2 SO SÁNH ĐÁP ỨNG ĐỘ LỚN ĐIỆN ÁP ĐẦU RA GIỮA BỘ ĐIỀU KHIỂN PID VÀ PID MỜ Hình 4.9 Kết mơ so sánh đáp ứng độ lớn điện áp đầu điều khiển PID điều khiển PID mờ 4.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG Với kết mô ta nhận thấy với điều khiển PID/mờ thiết kế chất lượng điện áp hệ thống luôn đảm bảo điện áp DC đầu vào nghịch lưu thay đổi trường hợp có thêm phụ tải Kết mơ thu hoàn toàn phù hợp với kết nghiên cứu lý thuyết, điều chừng tỏ phương pháp cách thức xây dựng điều khiển PID/mờ đắn xác Bộ điều khiển PID/mờ hồn tồn đáp ứng yêu cầu chất lượng điện áp đầu nghịch lưu mức dạng diode kẹp KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Mục tiêu hệ thống điều khiển ngày nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển tự động Trên thực tê có nhiều đối tượng cần điều khiển, đối tượng thơng thương khơng có đủ tham số cần thiết, nên việc thiết kế điều khiển dựa lý thuyết điều khiển kinh điển gặp nhiều khó khăn Chính lý đòi hỏi phải ứng dụng lý thuyết điều khiển đại vào thực tế Luận văn trọng vào việc xây dựng hệ điều khiển cho nghịch lưu đa mức dựa tảng lý thueyets điều khiển cao cấp - 24 - Với kết thu từ mơ phỏng, đóng góp vấn đề sau: + Đã xây dựng điều khiển PID/mờ ổn định điện áp cho nghịch lưu áp mức dạng diode kẹp điện áp đầu vào thay đổi có tải động + Với điều khiển mà luận văn xây dựng, thông số chất lượng điều chỉnh sai lệch tĩnh, độ điều chỉnh, thời gian độ, số lần dao động hệ tốt, độ điều chỉnh thời gian độ nhỏ Như điều khiển nghiên cứu luận văn hoàn toàn đáp ứng yêu cầu chất lượng điều khiển điện áp cho nghịch lưu đa mức có khả ứng dụng vào thực tế điều khiển Như vậy, trình thực luận văn này, tác giả giải trọn vẹn vấn đề đặt Tuy nhiên với thời gian nghiên cứu hạn chế phạm vi giới hạn vấn đề đặt ra, luận văn chưa đề cập đến chất lượng điện áp độ lớn THD, thay đổi ổn định tần số … ... cứu xây dựng điều khiển mờ /PID 3.2 XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ /PID ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO BỘ NGHỊCH LƯU MỨC DẠNG DIODE KẸP 3.2.1 Tổng quan điều khiển PID 3.2.1.1 Cấu trúc chung hệ điều khiển: 3.2.1.2... phương pháp điều khiển nghịch lưu áp mức dạng diode kẹp chương CHƯƠNG CẤU TRÚC VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU ÁP MỨC DẠNG DIODE KẸP 2.1 CẤU TRÚC BỘ NGHỊCH LƯU ÁP MỨC DẠNG DIODE KẸP Bộ nghịch. .. yêu cầu đầu khắt khe nghịch lưu đa mức cần phải thay điều khiển khác Với lý trên, tác giả lựa chọn đề tài: Ứng dụng điều khiển PID mờ ổn định điện áp cho nghịch lưu đa mức Mục đích mục tiêu