Khi 𝜔𝑚 = 70%𝜔𝑛 và 𝜔𝑠 = 110%𝜔𝑛. Đường nét liền trên hình 4.5a là đáp ứng của đầu ra 𝑖𝑟𝑑 tương ứng với đầu vào 𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓. Trong khi đó, đường nét gạch hình 4.5a là đáp ứng của đầu ra 𝑖𝑟𝑞 với đầu vào đặt 𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓. Dải thông tương ứng với các
kênh 𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓 → 𝑖𝑟𝑑 và 𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓 → 𝑖𝑟𝑞 thể hiện trên hình 4.5a cũng vào khoảng 106rad/s nghĩa là có khả năng đáp ứng với giá trị đặt nhanh. Độ quá điều chỉnh của các kênh
𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓 → 𝑖𝑟𝑑 là không đáng kể và như vậy đã đáp ứng về chất lượng yêu cầu đặt ra ở trên. Hơn nữa, biên độ tương ứng với đáp ứng tần số của kênh 𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓 → 𝑖𝑟𝑞 nhỏ hơn khoảng −22dB. Điều này có nghĩa là tương tác chéo giữa 𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓 và 𝑖𝑟𝑞 cũng là nhỏ. Trong khi đó, đường nét liền trên hình 4.5b là đáp ứng của đầu ra 𝑖𝑟𝑞 tương ứng với đầu vào 𝑖𝑟𝑞𝑟𝑒𝑓. Đường nét gạch cho thấy đáp ứng của đầu ra 𝑖𝑟𝑑 với đầu vào đặt 𝑖𝑟𝑞𝑟𝑒𝑓. Dải thông tương ứng với các kênh 𝑖𝑟𝑞𝑟𝑒𝑓 → 𝑖𝑟𝑞 và 𝑖𝑟𝑞𝑟𝑒𝑓 → 𝑖𝑟𝑑 vào khoảng
bảo về yêu cầu chất lượng điều khiển đặt ra ở trên. Hơn nữa, biên độ tương ứng với đáp ứng tần số của kênh 𝑖𝑟𝑞𝑟𝑒𝑓 → 𝑖𝑟𝑑 cũng nhỏ hơn khoảng −15dB. Điều này có
nghĩa là các tương tác chéo giữa 𝑖𝑟𝑞𝑟𝑒𝑓 và 𝑖𝑟𝑑 cũng là khá nhỏ.
Đường nét liền trên hình 4.5c là đáp ứng của sai lệch 𝑒𝑟𝑐𝑑 tương ứng với đầu vào 𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓. Trong khi đó, đường nét gạch cho thấy đáp ứng của sai lệch 𝑒𝑟𝑐𝑞 với đầu vào đặt 𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓. Tương tự, đường nét liền trên hình 4.5d là đáp ứng của sai lệch 𝑒𝑟𝑐𝑞
ứng với đầu vào 𝑖𝑟𝑞𝑟𝑒𝑓 còn đường nét gạch là đáp ứng của sai lệch 𝑒𝑟𝑐𝑑 với đầu vào đặt 𝑖𝑟𝑞𝑟𝑒𝑓. Các kết quả trên hình 4.5c và 4.5d cho thấy sai lệch bám trong dải thông làm việc cũng rất nhỏ.
Đáp ứng thời gian ứng với đốc độ góc
𝜔𝑚 = 0.7𝜔𝑛. Đầu ra 𝑖𝑟𝑑, 𝑖𝑟𝑞 theo giá trị đặt 𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓 (a); đầu ra 𝑖𝑟𝑞, 𝑖𝑟𝑑 theo giá trị đặt 𝑖𝑟𝑞𝑟𝑒𝑓 (b); sai lệch điều khiển 𝑒𝑟𝑑, 𝑒𝑟𝑞
theo giá trị đặt 𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓 (c) và sai lệch điều khiển 𝑒𝑟𝑞, 𝑒𝑟𝑑 theo giá trị đặt 𝑖𝑟𝑞𝑟𝑒𝑓 (d)
Đáp ứng thời gian ứng với đốc độ góc
𝜔𝑚 = 0.7𝜔𝑛. Đầu ra 𝑖𝑟𝑑, 𝑖𝑟𝑞 theo giá trị đặt 𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓 (a); đầu ra 𝑖𝑟𝑞, 𝑖𝑟𝑑 theo giá trị đặt 𝑖𝑟𝑞𝑟𝑒𝑓 (b); sai lệch điều khiển
𝑒𝑟𝑑, 𝑒𝑟𝑞 theo giá trị đặt 𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓 (c) và sai lệch điều khiển 𝑒𝑟𝑞, 𝑒𝑟𝑑 theo giá trị đặt
𝑖𝑟𝑞𝑟𝑒𝑓 (d)
Đáp ứng thời gian ứng với đốc độ góc
𝜔𝑚 = 0.7𝜔𝑛. Đầu ra 𝑖𝑟𝑑, 𝑖𝑟𝑞 theo giá trị đặt 𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓 (a); đầu ra 𝑖𝑟𝑞, 𝑖𝑟𝑑 theo giá trị đặt 𝑖𝑟𝑞𝑟𝑒𝑓 (b); sai lệch điều khiển 𝑒𝑟𝑑, 𝑒𝑟𝑞
theo giá trị đặt 𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓 (c) và sai lệch điều khiển 𝑒𝑟𝑞, 𝑒𝑟𝑑 theo giá trị đặt 𝑖𝑟𝑞𝑟𝑒𝑓 (d)
Đáp ứng thời gian ứng với đốc độ góc
𝜔𝑚 = 0.7𝜔𝑛. Đầu ra 𝑖𝑟𝑑, 𝑖𝑟𝑞 theo giá trị đặt 𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓 (a); đầu ra 𝑖𝑟𝑞, 𝑖𝑟𝑑 theo giá trị đặt 𝑖𝑟𝑞𝑟𝑒𝑓 (b); sai lệch điều khiển
𝑒𝑟𝑑, 𝑒𝑟𝑞 theo giá trị đặt 𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓 (c) và sai lệch điều khiển 𝑒𝑟𝑞, 𝑒𝑟𝑑 theo giá trị đặt
𝑖𝑟𝑞𝑟𝑒𝑓 (d)
(c) (d)
Hình 4.6: Đáp ứng miền thời gian của bộ điều khiển dòng 𝐻∞
Khi 𝜔𝑚 = 𝜔𝑠 = 110%𝜔𝑛. Đường nét liền trên hình 4.6a là đáp ứng của đầu ra
𝑖𝑟𝑑 tương ứng với đầu vào 𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓 trong khi đường nét gạch là đáp ứng của đầu ra 𝑖𝑟𝑞
với đầu vào đặt 𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓 (tương tác chéo). Đáp ứng điều khiển bám tương ứng với kênh
𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓 → 𝑖𝑟𝑑 thể hiện trên hình 4.6a là rất nhanh và sai lệch xác lập là rất nhỏ (có thể
coi là bằng 0). Trong khi đó, đáp ứng tương tác chéo tương ứng với kênh 𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓 → 𝑖𝑟𝑞
cũng rất nhỏ.
Trong khi đó, đường nét liền trên hình 4.6b là đáp ứng trong miền thời gian của đầu ra 𝑖𝑟𝑞 tương ứng với đầu vào 𝑖𝑟𝑞𝑟𝑒𝑓 trong đường nét gạch là đáp ứng của đầu ra
𝑖𝑟𝑑 với đầu vào đặt 𝑖𝑟𝑞𝑟𝑒𝑓. Đáp ứng điều khiển bám tương ứng với kênh 𝑖𝑟𝑞𝑟𝑒𝑓 → 𝑖𝑟𝑞
thể hiện trên hình 4.6b cũng rất nhanh và sai lệch xác lập có thể coi là bằng 0. Trong khi đó, đáp ứng tương tác chéo tương ứng với kênh 𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓 → 𝑖𝑟𝑞 cũng rất nhỏ và có thể được bỏ qua.
Tương tự như đối với các đáp ứng trong miền tần số, đường nét liền trên hình 4.6c là đáp ứng trong miền thời gian của sai lệch 𝑒𝑟𝑐𝑑 tương ứng với đầu vào 𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓. Trong khi đó, đường nét gạch cho thấy đáp ứng của sai lệch 𝑒𝑟𝑐𝑞 với đầu vào đặt
𝑖𝑟𝑑𝑟𝑒𝑓. Đường nét liền trên hình 4.6d là đáp ứng của sai lệch 𝑒𝑟𝑐𝑞ứng với đầu vào 𝑖𝑟𝑞𝑟𝑒𝑓
còn đường nét gạch là đáp ứng của sai lệch 𝑒𝑟𝑐𝑑 với đầu vào đặt 𝑖𝑟𝑞𝑟𝑒𝑓. Các kết quả trên hình 4.6c và 4.6d cho thấy sai lệch bám trong trạng thái xác lập cũng rất nhỏ.
Các khảo sát tương tự được thực hiện với nhiều giá trị khác nhau của 𝜔𝑠 trong dải làm việc thiết kế cho thấy các đáp ứng điều khiển bám cũng tương tự như trên các hình từ 4.1 đến 4.6. Do vậy, các kết quả này không được trình bày ở đây.
Thơng qua các mơ phỏng ta có thể kết luận rằng chất lượng của bộ điều khiển dòng 𝐻∞ được thiết kế được đảm bảo theo yêu cầu thiết kế cho các giá trị khác nhau của tốc độ góc rotor 𝜔𝑚 và tần số góc 𝜔𝑠.
Kết luận chương 4
Trong chương này, luận văn đã đi vào giới thiệu phương pháp mô phỏng để kiểm nghiệm chất lượng của bộ điều khiển dịng 𝐻∞ đã thiết kế. Mơ phỏng đi sâu vào phân tích các đáp ứng tần số và đáp ứng thời gian của hệ thống khi biến thiên các tham số 𝜔𝑚 và 𝜔𝑠 trong dải làm việc cho phép. Các kết quả mô phỏng đạt được chỉ ra rằng chất lượng của bộ điều khiển dòng 𝐻∞ đạt được các yêu cầu thiết kế đã đề ra.
KẾT LUẬN VÀ KİẾN NGHỊ 1. Kết luận
Đề tài đã được thực hiện thành công, nghiên cứu và thiết kế được một bộ điều khiển bền vững cho phép mạch vòng dòng điện của máy phát điện khơng đồng bộ nguồn kép có thể duy trì được chất lượng điều khiển mong muốn trong toàn bộ dải biến thiên của tốc độ góc cơ của máy phát và tần số góc của lưới. Đồng thời, thơng qua việc lựa chọn các hàm trọng lượng phù hợp đã đảm bảo cho hệ thống điều khiển trong mạch vịng dịng điện của máy phát có khả năng chống lại ảnh hưởng của các nhiễu loạn điện áp lưới.
Thơng qua các mơ phỏng ta có thể kết luận rằng chất lượng của bộ điều khiển dòng 𝐻∞ được thiết kế được đảm bảo theo yêu cầu thiết kế cho các giá trị khác nhau của tốc độ góc rotor 𝜔𝑚 và tần số góc 𝜔𝑠.
2. Kiến nghị
Đề tài đã hoàn thành được các bước cơ bản trong việc thiết kế một bộ điều khiển bền vững 𝐻∞ cho mạch vòng dòng điện của các máy phát điện nguồn kép. Trong tương lai, một số vấn đề sau đây có thể nên được tiếp tục nghiên cứu:
- Đánh giá tính ổn định bền vững của tồn bộ hệ thống đối với sự thay đổi của các tham số khác.
- Thiết kế hệ thống điều khiển hoàn chỉnh và tổng hợp các bộ điều khiển vịng ngồi.
- Mô phỏng và đánh giá khả năng làm việc của toàn bộ hệ thống với các mạch vịng điều khiển vịng ngồi đối với mô men, điện áp DC link và hệ số công suất.
- Nghiên cứu khả năng ứng dụng trên các hệ thống điều khiển máy phát nguồn kép thực tế.
CÁC THAM SỐ CỦA DFIM
Các tham số của DFIM quy đổi về phía stator :
Cơng suất danh định 620𝑘𝑊
Điện áp Stator 690𝑉 (phase-phase)
Moment quán tính 150𝑘𝑔𝑚2 Điện trở Stator 𝑅𝑠 = 0.0107𝛺 Điện trở Rotor 𝑅𝑠 = 0.0264𝛺 Điện cảm Stator 𝐿𝑠 = 0.0166𝐻 Điện cảm Rotor 𝐿𝑟 = 0.0168𝐻 Điện cảm hỗ cảm 𝐿𝑚 = 0.0163𝐻
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] P. Apkarian and P. Gahinet. A convex characterization of gain-scheduled H∞ controllers. IEEE Transactions on Automatic Control, 40:853-864, 1995.
[2] G. Balas, R. Chiang, A. Packard, and M. Safonov. Robust control toolbox for use with Matlab, volume
[3] The MathWorks, 2005. [3] G. Becker, A. Packard, D. Philbrick, and G. Balas. Control of parametrically-dependent linear systems: A single quadratic Lyapunov approach. American Control Conference, 1993.
[4] P. Gahinet. Explicit controller formulas for LMI-based H∞ synthesis. Automatica, 32:1007–1014, Jul 1996.
[5] P. Gahinet and P. Apkarian. A linear matrix inequality approach to H∞ control. Int. J. Robust and Nonlinear Contr., 4:421- 448, 1994.
[6] S. George and M. Rita. Loop-shaping H∞ control for a doubly fed induction motor. 12th European Conference on Power Electronics and Applications, page CDROM, 2007.
[7] M. Green and D. J. N. Limebeer. Linear robust control, volume 5. Prentice Hall, 1994.
[8] N. T. Hung and N. D. Minh. Performance of robust controller for DFIM when the rotor angular speed is treated as a time-varying parameter. Vietnam Conference on Control and Automation, 2011.
[9] P. N. Lan, N. P. Quang, and P. Buechner. A non-linear control algorithm for improving performance of wind generator using doubly-fed induction generator. European Wind Energy Conference, Athen, page CD(122), 2006.
[10] K.-Z. Liu and Y. Yao. Robust control theory and applications. Wiley and Sons, 2016.
[11] A. Packard. Gain scheduling via linear fractional transformations. Systems & Control Letters, 22:79-92, 1994. 41 Chương A. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[12] W. J. Rugh. Analytical framework for gain scheduling. American Control Conference, 1990.
[13] W.J. Rugh and J.S. Shamma. Research on gain scheduling. Automatica, 36:1401–1425, 2000.
[14] C. W. Scherer. Mixed H2/H∞ control for time-varying and linear parametrically- varying systems. International Journal of Robust and Nonlinear Control, 6:929 - 952, 1996.
[15] C. W. Scherer. Robust mixed control and LPV control with full block scalings. In Advances an LMI Methods in Control, SIAM, 1999.
[16] C. W. Scherer. LPV control and full block multipliers. Automatica, 37:361-375, 2001.
[17] C. W. Scherer. Theory of Robust Control. DCSC course, 2001.
[18] C. W. Scherer and S. Weiland. Linear matrix inequalities in control. Lecture notes in DISC course, 2005.
[19] C. W. Scherer and S. Weiland. Linear matrix inequalities in control. Lecture notes in DISC course, 2015.
[20] J. S. Shamma and M. Athans. Gain scheduling: potential hazards and possible remedies. IEEE Control Systems, 12:101 - 107, 1992.
[21] S. Skogestad and I. Postlethwaite. Multivariable feedback control - Analysis and design. John Wiley & Sons, 1996.
[22] J. S.Shamma and M. Athans. Guaranteed properties of gain scheduled control for linear parameter-varying plants. Automatica, 27:559-564, 1991.
[23] H. Nguyen Tien. Control of the doubly-fed induction machine for wind turbine applications. PhD thesis, Delft University of Technology, 2017.
[24] H. K. Wimmer. Extensions of the bounded real lemma ofdiscrete-time systems. Wurzburg University, Germany, 2006.
[25] F. Wu. A generalized lpv system analysis and control synthesis framework. International Journal of Control, 74, 2001.
[26] K. Zhou, J.C. Doyle, and K. Glover. Robust and optimal control. Prentice
[27]. Nguyễn Thị Mai Hương, Đặng Danh Hoằng, Nguyễn Phùng Quang (2010), “ Nâng cao khả năng khắc phục lỗi lưới không đối xứng của hệ thống phát điện chạy bằng sức gió”, CD Tuyển tập Hội nghị toàn quốc lần thứ 5 về Cơ điện tử -VCM-2010. Trang 315 - 320.
[28]. Nguyễn Thị Mai Hương, Nguyễn Tiến Hưng (2011), “Sử dụng LFT trong thiết kế và phân tích ổn định bền vững của hệ thống điều khiển máy phát điện sức gió”.
Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ Đại học Thái Ngun, Nxb Đại học Thái Nguyên