Điều khiển dự bỏo (MPC) đó đƣợc phỏt triển từ những năm 1970, nhƣng mói đến gần đõy nú mới đƣợc ứng dụng nhiều trong điều khiển điện tử cụng suất. Nguyờn nhõn cơ bản là do yờu cầu trớch mẫu nhanh của phƣơng phỏp điều khiển này. Để ỏp dụng MPC trong một hệ thống thực, cần phải xem xột giảm thời gian tớnh toỏn thật ngắn, vỡ chu kỡ trớch mẫu rất nhỏ. Chớnh vỡ vậy, ngƣời ta đó khuyến nghị giải quyết cỏc bài toỏn tối ƣu “offline”. Bài toỏn tối ƣu húa đƣợc giải quyết offline dựa theo mụ hỡnh đối tƣợng, cỏc ràng buộc; và nghiệm tối ƣu đƣợc lƣu lại dƣới dạng bảng tra để nhanh chúng tra cứu trong quỏ trỡnh thực thi “online”. Tuy nhiờn, với cỏc bộ biến đổi cụng suất cú đặc tớnh tự nhiờn giỏn đoạn, việc thực hiện tối ƣu húa “online” là hoàn toàn khả thi.
Với cỏc bộ chuyển đổi cụng suất ngày nay thƣờng cú số lƣợng trạng thỏi đúng ngắt van hữu hạn, cựng với sự ra đời của cỏc vi xử lý cú khả năng tớnh toỏn rất nhanh, việc tỡm ra nghiệm tối ƣu bằng ƣớc lƣợng “online” tất cả cỏc trạng thỏi đúng ngắt là hoàn toàn cú thể. Cỏc bƣớc cơ bản đầu tiờn cần làm nhƣ sau:
- Mụ hỡnh húa bộ chuyển đổi cụng suất và định nghĩa tất cả cỏc trạng thỏi đúng ngắt cú thể, tỡm mối quan hệ của chỳng với điện ỏp/ dũng điện đầu vào/ đầu ra.
- Định nghĩa hàm mục tiờu theo mong muốn .
- Tỡm mụ hỡnh giỏn đoạn cho phộp dự bỏo giỏ trị tƣơng lai của biến đƣợc điều khiển.
Khi mụ hỡnh húa bộ biến đổi, yếu tố cơ bản là cỏc trạng thỏi đúng ngắt. Coi cỏc van đúng ngắt là lý tƣởng, chỉ cú 2 trạng thỏi on-off. Tuy nhiờn với một mạch cụng suất cú N van, số tổ hợp trạng thỏi đúng ngắt khụng phải là , mà phải phự
51
hợp cỏc nguyờn lý mạch: trỏnh ngắn mạch,…Một khớa cạnh nữa cần quan tõm là mối quan hệ giữa cỏc trạng thỏi đúng ngắt với cỏc vộc tơ điện ỏp/dũng điện. Thực tế cho thấy trong nhiều trƣờng hợp, hai hoặc nhiều trạng thỏi đúng ngắt cho ra cựng một vộc tơ điện ỏp/ dũng điện.
Mỗi ứng dụng khỏc nhau yờu cầu điều khiển khỏc nhau cho hệ thống nhƣ điều khiển dũng điện, điều khiển cụng suất, điều khiển momen… Hàm mục tiờu thƣờng đƣợc sử dụng nhất là hàm liờn quan đến sai lệch giữa giỏ trị đặt và giỏ trị dự bỏo. Tuy nhiờn ,một lợi thế của điều khiển dự bỏo là nú cú khả năng điều khiển cỏc kiểu biến khỏc nhau và bao gồm cả những ràng buộc trong một hàm mục tiờu. Để đối phú với sự khỏc nhau về biờn độ và đơn vị của cỏc biến đƣợc điều khiển, mỗi biến số trong hàm mục tiờu sẽ đƣợc gắn trọng số để dễ dàng chỉnh định tầm quan trọng của mỗi biến.
Khi xõy dựng mụ hỡnh dự bỏo, biến đƣợc điều khiển phải đƣợc xõy dựng trờn mụ hỡnh giỏn đoạn theo thời gian để cú thể sử dụng cho việc dự bỏo cỏc biến này. Thờm vào đú là phải định nghĩa biến nào đƣợc đo và biến nào khụng đƣợc đo, vỡ một số biến cần đƣợc đo để dự bỏo thỡ lại khụng đƣợc đo, và khi đú việc ƣớc lƣợng là cần thiết.
Để thu đƣợc mụ hỡnh giỏn đoạn, cần phải ỏp dụng một số phƣơng phỏp giỏn đoạn húa . Một phƣơng phỏp phổ biến nhất hay sử dụng cho xấp xỉ đạo hàm là phƣơng phỏp Euler. s ( 1) ( ) T dx x k x k dt (3.1)
Với là thời gian trớch mẫu.
Việc xấp xỉ đạo hàm theo cụng thức Euler bậc cao (vớ dụ cụng thức Euler bậc 2 : ( (k 2) 4. ( 1) 3. ( ) 2.T s dx x x k x k
52
dự bỏo nhiều bƣớc), dẫn đến khối lƣợng tớnh toỏn rất lớn và khú thực hiện dự bỏo online trong 1 chu kỡ trớch mẫu.
Để thực thi sỏch lƣợc điều khiển dự bỏo, bộ điều khiển phải làm những nhiệm vụ sau:
Dự bỏo giỏ trị đầu ra của biến đƣợc điều khiển với tất cả cỏc trạng thỏi đúng ngắt van cú thể.
Ƣớc lƣợng hàm mục tiờu cho mỗi dự bỏo.
Chọn trạng thỏi đúng ngắt cho giỏ trị hàm mục tiờu nhỏ nhất.
Hỡnh 3. 1 Cấu trỳc MPC tổng quỏt cho cỏc bộ biến đổi cụng suất
Tớn hiệu điều khiển tối ƣu phải đƣợc lƣu giữ cho chu kỡ trớch mẫu sau. Khối lƣợng tớnh toỏn của phƣơng phỏp phụ thuộc trực tiếp vào số trạng thỏi đúng ngắt của bộ biến đổi. Do đú, đõy là hạn chế của phƣơng phỏp này.
53