Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung dùng mô hình nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -o0o -NGUYỄN MINH TÂM ĐIỀU KHIỂN MẠCH CHỈNH LƯU BA PHA ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG DÙNG MÔ HÌNH NỘI CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ NGÀNH: 2.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2002 Đại Học Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghóa Việt Nam Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên Ngày tháng năm sinh Chuyên ngành: Khoá: 11 : Nguyễn Minh Tâm Phái : Nam : 02 – 12 - 1971 Nôi sinh : Bến Tre Kỹ Thuật Điện I- TÊN ĐỀ TÀI: Điều Khiển Mạch Chỉnh Lưu Ba Pha Điều Chế Độ Rộng Xung Dùng Mô Hình Nội II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Xây dựng sơ đồ mô chỉnh lưu ba pha PWM Điều khiển dùng PID Điều khiển mô hình nội (IMC) Điều khiển dùng mạng neuron (neural network) III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/05/2002 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/12/2002 V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : Tiến Sỹ Dương Hoài Nghóa VI- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1: …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… VII- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2: …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ NHẬN XÉT CÁN BỘ NHẬN XÉT Tiến Sỹ Dương Hoài Nghóa Nội dung luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày tháng năm 200 PHÒNG QUẢN LÝ KHOA HỌC-SĐH CHỦ NHIỆM NGÀNH Tiến Sỹ Nguyễn Hữu Phúc LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời biết ơn chân thành đến Tiến Sỹ Dương Hoài Nghóa, người tận tình hướng dẫn suốt trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Cô Khoa Điện Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM, Các Cán Bộ Phòng QLKH – SĐH giúp đỡ nhiều suốt trình học hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Cô Khoa Điện Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ, động viên tạo điều kiện để hoàn thành luận văn Cuối cùng, muốn cảm ơn thật nhiều Cha Mẹ, hai em Trang, Linh, em Ngọc Anh, Vợ tôi, người bên động viên nhiều để hoàn thành khóa học Nguyễn Minh Tâm Luận Án Cao Học MỤC LỤC Trang Chương 1: Mở đầu 1.1 Tổng quan 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ luận án 1.3 Các phương pháp có 1.4 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Điểm luận án 1.6 Giá trị thực tiễn luận án 1.7 Nội dung luận án Chương 2: Mạch chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung PWM 2.1 Nguyên lý làm việc 2.2 Mô hình toán học 2.3 Sơ đồ mô 2.4 Phương pháp điều khiển góc lệch pha dòng điện điện áp lưới điện 2.5 Sơ đồ mô khâu điều khiển góc lệch pha 10 2.6 Sơ đồ mô khâu điều PWM 11 2.7 Thông số mạch chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung 12 Chương 3: Phương pháp điều khiển PID áp dụng điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM 13 3.1 Nguyên lý điều khiển PID 13 3.2 Phương pháp xác định Kp, TI, TD 14 3.3 Ứng dụng PID điều khiển chỉnh lưu ba pha PWM 17 3.4 Kết mô 18 Chương 4: Phương pháp điều khiển IMC áp dụng điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM 40 4.1 Tổng Quát phương pháp điều khiển IMC 40 4.2 Ứng dụng IMC điều khiển chỉnh lưu ba pha PWM 45 4.3 Kết mô 47 Chương 5: Phương pháp NN áp dụng điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM 69 5.1 Sơ lược mạng neuron 69 5.2 Mô hình hóa mạng neuron 72 5.3 Học hỏi mạng neuron 74 5.4 Nhận dạng mô hình mạng neuron 76 Mục Lục Luận Án Cao Học 5.5 Huấn luyện mạng neuron 77 5.6 Tiền xử lý liệu 78 5.7 Kết mô 79 Chương 6: Kết luận 90 Phụ lục I Phụ lục A: Phân tích họa tần II Phụ lục B: Bài báo gởi cho Tạp Chí Khoa Học & Cộng Nghệ Trường Đại Học III Mục Lục Luận Án Cao Học CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tổng Quan Trong năm gần đây, chỉnh lưu điều chế độ rộng xung nghiên cứu nhiều tạp chí lý sau: 1) Phần lớn điện phát chỉnh lưu để đưa đến phụ tải Bộ chỉnh lưu cấp điện cho hầu hết ứng dụng thực tế ngoại trừ động cơ, lò nhiệt, đèn điện, thiết bị vận hành tần số công nghiệp 2) Thành phần họa tần tần số cao đưa vào đường dây từ chỉnh lưu từ phụ tải có hệ số công suất thấp, làm hại đến hệ thống phân phối điện Những chỉnh lưu cổ điển tạo xung nhọn dòng điện có biên độ lớn tồn khoảng thời gian ngắn gần đỉnh điện áp Dòng điện có họa tần lớn làm cho ngõ vào chỉnh lưu có hệ số công suất thấp Hai ảnh hưởng gây bốn bất lợi sau: a) Dòng điện họa tần gây méo dạng điện áp nhiễu điện từ, ảnh hưởng lớn đến hộ dùng điện khác hệ thống điện b) Trong hệ thống điện ba pha đấu hình Y có dây trung tính, dòng điện họa tần bậc ba ba pha cộng thêm vào dây trung tính, thay biến thành phần Điều gây nhiệt dây trung tính nơi có nhiều phụ tải cấp điện từ chỉnh lưu c) Tải có hệ số công suất thấp làm tăng tổn hao công suất tác dụng i2R dây dẫn phân phối hộ dùng điện, đường dây phân phối điện lực, thiết bị điện d) Phụ thuộc vào vị trí tương đối tụ bù (công suất phản kháng) điện lực phụ tải mà dòng điện họa tần lớn hay nhỏ, điện dung điện kháng đường dây cộng hưởng nối tiếp tần số gần họa tần bậc ba tần số lưới điện Hậu tuổi thọ tụ bù thấp nhiệt họa tần bậc ba (hoặc) điện áp Để làm giảm ảnh hưởng xấu dòng điện họa tần sinh ra, số quyền quan quốc tế đưa quy tắc để giới hạn dòng điện họa tần tạo từ lưới điện chỉnh lưu, ví dụ tiêu chuẩn Châu Âu “IEC 1000-3-2” tiêu chuẩn “IEEE 519-1992 Harmonic Limits”, gần tiêu chuẩn áp dụng nhiều nước Chương Mở Đầu Luận Án Cao Học Điều dẫn đến nhiều nước phải bỏ nhiều công sức việc phát triển chỉnh lưu tuân theo quy định mới, tạo cho chủ đề trở thành vấn đề quan trọng hấp dẫn việc nghiên cứu phát triển điện tử công suất Bộ chỉnh lưu điều chế độ rộng xung (PWM) nhiều giải pháp giải vấn đề nêu Bộ chỉnh lưu điều chế độ rộng xung làm cho dòng điện ngõ vào gần sin, hệ số công suất gần 1, làm việc chế độ chỉnh lưu, nghịch lưu bù công suất cos(ϕ) 1.2 Mục Tiêu Và Nhiệm Vụ Của Luận Án 1.2.1 Mục Tiêu Của Luận Án Mục tiêu điều khiển cho chỉnh lưu PWM bao gồm: - Điện áp u ổn định phụ tải điện áp vào thay đổi - Dòng điện trước chỉnh lưu đạt gần hình sin - Thực chế độ phát lại công suất tác dụng công suất phản kháng 1.2.2 Các Nhiệm Vụ Cụ Thể Luận văn thực nhiệm vụ sau: - Xây dựng mô hình toán học mạch chỉnh lưu PWM giải thuật điều khiển góc lệch pha ϕ điện áp dòng điện ngõ vào - Ứng dụng phương pháp điều khiển tỷ lệ – tích phaân – vi phaân (proportional plus integral plus derivative controller - PID) cho mạch chỉnh lưu PWM - Điều khiển dùng mô hình nội (internal model control - IMC) cho mạch chỉnh lưu PWM - Điều khiển dùng mạng neuron (Neural network) để thay mô hình thuận mô hình ngược phi tuyến mạch chỉnh lưu PWM kiểu điều khiển dùng mô hình nội 1.3 Các Phương Pháp Đã Có Do tính phi tuyến khả thực tiễn mạch chỉnh lưu PWM, việc điều khiển mạch thu hút quan tâm nhiều nhà nghiên cứu : - Komurcugil Kukrer [1] sử dụng điều khiển tỷ lệ - tích phân (PI) - Silva [2] sử dụng phương pháp điều khiển chế độ trượt (sliding-mode control) Chương Mở Đầu Luận Án Cao Học - Escobar, Chevreau, Ortega Mendes [3] sử dụng phương pháp điều khiển dựa vào tính thụ động (passivity based-control), 1.4 Phạm vi nghiên cứu - Tải trở Rt - Tải nguồn dòng - Làm việc chế độ chỉnh lưu - Làm việc chế độ nghịch lưu - Làm việc chế độ phát lại công suất phản kháng 1.5 Điểm Mới Của Luận Án Nguyên lý điều khiển mô hình nội (Internal model control-IMC) Garcia & Morari đề xuất 1985 Phương pháp cho kết tốt ổn định nội tính bền vững hệ thống tuyến tính [8] Điểm luận văn phát triển phương pháp IMC cho hệ phi tuyến chỉnh lưu PWM 1.6 Giá trị thực tiễn đề tài - Làm nguồn chiều cho nghịch lưu [2], [4] - Cung cấp điện chiều ổn định cho phụ tải dc [2] - Bù công suất phản kháng [10], [3] - Thiết bị chống điện đột ngột (Uninterruptible power supply-UPS) [5] - Cung cấp điện chiều cho thiết bị viễn thông ( Telecommunications equipment) [2] 1.7 Nội Dung Của Luận Án Luận án gồm phần sau: Chương1 giới thiệu lý đời chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung, phương pháp có, mục đích điều khiển, ứng dụng mạch, nội dung cần thực luận án, điểm luận án Chương trình bày nguyên lý làm việc mạch chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung PWM, xây dựng mô hình toán học, xây dựng sơ đồ mô Matlab/Simulink, xây dựng giải thuật điều khiển góc lệch pha điện áp dòng điện ngõ vào Chương Mở Đầu Luận Án Cao Học Chương trình bày nguyên lý điều khiển tỷ lệ – tích phân – vi phân (PID controller), cách xác định thông số khâu PID, áp dụng điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung PWM, kết mô Chương trình bày nguyên lý điều khiển dùng mô hình nội IMC ( internal model control), xác định mô hình thuận mô hình ngược, áp dụng điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung PWM, kết mô Chương trình bày nguyên lý điều khiển dùng mạng neuron (neuron network), áp dụng điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung PWM, kết mô Chương gồm kết luận đề nghị Chương Mở Đầu Luận AÙn Cao Hoïc u 700 600 uref u,uref (Volt) 500 400 300 200 100 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Time(s) 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.46 0.48 0.5 Hình 5.7c Điện áp tụ C 300 ea ea (Volt),ia(Ampere) 200 100 ia -100 -200 -300 0.3 0.32 0.34 0.36 0.38 0.4 0.42 Time(s) 0.44 Hình 5.7d Dạng sóng điện áp ea dòng điện ia Chương Phương Pháp Neural Network 85 Luận Án Cao Học 20 15 i,iref (Ampere) 10 -5 -10 -15 -20 0.3 0.31 0.32 0.33 0.34 0.35 0.36 Time(s) 0.37 0.38 0.39 0.4 Hình 5.7e Dạng sóng dòng điện chuẩn iref dòng điện I pha a 5.7.2.2 Huấn luyện mô hình ngược Hình 5.8a Thu thập liệu vào – mô hình ngược Chương Phương Pháp Neural Network 86 Luận Án Cao Học 10 Chưa thay neuron, Đã thay neuron -2 -4 -6 -8 -10 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Time(s) 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 Hình 5.8b Dạng sóng ngõ mạng neuron khối khối mô hình thuaän 700 u 600 uref u,uref (Volt) 500 400 300 200 100 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Time(s) 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 Hình 5.8c Điện áp tụ C Chương Phương Pháp Neural Network 87 Luận AÙn Cao Hoïc 300 ea ea (Volt),ia(Ampere) 200 100 ea -100 -200 -300 0.3 0.32 0.34 0.36 0.38 0.4 0.42 Time(s) 0.44 0.46 0.48 0.5 Hình 5.8d Dạng sóng điện áp ea dòng điện ia 20 15 i,iref (Ampere) 10 -5 -10 -15 -20 0.3 0.31 0.32 0.33 0.34 0.35 0.36 Time(s) 0.37 0.38 0.39 0.4 Hình 5.8e Dạng sóng dòng điện chuẩn iref dòng điện I pha a Chương Phương Pháp Neural Network 88 Luận Án Cao Học Nhận xét: Trong hai trường hợp mô (chỉnh lưu nghịch lưu), ta thấy: -Khi thay mô hình thuận mô hình ngược mạng neuron, mạch có đáp ứng giống hệt trường hợp mô tương ứng chương (chưa sử dụng mạng neuron) - Do chưa kịp khảo sát tính bền vững họa tần, thay thành phần riêng lẻ mạng neuron, nên khó nói lên ưu nhược điểm việc thay mô hình thuận mô hình ngược dùng mạng neuron Chương Phương Pháp Neural Network 89 Luận Án Cao Học TÀI LIỆU THAM KHAÛO [1] H Komurcugil, O Kukrer, A novel current - control method for three phase PWM AC/DC voltage source converters, IEEE Transactions On Industrial Electronics, VOL 46, NO.3, June (1999) [2] J Fernando Silva, Sliding-Mode Control of Boost-Type Unity-Power-Factor PWM Rectifiers, IEEE Transactions On Industrial Electronics, VOL 46, NO.3, June (1999) [3] G.Escobar, D.Chevreau, R Ortega, E Mendes, An Adaptive PassivityBased Controller for a Unity Power Factor Rectifier, IEEE Transactions On Control System Technology, VOL.9, NO.4, June (2001) [4] Chern-Lin Chen, Che-Ming Lee, Rong-Jie Tu, Guo-Kiang Horng, A Novel Simplified Space-Vector-Modulated Control Scheme for Three-Phase Switch-Mode Rectifier, IEEE Transactions On Industrial Electronics, VOL 46, NO.3, June (1999) [5] Woo-Cheol Lee, Taeck_Kie Lee, Dong-seok Hyun, Comparision of SingleSensor Current Control in the DC Link for Three-Phase Voltage-Source PWM Converters, IEEE Transactions On Industrial Electronics, VOL 48, NO.3, June (2001) [6] Dae-Woong Chung, Minimum-Loss Strategy for Three-Phase PWM Rectifier, IEEE Transactions On Industrial Electronics, VOL 48, NO.3, June (2001) [7] J.L.Duarte, Reference Frames Fit for Controlling PWM rectifier, IEEE Transactions On Industrial Electronics, VOL 48, NO.3, June (2001) [8] M Morari and E Zafiriou, Robust Process Control, Prentice – Hall, (1987) [9] Vikram Kaura, Vladimir Blasko, Operation Of A Voltage Source Converter At Increased Utility Voltage, IEEE Transactions On Industrial Electronics, VOL 12, NO.1, January (1997) [10] Vikram Kaura, Vladimir Blasko, A New Mathematical Model And Control Of A Three-Phase AC-DC Voltage Source Converter, IEEE Transactions On Industrial Electronics, VOL 12, NO.1, January (1997) [11] Joseù Antenor Pomilio, Leopoldo Rossetto, Paolo Tenti, Paolo Tomasin, Performance Improvement Of Soft_Switched PWM Rectifiers With Inductive Load, IEEE Transactions On Industrial Electronics, VOL 12, NO.1, January (1997) Tài Liệu Tham Khảo 91 Luận Án Cao Học [12] Duc Truong Pham, Lui Xing, Neural Networks for Identification, Prediction and Control, Springer-Verlag Lodon Limited, 3rd printing (1997) [13] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Điều Khiển Tối Ưu Và Bền Vững, Nxb khoa học kỹ thuật (1999) [14] Nguyễn Hoàng Phương, Bùi Công Cường, Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh & Chu Văn Hỷ, Hệ Mờ Và Ứng Dụng, Phần 4: Mạng Neuron, Nxb Khoa học kỹ thuật (1998) [15] Hamonics Working Group, Guide for Applying Limits on Power Systems, IEEE Standards Department (1996) [16] Nguyễn Đình Thúc, Trí Tuệ Nhân Tạo – Mạng Neuron Phương Pháp Và Ứng Dụng, Nxb Khoa học kỹ thuật (1997) [17] Bart Kosko, Neural Networks for Signal Processing, Prentice Hall (1992) [18] Nguyễn Văn Nhờ, Bài Giảng Điện Tử Công Suất & Bài Tập (1998) [19] Richard C Dorf, Robert H Bishop, Modern Control Systems, Prentice Hall (2001) Tài Liệu Tham Khảo 92 Luận Án Cao Học PHỤ LỤC A: PHÂN TÍCH HỌA TẦN Cho tín hiệu x(t) có chu kỳ T0, ta suy tốc độ góc: ω0 = 2π T0 Khi tín hiệu x(t) phân tích theo chuổi Fourier sau: ∞ x (t ) = x + ∑ [A k cos(kω0 t ) + B k sin(kωt )] k =0 Với: x0 = Ak = Bk = T0 T0 T0 0 n=0 T0 T0 T0 −1 Ts ∫ x(t )dt ≈ T ∑ x(nT )T n =0 s s T0 −1 Ts ∫ x(t )cos(kω t )dt ≈ T ∑ x(nT )T s s ∫ x(t )sin(kω t )dt ≈ T ∑ x(nT )T 0 Họa tần bậc k: xk = T0 −1 Ts T0 (A k + B k2 n =0 s s cos(kω0 nTs )Ts sin(kω0 nTs )Ts ) Heä số méo dạng toàn phần dòng điện: ∞ ∑I n THD I = Phuï Luïc A n=2 I1 II Luận Án Cao Học PHỤ LỤC B: BÀI BÁO ĐÃ GỞI CHO TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ CÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƯU BA PHA ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG DÙNG MÔ HÌNH NỘI CONTROL OF A THREE – PHASE PWM RECTIFIER USING INTERNAL MODEL CONTROL Dương Hoài Nghóa Đại Học Bách Khoa Hồ Chí Minh Nguyễn Minh Tâm Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hồ Chí Minh TÓM TẮT Bài báo giới thiệu phương pháp điều khiển chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung dùng mô hình nội (IMC ) Đại lượng điều khiển điện áp chiều góc lệch pha điện áp pha dòng điện pha Kết mô cho thấy điều khiển có chất lượng cao ABSTRACT The paper presents an internal model controller for a PWM rectifier The outputs to be controlled are the DC voltage and the phase of the AC current Simulation results show good performance of the proposed controller I GIỚI THIỆU Mạch chỉnh lưu điều chế độ rộng xung (pulse width modulation PWM) trình bày hình ea, eb, ec nguồn ba pha, L R điện cảm điện trở cuộn dây tăng cường (boost), C tụ lọc DC Quy luật đóng cắt caùc khoaù Ka, Kb, Kc, K a, K b, K c xác định cho : - Điện áp chiều u tụ điện C đạt giá trị đặt trước - Góc lệch pha ϕ dòng điện (ia, ib, ic) điện áp (ea, eb, ec) có giá trị xác định trước (0° 180°) - Các dòng điện xoay chiều (ia, ib, ic) có họa tần Muốn điện áp kích cho transistor khóa có dạng điều chế độ rộng xung (hình 2) Phụ Lục B VIII Luận Án Cao Học Hình 1: Mạch chỉnh lưu điều chế độ rộng xung Hình : Sóng kích Ka (PWM) Bảng trình bày trạng thái đóng cắt khoá (Để tránh ngắn mạch tụ C, khoá pha đóng đồng thời : Ka = - K a, Kb = - K b, Kc = - K c ) Bảng : Các trạng thái đóng cắt (1 : khóa dẩn điện, -1 : khóa ngắt điện) Trạng thái Ka 1 -1 -1 -1 1 -1 -1 1 -1 -1 -1 Kb -1 -1 -1 1 1 -1 Kc Do tính phi tuyến mạch, việc điều khiển mạch chỉnh lưu PWM tương đối phức tạp thu hút quan tâm nhiều nhà nghiên cứu : Komurcugil Kukrer [1] sử dụng điều khiển tỷ lệ - tích phân (PI), Silva [2] sử dụng phương pháp điều khiển chế độ trượt (sliding-mode control), Escobar, Chevreau, Ortega Mendes [3] sử dụng phương pháp điều khiển dựa vào tính thụ động (passivity based-control) Mục tiêu báo ứng dụng phương pháp điều khiển dùng mô hình nội (internal model control IMC) cho mạch chỉnh lưu PWM Phương pháp IMC Morari Zafiriou [8] xây dựng cho hệ tuyến tính Điểm báo phát triển phương pháp IMC cho hệ phi tuyến chỉnh lưu PWM Bố cục phần lại báo sau: Phần II trình bày mô hình chỉnh lưu PWM Phần III trình bày điều khiển đề nghị Phần IV trình bày kết mô Phần V kết luận II MÔ HÌNH CỦA BỘ CHỈNH LƯU ĐIỀU CHẾ XUNG 1) Phương trình động học dạng vectơ không gian Đặt e = [ea eb ec]T, is = [ia ib ic]T, us = [uan ubn ucn]T với uan, ubn, ucn điện áp điểm a, b, c với điểm trung tính n nguồn (hình 1) Ta có (phương trình Kirchhoff 2) L d i s + Ri s = e − u s dt Phuï Luïc B (1) VIII Luận Án Cao Học Từ phương trình định luật Kirchhoff viết cho mạch hình 1, ta có (xem phụ lục) ⎡ − − 1⎤ ⎡K a ⎤ ⎡ u an ⎤ ⎢ u ⎥ = u ⎢− − 1⎥ ⎢K ⎥ ⎥⎢ b ⎥ ⎢ bn ⎥ ⎢ ⎢⎣− − ⎥⎦ ⎢⎣ K c ⎥⎦ ⎢⎣ u cn ⎥⎦ (2) 2π 2π j −j Định nghóa vectơ không gian E = (e a + e b e + e c e ) Caùc vector U s , I s K định nghóa tương tự Viết lại (1) (2) theo dạng vector không gian, ta có Ku Us = L (3) d I s + R I s = E − Ku dt (4) 2) Điều khiển góc pha Chọn luật đóng cắt sau: K= 2⎛ d ⎞ ⎜ E − R I ref − L I ref ⎟ u⎝ dt ⎠ Thay (5) vaøo (4) ta ( ) ( (5) ) d I s − I ref + R I s − I ref = (6) dt (6) cho thaáy I s tiến đến I ref theo hàm mũ với thời τ = L/R Với nguồn ba L pha đối xứng ea = Emcos(ωt), eb = Emcos(ωt-2π/3), ec = Emcos(ωt+2π/3), ta coù E = E m e j(ω t ) Neáu (7) I ref = I m e j (ωt +ϕ ) (ϕ góc lệch pha điện áp nguồn dòng điện pha Im biên độ dòng điện pha) Thế I ref (7) vào (5) ta được: K= 2⎡ d ⎤ E m e j (ωt ) − RI m e j (ωt +ϕ ) − jω LI m e j (ωt +ϕ ) − Le j (ωt +ϕ ) I m ⎥ ⎢ dt ⎦ u⎣ (8) Dòng điện io (hình 1) cho i0 = ( ∗ ∗ K Is + K Is ) (9) Ở “∗” phần phức liên hợp (xem phụ lục 2) Thế K (8) vào (9) được: i0 = 3I m 2u d ⎡ ⎤ ⎢E m cos(ϕ ) − L dt I m − RI m ⎥ ⎣ ⎦ (10) AÙp dụng định luật Kirchhoff (hình 1), i0 = iL + i1 = iL + C (10) ta coù 3I m ⎡ d d ⎤ u= E m cos (φ ) − L I m − RI m ⎥ − i L ⎢ dt 2Cu ⎣ dt ⎦ C Phụ Lục B d u , với i0 cho dt (11) VIII Luận Án Cao Học III ĐIỀU KHIỂN DÙNG MÔ HÌNH NỘI 1) Nguyên lý Sơ đồ điều khiển dùng mô hình nội trình bày hình 3, mô hình thuận mô hình đối tượng điều khiển, mô hình ngược nghịch đảo truyền đạt mô hình thuận, lọc IMC lọc thông thấp dùng để bền vửng hoá hệ thống [8] Nếu mô hình thuận mô tả xác đối tượng điều kiện nhiểu (d(t) ≡ 0), hệ thống làm việc chế độ vòng hở hàm truyền đạt từ tín hiệu đặt r(t) đến tín hiệu y(t) xác định lọc IMC Phương pháp điều khiển dùng mô hình nội có ưu điểm điều kiện ổn định nội tính bền vửng diển tả cách đơn giản thông qua hàm truyền đạt hệ thống nên dể sử dụng thiết kế [8] Hình 3: Hệ thống điều khiển dùng mô hình nội 2) Xác định mô hình thuận mô hình ngược điều khiển IMC Trường hợp ϕ = 0° ϕ = 180°, ta có |RIm+L quan tâm đến C d I m |