a) Số hoá bộ điều chỉnh dòng iNd
KIỂM CHỨNG QUA MÔ PHỎNG, THÍ NGHIỆM VÀ KẾT LUẬN 4.1 MÔ PHỎNG
4.1 MÔ PHỎNG
4.1.1 Tổng quan
4.1.1.1 Giới thiệu công cụ mô phỏng Plecs
Hệ thống mô phỏng thực hiện trên công cụ mô phỏng Matlab - Simulink - Plecs, với hệ thống mô phỏng này có cho thông số gần sát với thông số thực của đối tượng được thể hiện qua một số đặc điểm sau:
- Với hệ thống mạch điện/ điện tử được mô phỏng bằng phần mềm Plecs, phần mềm này cho kết quả mô tả mạch điện/ điện tử dưới dạng sơ đồ nguyên lý trong đó các phần tử thiết bị điện, linh kiện điện tử được nối ghép mạch một cách trực quan giống như đang nối trong thực tế.
- Giá trị thực được đo bằng ADC với tần số trích mẫu là 4kHz, các giá trị thực đưa vào vòng trong được giữ nguyên tần số trích mẫu của ADC. Tuy nhiên các giá trị thực đưa về vòng ngoài được làm trễ đi 4 chu kỳ trích mẫu của ADC và trở thành 1KHz do tốc độ tính toán bị hạn chế của vi điều khiển.
- Các khâu điều chỉnh đều có khả năng hiệu chỉnh ngược sai lệch đầu vào giúp đại lượng điều khiển đi vào giới hạn nhằm tránh làm cho hệ thống bị dao động khi đại lượng điều khiển đi ra khỏi vùng giới hạn.
- Mô phỏng với bộ nghịch lưu có tần số băm xung 8kHz, đảm bảo đồng bộ với chu kỳ trích mẫu và chu kỳ băm xung với các van bán dẫn điều khiển theo nguyên lý điều chế véc tơ không gian.
Ngày nay công nghệ máy tính phát triển mạnh, thâm nhập vào hầu hết các ngành kinh tế đặc biệt là trong kỹ thuật. Trên cơ sở đó, phương pháp mô phỏng bằng máy tính ngày càng chứng tỏ thế mạnh của mình. Khi tiến hành phân tích và thiết kế hệ thống, phương pháp mô phỏng đã đóng góp một vai trò to lớn, nó cho phép giảm chi phí, hạn chế rủi ro, tăng cường các ưu điểm của sản phẩm nghiên cứu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
để từ đó chúng ta có thể tiến hành đánh giá, rút ngắn thời gian phát triển và hạ giá thành thử nghiệm.
Để chứng minh hướng đi của đề tài là đúng đắn, trong luận văn này, chúng ta sẽ mô phỏng hệ thống bằng phần mềm MATLAB & Simulink. Đây là một công cụ rất mạnh và đã trở nên quen thuộc đối với các kỹ sư điều khiển tự động. Để tiến hành mô phỏng gần với thực tế, hệ thống cũng sẽ được mô phỏng kết hợp với PLECS. Đây là một công cụ mô phỏng còn khá mới nhưng đã thể hiện rất nhiều ưu điểm. PLECS là từ viết tắt của cụm từ Piece-wise Linear Electric Circuit Simulation (Mô phỏng mạch điện tuyến tính). Nó là một toolbox cho phép mô phỏng hệ thống điện, điện tử bất kỳ trong môi trường Simulink.
Để mô phỏng mạch điện thuần tuý, ta cũng đã có một số chương trình mô phỏng như Circuit Maker hay Simulink… Tuy nhiên, khi sử dụng Circuit Maker hay các chương trình tương tự khác, chúng ta không mô phỏng được các thuật toán điều khiển và thường chỉ dùng để mô phỏng chế độ xác lập. Trong khi đó Simulink lại là công cụ mạnh rất phù hợp để mô phỏng các hệ thống điều khiển từ đơn giản đến phức tạp. Tuy nhiên, khi sử dụng Simulink để mô phỏng các hệ thống thực tế, kỹ sư điều khiển tự động lại gặp phải một khó khăn khác là nó tương đối khó để mô hình hoá trực tiếp một hệ thống điện, lý do là Simulink không chấp nhận các sơ đồ mạch nguyên lý, mà nó chỉ mô phỏng dưới dạng công thức toán học. Nếu ta muốn mô phỏng chính xác một mạch điện thì ta phải xuất phát bằng việc mô tả nó dưới dạng phương trình vi phân. Điều đó không phải lúc nào cũng thực hiện được nhất là đối với những hệ phức tạp. Một bất lợi nữa nảy sinh từ đây là ta phải xây dựng lại mô hình toán học của mạch điện mỗi khi thay đổi các phần tử trong mạch. Điều này đồng nghĩa với việc chúng ta phải tiến hành lại từ đầu công việc mô hình hóa.
PLECS chính là sự kết hợp tuyệt vời giữa hai hình thức mô phỏng trên. PLECS cho phép mô tả mạch điện, điện tử dưới dạng sơ đồ nguyên lý trong đó các linh kiện, thiết bị được nối mạch một cách trực quan như trong thực tế. Hơn nữa, với thế mạnh là một toolbox của Simulink và hoạt động bên trong môi trường Simulink, mạch điện/điện tử PLECS hoàn toàn có khả năng ghép nối với hệ thống
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
điều khiển xây dựng trên Simulink. PLECS và Simulink giúp người kỹ sư xây dựng sơ đồ mô phỏng các hệ thống điều khiển gần với thực tế nhất.
PLECS có một thư viện rất phong phú các phần tử, thiết bị điện cơ bản. Trong đó đáng chú ý là thư viện các máy điện (Machines), thư viện các bộ chuyển đổi (Converters). Tài liệu [3] đã tiến hành mô phỏng và so sánh PLECS với toolbox Power System Blockset và đã khẳng định sự vượt trội của PLECS không chỉ về độ chính xác mà cả ở tốc độ mô phỏng.
Vì những lý do trên, trong luận văn này, chúng ta sẽ sử dụng PLECS để mô phỏng kiểm chứng hệ thống.
4.1.1.2 Các tham số dùng cho mô phỏng
Tham số phía lưới điện:
Điện cảm cuộn lọc: Ld = 0,0002 H Điện trở cuộn lọc: Rd = 0,01 Ω Điện dung tụ điện bộ lọc RC: Cf = 400 μF Điện trở của bộ lọc RC: Rf = 0,2 Ω
Hệ thống điều khiển nghịch lưu hòa lưới được mô phỏng trung thành theo giải pháp như trong hình 3.18 và mô phỏng gần sát với điều kiện thực thể hiện qua một số điểm sau:
Hệ thống điện được mô phỏng bằng phần mềm PLECS
Mô phỏng đầy đủ các điều kiện biên của hệ thống: các giá trị thực được đo bằng ADC với tần số trích mẫu 2,5kHz (vòng trong) và 0,5kHz (vòng ngoài); thời gian trễ 1 chu kỳ tính (T = 0,4ms) do tốc độ tính toán có hạn của vi điều khiển. Ảnh hưởng của những yếu tố này đã được bù hợp lý khi thực hiện mô phỏng.
Mô phỏng hệ thống biến tần sử dụng thiết bị biến đổi nguồn áp với tần số băm xung 5kHz, đảm bảo đồng bộ chặt chẽ giữa chu kỳ trích mẫu và chu kỳ băm xung. Các van bán dẫn điều khiển theo nguyên lý ĐCVTKG.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 -800 -600 -400 -200 0 200 400
Dap ung dong dien
t(s) iN (A ) iNd* iNq* iNd iNq