Hàm thích nghi là m t trong nh ng y u tố quan tr ng quy tă đnh s thành công c a gi i thu t để đánhăgiáăcácăcáăthể tốt trong qu n thể.ăHƠmăthíchănghiăđ c xây d ng sao cho giá tr thích nghi ph i ph năánhăđ căđúngăgiáătr th c c a cá thể trong vi căđápă ng yêu c u c a bài toán.
Do ch tăl ngăđiều khiển mong muốnăthôngăth ng là tối thiểu sai số ngõ ra nên hàm thích nghi có thể ch nănh ăsau:
2 0 ( ) Fitness e t dt 3.10.8 Hàm v n t c v:
Chuyểnăđ ng c a m i cá thểđ c tính bằng công th c v n tốc sau:
( 1) ( ) ( ) ( )
,k . ,k 1* ()*( , ,k ) 2* ()*( ,k )
i m i m i m i m m i m
v wv c rand Pbest x c Rand Gbest x (3.9)
Nh ăv y, m i cá thể s t tínhătoánăb c di chuyển k ti p d a trên ba y u tố V n tốc chuyểnăđ ng hi n th i Vki,m.
V trí tốt nh t trong quá kh c a cá thể.ăĐã điăquaăchoăt i th iăđiểm hi n t i, trong t nhiên các tri th c, hiểu bi t mà cá thể đóăđƣătíchălũyă đ c ắkinhă nghi m”ăb n thân c a m i cá thể trong qu n thể.
V trí tốt nh t c a c qu n thể, trong quá kh tính t i th iăđiểm hi n t i. Y u tốnƠyăđóngăvaiătròălƠăắxuăh ng”ăc a c qu n thể. Qu n thể s điătheoăcáăthể nào tốt nh tăđểđ aăc qu n thể t i v trí tốtăh n.
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 35 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
Hình 3.11: Chuyển động c a cá thể
Trong th c t , m i cá thể s t quy tăđ nhăh ngăđiăc a mình d a trên v trí hi n t i, kinh nghi m cá thể và xu th chung c a b yăđƠn.
M i cá thể trong qu n thể có m t tính cách, thể hi n qua hai tham số ng u nhiên R1, R2. M i cá thể s không chuyểnăđ ng ngay l p t c theoăh ng v trí tốt nh t mà sau m t th i gian m i từ từ chuyểnăđ ngătheoăcácăh ngăđó.ăTrongăPSO, tham số này giúp cho qu n thể tránh kh i vi c b m c vào c c tr c b (do không ph i cá thểnƠoăcũngăđ ng th i chuyểnăđ ng vềh ng v trí tốt nh t m i tìm ra).
Thôngăth ng, giá tr R1, R2 thu c kho ng [0,1] đ c t o ra trong m iăb c; c1 và c2 là các hằng số mô t sốl ng cá thểh ng về v trí tốt nh t, đặcătr ngăchoă kinh nghi m và tính xã h i. V trí đơyătốt nh t là c c tr toàn c c hay v trí tốt nh t đƣăđiăquaăc a cá thể. Tùy bài toán c thể, giá tr thích h p c1, c2 thu c kho ng [0,1].
3.10.9 C p nh t v trí t t nh t cho c qu n th
Trong PSO, bi năgă(globalăbest)ăđ i di n cho c qu n thể đóngăvaiătròălƠăbi n môiătr ng c a qu n thể. Thông qua bi n này, các cá thểt ngătácăv i nhau, v i c qu n thể,ăcĕnăc vƠoăđóămƠăđiều ch nhăb c di chuyển ti p theo c a mình. Bi n này thể hi n tr ng thái, v trí hi n t i c a c qu n thể,ăđóngăvaiătròăquanătr ng trong vi c đ nhă h ng qu n thể.ă Điều này giốngă nh ă trongă qu n thể sinh v t có nh ng xu h ng chung n i b t và các cá thể luôn cóăxuăh ngăđiătheoăcá thể tốt nh tăđể mong muốnămìnhăcũngăđ c tốtăh n.
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 36 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
C p nh t trong từngăb c lặp
Trong m iăb c lặp, c p nh t ngay giá tr g (t c là khi có m t cá thể m i di chuyển t i v trí m i thì l p t c xét xem v trí m iăđóăcóăph i là v trí tốt nh t c a c qu n thể hay không). Để c p nh t g vào giá tr m iănƠyăcóătácăđ ngăngayăđ n các cá thểkhác,ăđểcóăh ng di chuyển thích h p.
For i= 1:n Begin Tính v trí m i c a cá thể s C p nh t giá tr tốt nh t c a cá thể s C p nh t giá tr tốt nh t c a c qu n thể End C p nh t sau từng vòng lặp
Sau m i vòng lặp, c p nh t l i giá tr tốt nh t c a c qu n thể. (gía tr m i này s tácăđ ngăđ n cá thể trong vòng lặp m i).
For i= 1:n Begin Tính v trí m i c a cá thể s C p nh t giá tr tốt nh t c a cá thể s End C p nh t giá tr tốt nh t c a c qu n thể
Tùy vào bài toán c thể cách c p nh t nào đ c ch n l a cho phù h p.
Tuy nhiên, không ph i lúc nào m i cá thểcũngăcóăthôngătinăvề c qu n thể.ăĐôiăkhi, m t cá thể ch có thông tin về các cá thể lân c n xung quanh.ăKhiăđó,ăc p nh t giá tr c a các cá thể lân c n tốt nh t trong gi i thu t PSO sau m iăb c lặp là:
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 37 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm For i=1:n Begin Tính v trí m i c a cá thể s C p nh t giá tr tốt nh t c a từng cá thể End C p nh t giá tr cá thể lân c n tốt nh t.
Theoăquiă căbanăđ u sử d ng giá tr cá thể lân c n. Gi i thu t PSO dùng cáchănƠyăđ c g i là lân c n tốt nh t (neighborhood best), còn gi i thu t PSO trong đóăm t cá thể có thông tin c a c qu n thể g i là toàn c c tốt nh t (global best). So gi i thu t PSO dùng toàn c c tốt nh t v i gi i thu t PSO dùng lân c n tốt nh t thì tốcăđ h i t ch măh nănh ngănóăítăb m c t i các c c tr c c b trong không gian bài toán.
3.11 Đặc đi m và ng d ng c a gi i thu t PSO.
3.11.1 Đặc đi m
Gi i thu tăPSOăcóăcácăđặcăđiểm n i b t sau:
-.Gi i thu t PSO tìm ki m nhiềuăđiểm tốiă uăcùngăm t lúc. Vì các cá thể trao đ i thông tin v i nhau s gi m b t kh nĕngăk t thúc t i m tăđiểm c c tr c c b .
- Gi i thu t PSO ch n l c các cá thể tốiă uănh tăđ aăra các l i gi i tốt nh t cho các bài toán.ăDoăđó, v i m t PSO có sẵn,ăkhiăthayăđ i cách biểu di n s đ aăraă m t gi i thu t m i cho bài toán.
- Gi i thu t PSO ch đánhăgiáăhƠmăm cătiêuăđể ph c v quá trình tìm ki m ch khôngăđòiăh i các thông tin b tr khác.
- Các thaoătácăc ăb n trong gi i thu t PSO d a trên kh nĕngătíchăh p tính ng u nhiên trong quá trình xử lý.
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 38 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
3.11.2 ng d ng
V iăđặcăđiểmălƠăđ năgi n, d cƠiăđặt, không c nătínhătoánăcácăđ o hàm và d songăsongăhóa.ăPSOăđƣăđ c ng d ngăđể gi i nhiều bài toán nh
Tốiă uăhóaăkhôngărƠngăbu c ậ Unconstrained Optimization. Tốiă uăhóaărƠngăbu c ậ Constrained Optimization.
Tốiă uăđaăm c tiêu ậ Multi Objective Optimization. Bài toán nhiều l i gi i ậ Multi Solution Problem. Tốiă uăhóaăđ ng ậ Dynamic Optimization Problem.
3.12 Hi u ch nh b đi u khi n PID bằng thu t gi i b y đƠn
B điều khiển PID sử d ng thu t gi iăPSOăđể hi u ch nh tham số trongăđiều khiển ch nhăl uăbaăphaăHình 3.12 nh sau.
Khối dò tìm Kp,Ki trong gi i thu t PSO, g m Vref, hàm thích nghi PSO tìm các thông sốKp,Ki,ăđặt vào khối t oăxungăPWMăđiều khiển khối công su tăchoăđi n áp ra bằngăđi năápăđặtătr c.
Hình 3.12: Bộđiều khiển PID bằng giải thuật bầy đàn
Trong thu t gi i PSO, m i ph n tử s ch a hai tham số Kp, Ki, không gian tìm ki m. Từ đóăl uăđ gi i thu t c a h thốngăđiều khiển PSO-PID đ că đ aăraănh ă nh ă ( Hình 3.13)
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 39 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
Hình 3.13: Lưu đồ giải thuật c a hệ thống điều khiển PSO-PID
M c tiêu c aăph ngăphápăhi u ch nh PID dùng gi i thu t PSO là:
C c tiểu hoá hàm m c tiêu.
Tìmăđ căb căđápă ng c a h thống và làm gi m sai số e(t).
L p l iăcácăb c th c hi năchoăđ năkhiăđƣăđ sốb c lặp. B tăđ u
Tìm nh ng tham số [Kp, Ki] c a b điều khiển PID
Tìm hàm thích nghi Tìm Pbest c a m i ph n tử và Gbest c a Qu n thể Dừng Sai Đúng Số l n lặp l i l n nh tă đƣă đ ch a?
C p nh t giá tr v n tốc, v trí, Gbest và Pbest c a m i ph n tử
Ch yămôăhìnhăđiều khiển m ch chnhăl uăbaăphaăPWMă v i nh ng tham sốđƣăthi t l pătr c
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 40 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
Ch ng 4
K T QU MÔ PH NG MATLAB
4.1 S đ kh i mô hình t ng th ch nh l u ba pha PWM
Hình 4.1: Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu ba pha PWM
- Khối ngu n AC: g m máy bi năápăđi n áp ngõ vào 380V/50Hz, đi n áp ngõ ra có thểđiều chnhăđ c tùy theo yêu c uăđi n áp DC.
- Khối chuyểnăđoăl ng: g m c m bi nădòngăđi n, c m bi năđi n áp AC, c m bi năđi n áp DC
- Khối l c ngu n: g m cu nă kháng,ă đi n tr là khốiă ngĕnă khôngă choă ng n m chăngõăvƠoăvƠăcũngălƠăkhốiătĕngăc ngăđi n áp.
- Khối công su t : g m sáu IGBT m c kiểu c u ba pha hoặc khối IGBT, t đi n và c m bi năđi n áp DC.
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 41 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
- Khốiăđiều khiển tín hi u PWM: g m m ch ngu n, m ch kích, m ch vi xử lý t o ra xung kích từ d li u ngõ vào c a h thống. T oăcácăxungăđiều khiển cácă khóaă đóngă c t IGBT, khâu ho tă đ ngă theoă nguyênă lýă điều ch vector không gian.
- Khối t i: g m h thống t iăđi n tr ,ăđèn,ăđ ngăc ăDC,ầ
4.2 Thông s c a m ch ch nh l u ba pha khi ch y mô ph ng bằng Matlab
4.2.1 D ng h :
Hình 4.2 : Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu ba pha PWM
G m khối ngu năđi n, khối cu n kháng, khối công su t, khối t i và khối t o xung kích IGBT.
Hình 4.3: Sơ đồ mạch chỉnh lưu ba pha PWM
- Khối ngu n AC: g m máy bi năápăđi n áp ngõ vào 380V/50Hz, đi n áp ngõ ra có thểđiều chnhăđ c tùy theo yêu c uăđi n áp DC.
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 42 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
- Khối chuyểnăđoăl ng: g m c m bi n bi nădòngăđi n, c m bi năđi n áp. - Khối l c: g m cu n kháng.
- Khối công su t: g m sáu IGBT m c kiểu c u ba pha.
- Khốiăđiều khiển tín hi u PWM: g m m ch ngu n, m ch kích, m ch vi xử lý t o ra xung kích từ d li u ngõ vào c a h thống.
- Khối t i: g m h thống t i R.
K t qu đ t đ c:
- Thông số choătr c theo mô hình: Vin=30v; Vref=100v; Ls=12mH; Rs=4.7/2; c=880mf; Rt i 1= 200 ohm; Rt i 2= 200 ohm
Hình 4.4: Tín hiệu điện ra DC và dòng điện ra DC
Tín hi uăđi n áp DC và dòngăđi n DC không năđ nh khi có t i
Hình 4.5: Tín hiệu sóng điện áp ba pha
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 43 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
Hình 4.6: Tín hiệu sóng dòng điện ba pha
Tín hi u dòng đi n ba pha sin khi có t i,ănh ngăkhôngă năđ nh
4.2.2 D ng kín có h i ti p PID.
Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu ba pha PWM
G m khối ngu năđi n, khối cu n kháng, khối công su t, khối t i, khối c m bi n đi n áp AC và DC, khối c m bi nădòngăđi n, khối PID_Vref và khối t o xung kích IGBT.
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 44 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
Hình 4.8: Sơ đồ mạch chỉnh lưu ba pha PWM mô phỏng maltab
- Khối ngu n AC: g m máy bi n áp t ng uăđi n áp ngõ vào 380V/50Hz, đi n áp ngõ ra có thểđiều ch nhăđ c tùy theo yêu c uăđi n áp DC.
- Khối c m bi n: c m bi nădòngăđi n ba pha, c m bi năđi n áp ba pha, c m bi năđi n áp ngõ ra DC.
- Khối l c ngu n: cu n kháng
- Khối công su t : g m khối IGBT hoặc g m sáu con IGBT.
- Khốiă điều khiển tín hi u PWM: g m m ch ngu nă điều khiển, m ch kích, m ch vi xử lý t o ra xung kích từ d li u ngõ vào c a h thống.
- Khối t i: g m h thống t i bi n tr công su t,ăbóngăđèn.ă
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 45 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
4.2.2.1 K t qu đ t đ c khi ch y mô ph ng PID (Tr ng h p 1)
- Thông số cho tr c theo mô hình: Kp1= 1; Ki1= 20 và Kp2= 5; Ki2= 0.02; Vin=30v; Vref=100v; Ls=12mH; Rs=4.7/2; c=880mf; Rt i 1= 200 ohm;
Rt i 2= 200 ohm; n = 50 ; bird_setp=7; Số li u c n tìm. Kp= 1.5 ; Ki= 5
Hình 4.9: Đồ thịđiện áp DC và dòng điện DC
Tín hi uăđi n áp DCăvƠădòngăđi n DC năđ nh khi mang t i,ăsóngăraăch aphẳng.
Hình 4.10: Tín hiệu sóng điện ba pha
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 46 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
Hình 4.11: Tín hiệu sóng dòng điện ba pha
Tín hi u dòng đi n ba pha sin khi có mang t i, nh ngăsóngăcònăbi n d ng
4.2.2.2 K t qu đ t đ c khi ch y mô ph ng PID (Tr ng h p 2)
- Thông số choă tr c theo mô hình: Kp1= 1; Ki1= 20 và Kp2= 5; Ki2= 0.02; Vin=30v; Vref=100v; Ls=12mH; Rs=4.7/2; c=880mf; Rt i 1= 200 ohm; Rt i 2= 200 ohm; n = 50 ; bird_setp=7; Số li u c n tìm. Kp= 2 ; Ki= 10
Hình 4.12: Đồ thịđiện áp DC và dòng điện DC
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 47 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
Hình 4.13: Tín hiệu sóng điện ba pha
Tín hi uăđi n áp ba pha sin khi mang t i
Hình 4.14: Tín hiệu sóng dòng điện ba pha
Tín hi uădòngăđi n ba pha sin khi mang t i,ăsóngădòngăđi n bi n d ng
Tr ng h p 3:
- Thông số choă tr c theo mô hình: Kp1= 165.5; Ki1= 4.8e3 và Kp2= 165.5; Ki2= 4.8e3; Vin=30v; Vref=100v; Ls=12mH; Rs=4.7/2; c=880mf;
Rt i 1 = 100 ohm; Rt i 2= 150 ohm;
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 48 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
Hình 4.15: Đồ thịđiện áp DC và dòng điện DC
Tín hi uăđi năápăDCăvƠădòngăđi n DC ch a năđ nhăkhiătĕngăthemăt i vào
Hình 4.16: Tín hiệu điện áp ba pha và dòng điện ba pha
Tín hi uăđi n áp ba pha sin khi mang t i v n năđ nh tốt,ădòngăđi n b bi n d ng không sin
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 49 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
Hình 4.17a: Tín hiệu điện, dòng điện pha C ( điện áp dòng điện cùng pha)
Tín hi uădòngăđi n pha C sin khi mang t i, dòngăđi n pha C bi n d ng không sin.
Hình 4.17b: Phân tích FFT c a điện áp pha C
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 50 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
Tín hi u phân tích FFT c aăđi n áp pha C khi t iăthayăđ i THD=0% v yăl ng THD nằm trong ph m vi cho phép theo Tiêu chuẩn IEC và tiêu chuẩn 519 c a ngƠnhăđi n cho phép là THD = 6.5%
Hình 4.17c: Phân tích FFT c a dòng điện pha C
Tín hi u phân tích FFT c aădòngăđi n pha C khi t iăthayăđ i THD=31.79% v y l ng THD l năh năph m vi cho phép theo Tiêu chuẩn IEC và tiêu chuẩn 519 c aăngƠnhăđi n cho phép là THD = 6.5%
4.3 Đi u khi n m ch ch nh l u ba pha PWM bằng b đi u khi n PSO-PID
4.3.1 S đ t ng quan l u ba pha PWM bằng b đi u khi n PSO-PID
G m khối ngu năđi n, khối cu n kháng, khối công su t, khối t i, khối c m bi năđi n áp AC và DC, khối c m bi nădòngăđi n, khối PID_Vref, khối PSO và khối t o xung kích IGBT.
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 51 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
Hình 4.18: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu ba pha PWM
4.3.2 S đ kh i m ch ch nh l u ba pha PWM đi u khi n bằng PSO-PID
G m khối ngu năđi n, khối c m bi năđi n áp AC, khối c m bi nădòngăđi n,