Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 114 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Nội dung
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập - Tự - Hạnh phúc -*** - THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CÁNH GIĨ TUABIN TRỤC ĐỨNG Học viên: Nguyễn Văn Huỳnh Lớp: CHK10 Chuyên ngành: Tự động hoá Người HD Khoa học: PGS.TS Lại Khắc Lãi Ngày giao đề tài: 01/02/2009 Ngày hoàn thành: 31/07/2009 KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC CB HƯỚNG DẪN PGS.TS Lại Khắc Lãi Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên HỌC VIÊN Nguyễn Văn Huỳnh http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP *** LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CÁNH GIĨ TUABIN TRỤC ĐỨNG Ngành: TỰ ĐỘNG HÓA Mã số: Học viên: NGUYỄN VĂN HUỲNH Người HD Khoa học: PGS.TS LẠI KHẮC LÃI THÁI NGUYÊN 2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP *** LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CÁNH GIĨ TUABIN TRỤC ĐỨNG NGUYỄN VĂN HUỲNH THÁI NGUYÊN 2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -1- Luận văn thạc sỹ LỜI CAM ĐOAN Tên là: Nguyễn Văn Huỳnh Sinh ngày 22 tháng năm 1981 Học viên lớp cao học khoá 10 - Tự động hoá - Trƣờng đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Hiện công tác khoa Điện - Trƣờng đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Xin cam đoan: Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ thích nghi để điều khiển cánh gió tuabin trục đứng” thầy giáo, nhà giáo ƣu tú PGS.TS Lại Khắc Lãi hƣớng dẫn cơng trình nghiên cứu riêng Tất tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Tác giả xin cam đoan tất nội dung luận văn nhƣ nội dung đề cƣơng yêu cầu thầy giáo hƣớng dẫn Nếu sai hoàn toàn chịu trách nhiệm trƣớc Hội đồng khoa học trƣớc pháp luật Thái Nguyên, ngày 31 tháng năm 2009 Tác giả luận văn Nguyễn Văn Huỳnh Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -2- Luận văn thạc sỹ LỜI CẢM ƠN Sau sáu tháng nghiên cứu, làm việc khẩn trƣơng, đƣợc động viên, giúp đỡ hƣớng dẫn tận tình thầy giáo hƣớng dẫn nhà giáo ƣu tú PGS.TS Lại Khắc Lãi, luận văn với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ thích nghi để điều khiển cánh gió tuabin trục đứng” hồn thành Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hƣớng dẫn PGS.TS Lại Khắc Lãi tận tình dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Khoa đào tạo Sau đại học, thầy giáo, cô giáo thuộc môn Kỹ thuật điện – Khoa Điện - Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên giúp đỡ tác giả suốt trình học tập nhƣ trình nghiên cứu thực luận văn Toàn thể đồng nghiệp, bạn bè, gia đình ngƣời thân quan tâm, động viên, giúp đỡ tác giả suốt trình học tập hoàn thành luận văn Tác giả luận văn Nguyễn Văn Huỳnh Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -3- Luận văn thạc sỹ MỤC LỤC Nội dung Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục hình vẽ, đồ thị CHƢƠNG MỞ ĐẦU 11 Lý chọn đề tài 11 Mục đích đề tài 12 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 12 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 13 Cấu trúc luận văn 13 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG GIĨ VÀ MÁY PHÁT ĐIỆN SỨC GIĨ 14 1.1 ĐƠI NÉT VỀ LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ 14 1.1.1 Lịch sử phát triển máy phát điện chạy sức gió 14 1.1.2 Đặc điểm chung máy phát điện chạy sức gió 17 1.1.3 Những lợi ích sử dụng gió để sản xuất điện 17 1.2 NĂNG LƢỢNG GIĨ VÀ THIẾT BỊ BIẾN ĐỔI NĂNG LƢỢNG GIÓ – TUABIN GIĨ 19 1.2.1 Tuabin gió 19 1.2.2 Máy phát điện tuabin gió 22 1.2.3 Gió lƣợng gió 23 1.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 26 http://www.lrc-tnu.edu.vn -4- Luận văn thạc sỹ Chƣơng 2: KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA TUABIN GIÓ VÀ PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÁNH GIĨ CỦA TUABIN TRỤC ĐỨNG 28 2.1 KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC TUABIN GIÓ 28 2.1.1 Động lực học cánh gió tuabin 28 2.1.2 Động lực học rotor 30 2.2 PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÁNH GIÓ CỦA TUABIN TRỤC ĐỨNG 32 2.2.1 Lý luận chung 32 2.2.2 Phƣơng pháp xác định góc cánh điều khiển tuabin gió trục đứng 35 2.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG 38 Chƣơng 3: TỔNG QUAN CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN 39 3.1 CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN KINH ĐIỂN 39 3.1.1 Tổng hợp điều khiển tuyến tính 39 3.1.2 Tổng hợp điều khiển phi tuyến 39 3.2 LOGIC MỜ VÀ ĐIỀU KHIỂN MỜ 41 3.2.1 Khái quát lý thuyết điều khiển mờ 41 3.2.2 Định nghĩa tập mờ 41 3.2.3 Biến mờ, hàm biến mờ, biến ngôn ngữ 43 3.2.4 Suy luận mờ luật hợp thành 44 3.2.5 Bộ điều khiển mờ 47 3.2.6 Hệ điều khiển mờ lai (F-PID) 49 3.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI 51 3.3.1 Giới thiệu tổng quan 51 3.3.2 Tổng hợp điều khiển thích nghi sở lý thuyết tối ƣu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -5- Luận văn thạc sỹ cục (Phƣơng pháp Gradient) 54 3.3.3 Tổng hợp hệ thống điều khiển thích nghi sở ổn định tuyệt đối 59 3.3.4 Tổng hợp hệ thống điều khiển thích nghi dùng lý thuyết Lyapunov 61 3.3.5 Điều khiển mờ thích nghi 65 3.3.6 Phƣơng pháp điều khiển thích nghi theo sai lệch 66 3.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 66 Chƣơng 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁNH GIÓ CỦA TUABIN TRỤC ĐỨNG ĐỂ ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ 68 4.1 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC HỆ THỐNG 68 4.1.1 GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CẤU TRÚC HỆ THỐNG 69 4.1.2 TỔNG HỢP HỆ THỐNG SỬ DỤNG CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN KINH ĐIỂN 69 4.1.2.1 Tổng hợp hệ thống dùng điều khiển PID kinh điển 69 4.1.2.2 Tổng hợp hệ thống dùng điều khiển thích nghi kinh 71 điển 4.2 TỔNG HỢP HỆ THỐNG SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI 73 4.2.1 KHÁI NIỆM 73 4.2.1.1 Định nghĩa 73 4.2.1.2 Phân loại 74 4.2.1.3 Các phƣơng pháp điều khiển thích nghi mờ 74 4.2.2 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI ỔN ĐỊNH 76 4.2.2.1 Cơ sở lý thuyết 76 4.2.2.2 Thuật tốn tổng hợp điều khiển mờ thích nghi 82 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -6- Luận văn thạc sỹ 4.2.3 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI TRÊN CƠ SỞ LÝ THUYẾT THÍCH NGHI KINH ĐIỂN 86 4.2.3.1 Đặt vấn đề 86 4.2.3.2 Mơ hình tốn học điều khiển mờ 88 4.2.4 XÂY DỰNG CƠ CẤU THÍCH NGHI THEO MƠ HÌNH MẪU CHO BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 94 4.2.4.1 Hệ điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu (MRAS) dùng lý thuyết thích nghi kinh điển 94 4.2.4.2 Điều chỉnh thích nghi hệ số khuếch đại đầu điều khiển mờ 96 4.2.4.3 Sơ đồ điều khiển thích nghi mờ theo mơ hình mẫu (MRAFC) 97 4.2.4.4 Sơ đồ điều khiển thích nghi mờ kiểu truyền thẳng (FMRAFC) 98 4.2.5 THIẾT KẾ KHỐI MỜ CƠ BẢN 99 4.2.5.1 Sơ đồ khối mờ 99 4.2.5.2 Định nghĩa tập mờ 99 4.2.5.3 Xây dựng luật điều khiển “Nếu…Thì” 101 4.2.5.4 Chọn luật hợp thành 103 4.2.5.5 Giải mờ 104 4.2.6 SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI 104 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 110 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -7- Luận văn thạc sỹ DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Mơ hình cánh gió Trung Mỹ, cuối TK 19 Hình 1.2 Mơ hình cối xay gió xuất sau TK 13 Hình 1.3 Chiếc máy bơm nƣớc chạy sức gió, phía Tây nƣớc Mỹ năm 1800 Hình 1.4 Máy phát điện sức gió Charles F.Brush chế tạo Hình 1.5 Máy phát Gedser, cơng suất 200kW Hình 1.6 H- rotor Hình 1.7 Tuốc bin gió với tốc độ cố định Hình 1.8 Tuốc bin gió với tốc độ thay đổi có biến đổi nối trực tiếp stator lƣới Hình 1.9 Tuabin gió tốc độ thay đổi sử dụng MFKĐBNK Hình 1.10 Biến thiên tốc độ gió lƣợng gió theo thời gian Hình 1.11 Đƣờng cong biểu diễn quan hệ Cp Hình 1.12 Hàm xác suất phân bố cho Rayleigh với tốc độ gió trung bình m/s Hình 1.13 Đƣơng cong cơng suất tuabin gió 50kW điều khiển theo tốc độ gió Hình 2.1 Đƣờng cong biểu diễn Kp Hình 2.2 Các lực tác dụng lên cánh gió Hình 2.3 Tác động gió lên cánh Hình 2.4 Mơ hình tuabin gió trục đứng cánh Hình 2.5 Phân tích động lực học cánh gió Bảng 2.1 Góc cánh điều khiển vị trí khác Hình 2.6 Góc điều khiển cánh gió 10 vị trí khác Hình 3.1 Một số dạng hàm liên thuộc Hình 3.2 a) Hợp hai tập mờ b) Giao hai tập mờ c) Phép bù Hình 3.3 Mô tả hàm liên thuộc mệnh đề điều kiện Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -97- Luận văn thạc sỹ hình hiệu chỉnh trước (FMRAFC- Feedforward Model Reference Adaptive Fuzzy Controller) 4.2.4.3 Sơ đồ điều khiển thích nghi mờ theo mơ hình mẫu (MRAFC) Xét cấu trúc điều khiển mờ theo mô hình mẫu biểu diễn hình 4.25 Trong đó: đối tượng điều khiển có hàm truyền G, mơ hình mẫu có hàm truyền Gm, điều khiển mờ bao gồm điều khiển mờ kết hợp với khuếch đại K Cần phải tìm quy luật điều chỉnh hệ số K cho sai lệch mơ hình vá đối tượng tiến đến (0) ym Mơ hình mẫu Gm - Cơ cấu thích nghi e + T Uc X - K K U Đối tƣợng G y FLC Hình 4.25 MRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đầu Xấp xỉ 1 (3.48) thành số, hệ thống vịng kín xung quanh trạng thái cân trở thành tuyến tính với phương trình vịng kín là: y KFG Uc KFG (4.57) Và (s) y KFC e e G m K K KFG K K (4.58) Giả thiết y tiến đến ym ta xấp xỉ KFG G m Khi quy luật KFG điều chỉnh thích nghi cho hệ số khuếch đại đầu FLC xác định từ (4.55): dK e G m dt K Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên (4.59) http://www.lrc-tnu.edu.vn -98- Luận văn thạc sỹ Để xét ổn định sơ đồ trên, ta chọn hàm Lyapunov: V = 1/22 ( K ) ( e G )2 V m K t K t Hệ thống ổn định t 4.2.4.4 Sơ đồ điều khiển thích nghi mờ kiểu truyền thẳng (FMRAFC) Cấu trúc điều khiển thích nghi mờ biểu diễn hình 4.26 Sơ đồ gọi sơ đồ thích nghi mờ truyền thẳng (Feedforward Model Reference Adaptive Fuzzy Controller - FMRAFC) Cơ cấu thích nghi uc Mơ hình mẫu Gm T ym F + - K Đối tượng G u y FLC Hình 4.26 Cấu trúc hệ FMRAFC Trong sơ đồ sai lệch tín hiệu đặt tín hiệu đầu đối tượng thay giá trị sai lệch đối tượng mơ hình: Hệ số khuếch đại thích nghi đầu ra: y KFC ym KFG (4.60) ym (s) y KFC KFG K K KGF K K (1 KFG) K Trong đó: (4.61) ym KFC giả thiết y tiến đến y m Từ KFG KFC (4.55) ta rút quy luật thích nghi cho hệ số khuếch đại đầu là: dK 2 dt k (theo gradient) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên (4.62) http://www.lrc-tnu.edu.vn -99- dK ym dt Luận văn thạc sỹ (theo Lyapunov) (4.63) Ta thấy hàm truyền mơ hình khơng có mặt luật thích nghi (4.62) (4.63) nên cấu trúc thích nghi chịu đựng tốt giới hạn lớn độ sai lệch mơ hình đối tượng Trong thực tế cần mơ hình xấp xỉ gần ví dụ mơ hình mẫu bậc nhất: G m bm áp dụng cho phần lớn đối am s tượng điều khiển 4.2.5 THIẾT KẾ KHỐI MỜ CƠ BẢN 4.2.5.1 Sơ đồ khối mờ Bộ mờ ta thiết kế bao gồm hai biến trạng thái mờ đầu vào biến mờ đầu Mỗi biến lại chia thành nhiều giá trị tập mờ (Tập mờ con) Số giá trị mờ biến chọn để phủ hết khả cần thiết cho khả điều khiển lớn cần số tối thiểu luật điều khiển mờ Hình4.27 Sơ đồ khối mờ 4.2.5.2 Định nghĩa tập mờ * Định nghĩa biến ngôn ngữ vào Biến ngôn ngữ vào tín hiệu điều khiển điều khiển mờ cụ thể lượng sai lệch điện áp điều khiển E TE tích phân sai lệch Biến ngơn ngữ đại lượng tác động trực tiếp hay gián tiếp lên đối tượng biến ngôn ngữ điện áp điều khiển U * Xác định miền giá trị vật lý biến ngôn ngữ vào Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -100- Luận văn thạc sỹ Miền giá trị vật lý phải bao hàm hết khả giá trị mà biến ngôn ngữ vào nhận, ta chọn: E = [-1; 1] (V) TE = [-2; ] (Vs) U = [-78; 78] (V) * Số lượng tập mờ Số lượng tập mờ thường đại diện cho số trạng thái biến ngôn ngữ vào ra, thường nằm khoảng đến 10 giá trị Nếu số lượng giá trị khơng thực việc lấy vi phân, nhiều người khó có khả bao quát, người phải nghiên cứu đầy đủ để đồng thời phân biệt khoảng đến phương án khác có khả lưu trữ thời gian ngắn Đối với đối tượng ta chọn giá trị sau: E = {AL, AV, AN, K, DN, DV, DL} TE = {AL, AV, AN, K, DN, DV, DL} U = {AL, AV, AN, K, DN, DV, DL} Trong đó: AL: Âm lớn AV: Âm vừa AN: Âm nhỏ K: Không DN: Dương nhỏ DV:Dương vừa DL: Dương lớn * Xác định dạng hàm liên thuộc Đây giai đoạn quan trọng, trình làm việc điều khiển mờ phụ thuộc nhiều vào dáng hàm liên thuộc Mặc dù khơng có chuẩn mực cho việc lựa chọn thơng thường chọn hàm liên thuộc có dạng hình học đơn giản hình thang, hình tam giác Các hàm liên thuộc phải có miền phủ lên đồng thời hợp miền liên thuộc phải phủ kín miền giá trị vật lý Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -101- Luận văn thạc sỹ để trình điều khiển không xuất “lỗ trống” Ta chọn hàm liên thuộc hình tam giác * Rời rạc hóa tập mờ Độ phân giải dải trị phụ thuộc chọn trước cho nhóm điều khiển mờ loại dấu phẩy động (các số dj biểu diễn dạng dấu phẩy động có độ xác đơn) nguyên ngắn (giá trị phụ thuộc số nguyên có độ phụ thuộc số có độ dài byte theo byte) Phương pháp rời rạc hóa yếu tố định độ xác tốc độ điều khiển 4.2.5.3 Xây dựng luật điều khiển “Nếu…Thì” Với tập mờ biến đầu vào, ta xây dựng 7x7 = 49 luật điều khiển Các luật điều khiển biểu diễn dạng mệnh đề IF THEN Các luật điều khiển xây dựng theo nguyên tắc sau: - Sai lệch lớn tác động điều khiển lớn - Tích phân sai lệch lớn tác động điều khiển lớn If (input1 is AL) and (input2 is AL) then (output1 is AL) (1) If (input1 is AV) and (input2 is AL) then (output1 is AL) (1) If (input1 is AN) and (input2 is AL) then (output1 is AL) (1) If (input1 is K) and (input2 is AL) then (output1 is AL) (1) If (input1 is DN) and (input2 is AL) then (output1 is AV) (1) If (input1 is DV) and (input2 is AL) then (output1 is AN) (1) If (input1 is DL) and (input2 is AL) then (output1 is K) (1) If (input1 is AL) and (input2 is AV) then (output1 is AL) (1) If (input1 is AV) and (input2 is AV) then (output1 is AL) (1) 10 If (input1 is AN) and (input2 is AV) then (output1 is AL) (1) 11 If (input1 is K) and (input2 is AV) then (output1 is AV) (1) 12 If (input1 is DN) and (input2 is AV) then (output1 is AN) (1) 13 If (input1 is DL) and (input2 is AV) then (output1 is DN) (1) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -102- Luận văn thạc sỹ 14 If (input1 is AL) and (input2 is AN) then (output1 is AL) (1) 15 If (input1 is AV) and (input2 is AN) then (output1 is AL) (1) 16 If (input1 is AN) and (input2 is AN) then (output1 is AV) (1) 17 If (input1 is K) and (input2 is AN) then (output1 is AN) (1) 18 If (input1 is DN) and (input2 is AN) then (output1 is K) (1) 19 If (input1 is DV) and (input2 is AN) then (output1 is DN) (1) 20 If (input1 is DL) and (input2 is AN) then (output1 is DV) (1) 21 If (input1 is AL) and (input2 is K) then (output1 is AL) (1) 22 If (input1 is AV) and (input2 is K) then (output1 is AV) (1) 23 If (input1 is AN) and (input2 is K) then (output1 is AN) (1) 24 If (input1 is K) and (input2 is K) then (output1 is K) (1) 25 If (input1 is DN) and (input2 is K) then (output1 is DN) (1) 26 If (input1 is DV) and (input2 is K) then (output1 is DV) (1) 27 If (input1 is DL) and (input2 is K) then (output1 is DL) (1) 28 If (input1 is AL) and (input2 is DN) then (output1 is AV) (1) 29 If (input1 is AV) and (input2 is DN) then (output1 is AN) (1) 30 If (input1 is AN) and (input2 is DN) then (output1 is K) (1) 31 If (input1 is K) and (input2 is DN) then (output1 is DN) (1) 32 If (input1 is DN) and (input2 is DN) then (output1 is DV) (1) 33 If (input1 is DV) and (input2 is DN) then (output1 is DL) (1) 34 If (input1 is DL) and (input2 is DN) then (output1 is DL) (1) 35 If (input1 is AL) and (input2 is DV) then (output1 is AN) (1) 36 If (input1 is AV) and (input2 is DV) then (output1 is K) (1) 37 If (input1 is AN) and (input2 is DV) then (output1 is DN) (1) 38 If (input1 is K) and (input2 is DV) then (output1 is DV) (1) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -103- Luận văn thạc sỹ 39 If (input1 is DN) and (input2 is DV) then (output1 is DL) (1) 40 If (input1 is DV) and (input2 is DV) then (output1 is DL) (1) 41 If (input1 is DL) and (input2 is DV) then (output1 is DL) (1) 42 If (input1 is AL) and (input2 is DL) then (output1 is K) (1) 43 If (input1 is AV) and (input2 is DL) then (output1 is DN) (1) 44 If (input1 is AN) and (input2 is DL) then (output1 is DV) (1) 45 If (input1 is K) and (input2 is DL) then (output1 is DL) (1) 46 If (input1 is DN) and (input2 is DL) then (output1 is DL) (1) 47 If (input1 is DV) and (input2 is DL) then (output1 is DL) (1) 48 If (input1 is DL) and (input2 is DL) then (output1 is DL) (1) 49 If (input1 is DV) and (input2 is AV) then (output1 is K) (1) 4.2.5.4 Chọn luật hợp thành Từ tập luật điều khiển ta dùng luật hợp thành Max-Min, Max-Prod hay luật hợp thành khác để tìm hàm liên thuộc hợp thành tập mờ đầu Ở ta chọn luật hợp thành Max-Min, ta có kết sau: Hình 4.28 Các luật hợp thành Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -104- Luận văn thạc sỹ 4.2.5.5 Giải mờ Từ hàm liên thuộc hợp thành tập mờ đầu ra, ta dùng phương pháp giải mờ thích hợp để xác định rõ đầu giải mờ Phương pháp giải mờ chọn gây ảnh hưởng đến độ phức tạp trạng thái làm việc toàn hệ thống Thường thiết kế hệ thống điều khiển mờ, giải mờ phương pháp trọng tâm hay trung bình âm có nhiều ưu điểm cả, lúc kết đầu có tham gia đầy đủ tất luật điều khiển Ở giải mờ phương pháp trọng tâm, ta có kết hợp thành giải mờ hình vẽ: Hình 4.29 Quan hệ vào điều khiển mờ 4.2.6 SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI Theo nghiên cứu trên, tốc độ gió thay đổi tốc độ tuabin thay đổi theo để ổn định tốc độ quay tuabin ta cần phải có điều khiển thay đổi thông số phù hợp với thay đổi tốc độ gió Với điều khiển thích nghi kinh điển đáp ứng phần yêu cầu Tuy nhiên ta thay đổi giá trị đặt tốc độ quay tuabin trình làm việc điều khiển thích nghi kinh điển không đáp ứng yêu cầu chất lượng động trình điều khiển Để khắc phục tượng đó, tác giả đề xuất phương án sử dụng điều khiển mờ thích nghi Bộ điều khiển thích nghi thiết kế từ điều Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -105- Luận văn thạc sỹ khiển mờ, song điều khiển thích nghi hệ số khuếch đại đầu K thay đổi theo luật Lyapunov Out1 In1 Out1 gia tri dat In1 Out1 In1Out1 Scope In2 0.13s+1 DK vi tri goc canh tuabin va luong Mo thich nghi mo hinh mau Hình 4.30 Sơ đồ mơ hệ thống điều khiển cánh gió tuabin với điều khiển mờ thích nghi 1 s 3.2 In1 5.8 s In2 1.1 s Out1 Fuzzy Logic Controller with Ruleviewer Hình 4.31 Sơ đồ khối điều khiển mờ thích nghi 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 10 12 Hình 4.32 Sự thay đổi hệ số khuếch đại đầu K theo luật Lyapunov Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -106- Luận văn thạc sỹ 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 thời gian(s) 10 12 Hình 4.33 Kết mơ hệ thống với điều khiển thích nghi kinh điển 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 thời gian(s) 10 12 Hình 4.34 Kết mơ hệ thống với điều khiển mờ thích nghi 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 thời gian(s) 10 12 Hình 4.35 Kết mô hệ thống với điều khiển thích nghi kinh điển mờ thích nghi Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -107- Luận văn thạc sỹ 1.6 1.5 1.4 Bộ điều khiển thích nghi kinh điển 1.3 Bộ điều khiển mờ thích nghi 1.1 1.2 0.9 0.8 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 Nhận xét: Sau đưa điều khiển mờ thích nghi vào thay điều khiển thích nghi kinh điển, từ kết mô phần mềm Matlab ta thấy sử dụng điều khiển mờ thích nghi đạt chất lượng động tăng lên rõ rệt, tốc độ quay tuabin bám theo giá trị đặt cách nhanh chóng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau tháng nghiên cứu tài liệu cũn g tì m hiểu thực tế tác giả đã hoàn thành nội dung công việc cụ thể luận văn sau: Tìm hiểu lịch sử phát triển nguồn lượng gió máy phát điện chạy sức gió Phân tích khí động lực học cánh gió tuabin gió trục đứng xác định góc cánh điều khiển Nghiên cứu thiết kế điều khiển mờ thích nghi để điều khiển cánh gió tuabin gió trục đứng Kết mô cho thấy sử dụng điều khiển thích nghi kinh điển tốc độ tuabin cịn dao động q trình thay đổi tốc độ quay tuabin Với điều khiển mờ thích nghi chất lượng động hệ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -108- Luận văn thạc sỹ thống tăng lên rõ rệt, dao động, hệ thống làm việc ổn định Vì việc áp dụng điều khiển mờ thích nghi để điều khiển cánh gió tuabin gió trục đứng nhằm ổn định tốc độ quay tuabin theo yêu cầu đảm bảo chất lượng động hệ thống, hướng nghiên cứu để phát triển nguồn lượng tương lai Kiến nghị Việc phát triển nguồn lượng gió nước ta vấn đề tương đối mẻ, việc nghiên cứu cịn nhiều hạn chế Để biến đổi lượng gió thành điện đạt hiệu cao việc sử dụng tuabin gió với điều khiển hợp lý quan trọng Trong luận văn sử dụng điều khiển mờ thích nghi để điều khiển cánh gió tuabin trục đứng nhằm nâng cao hiệu suất chuyển đổi lượng gió ổn định tốc độ quay tuabin theo yêu cầu Tuy nhiên sử dụng nhiều điều khiển khác nhau, có điều kiện tơi tiến hành nghiên cứu thiết kế ứng dụng thay điều khiển thơng minh khác như: điều khiển mờ noron Ngồi có điều kiện tơi nghiên cứu điều khiển cánh gió tuabin gắn với điều khiển công suất máy phát cho phù hợp với yêu cầu phụ tải Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -109- Luận văn thạc sỹ TÀI LIỆU THAM KHẢO A Tiếng Việt [1] Nguyễn Hiển, Lại Khắc Lãi (2007), Hệ mờ nơron kỹ thuật điều khiển, NXB Khoa học tự nhiên công nghệ, Hà Nội [2] Lại Khắc Lãi (2007), Ứng dụng hệ mờ - nơron để nhận dạng hệ phi tuyến nhiều chiều, Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ trường Đại học kỹ thuật (số 60) [3] Lại Khắc Lãi, “Xây dựng hệ điều khiển thông minh để điều khiển đối tượng phi tuyến khó mơ hình hoá”, Đề tài NCKH cấp năm 2002; Mã số: B2002.02.03 [4] Lại Khắc Lãi, “Nghiên cứu ứng dụng hệ mờ + Nơ ron để điều khiển chuyển động nhiều trục”, Đề tài NCKH cấp năm 2004; Mã số: B2004 [5] Lại Khắc Lãi; “Một thuật toán thiết kế điều khiển thông minh ứng dụng”, Tuyển tập báo cáo khoa học Hội nghị toàn quốc lần thứ tự động hoá 4/2005, Tr 306-311 [6] Phan Xuân Minh & Nguyễn Doãn Phước (2006), “Lý thuyết điều khiển mờ”, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [7] Nguyễn Thương Ngô (2006), “Lý thuyết điều khiển tự động”, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [8] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh & Hán Thành Trung (2003), “Lý thuyết điều khiển phi tuyến”, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [9] Nguyễn Văn May (2005), “Bơm, quạt, máy nén”, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [10] Nguyễn Thương Ngô (1999), “Lý thuyết điều khiển tự động đại”, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -110- Luận văn thạc sỹ B Tiếng Anh [1] Thomas Ackerman (2005), “Wind Power in Power Systems”, John Wiley and Sons, Ltd [2] Sandra Eriksson (2008), “Direct Driven Generators for Vertical Axis Wind Turbines”, Uppsala University, Sweden [3] Désiré Le Gouriérès (1982), “Wind power plants – Theory and Desig”, Pergamon Press [4] Morten H Hansen, Anca Hansen, Torben J Larsen, Stig Øye,Poul Sørensen and Peter uglsang (2005), “Control design for a pitch-regulated, variable speed wind turbine” [5] Fernando D Bianchi, Hernán De Battista and Ricardo J Mantz (2006), “Wind Turbine Control Systems”, Department of Electrical Engineering National University of La Plata, Argentina [6] Gary L Johnson (2001), “Wind energy systems”, Manhattan, KS [7] Erich Hau Springer (2005), “Wind turbine” [8] John F Walker, and Nicholas Jenkins (1997), “Wind Energy technology”, John Wiley and Sons, Ltd [9] Springer (1997), “Wind Energy” [10] Robert Mikkelsen (2003), “Actuator Disc Methods Applied to Wind Turbines”, Technical University of Denmark DK-2800 Lyngby, Denmark [11] George Ellis, “Cures for Mechanical Resonance in Industrial Servo Systems”, A Danaher Motion Company, USA [12] George Ellis, Robert D Lorenz (2000), “Resonant Load Control Methods for Industrial Servo Drives”, IEEE Industry Applications Society, Annual Meeting, Rome, Italy [13] Koji Sugiura and Yoichi Hori (1996), “Vibartion Suppression in 2-and Mass System Based on the Feedback of Imperfect Derivative of the Estimated Torsional Torque”, IEEE, Vol 43, No Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hệ thống x1(t)…xp(t ) -111- Luận văn thạc sỹ [14] ArmstrongB.and AminB (1996), “PID control in the presence of static friction: Acomparison of Algebraic and describing function analysis”, Milwaukee [15] RmstrongB.and AminB (1994), “PID control in the presence of static friction:Exact and describing function analysis”, Milwaukee [16] LinC., YuT and FengXu (1996), “Fuzzy control of a nonlinear pointing test bed with backlash and friction”, Kobe [17] DhaouadiR.,KuboK.and TobiseM (1994), “Analysis and compensation of speed drive systems with torsional loads” [18] HSUJ and MeyerA (1968), “Modern Control Principles and Applications”, McGraw-Hill, NewYork Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... hiệu suất sử dụng lƣợng gió cần phải có thiết bị chuyển đổi với điều khiển hợp lý Mục tiêu đề tài nghi? ?n cứu điều khiển mờ thích nghi ứng dụng chúng để điều khiển cách gió tuabin trục ? ?ứng nhằm mục... quay tuabin Đối tƣợng phạm vi nghi? ?n cứu - Hệ thống cánh gió tuabin trục ? ?ứng - Khảo sát thơng số mơ hình tuabin trục ? ?ứng - Nghi? ?n cứu lý thuyết để đƣa thuật toán điều khiển - Thiết kế hệ điều khiển. .. nghi? ??p Thái Nguyên Hiện công tác khoa Điện - Trƣờng đại học Kỹ thuật Công nghi? ??p Thái Nguyên Xin cam đoan: Đề tài ? ?Nghi? ?n cứu ứng dụng điều khiển mờ thích nghi để điều khiển cánh gió tuabin trục