Luận văn Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM, bằng bộ điều khiển PSO-PID (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM, bằng bộ điều khiển PSO-PID (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯƠNG TRẦN ĐÌNH THẢO ĐIỀU KHIỂN MẠCH CHỈNH LƯU BA PHA PWM BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PSO - PID S K C 0 0 3 9 5 9 NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 3 9 6 8 Tp. Hồ Chí Minh, 2013
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯƠNG TRẦN ĐÌNH THẢO ĐIỀU KHIỂN MẠCH CHỈNH LƯU BA PHA PWM BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PSO - PID NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2013
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯƠNG TRẦN ĐÌNH THẢO ĐIỀU KHIỂN MẠCH CHỈNH LƯU BA PHA PWM BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PSO - PID NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 Hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN MINH TÂM Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2013
4. Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: DƢƠNG TRẦN ĐÌNH THẢO Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 15/06/1974 Nơi sinh: Kiên Giang Quê quán: Giồng Riềng – Kiên Giang Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 8/9/1 Lê Hồng Phong, P. An Hòa, Tp. Rạch Giá, T. Kiên Giang. Điện thoại cơ quan: 0773.863530 Điện thoại nhà riêng: 0918.873.496 Fax: 0773.863421 E-mail: dtdthao@kiengiangtec.edu.vn II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Công nhân kỹ thuật: Hệ đào tạo: chính quy Thời gian đào tạo từ: 09/1991 đến 02/1996. Nơi học: Trƣờng Sƣ phạm kỹ thuật IV Vĩnh Long. Ngành học: Cao đẳng Giáo viên dạy nghề điện. 2. Đại học: Hệ đào tạo: Tại chức Thời gian đào tạo từ 09/1997 đến 09/ 1999. Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh. Ngành học: Điện khí hóa – Cung cấp điện. Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thi tốt nghiệp. 3. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: chính quy Thời gian đào tạo từ 08/2011 đến 10/2013 Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh. Ngành học: Thiết bị, mạng và nhà máy điện. HVTH: Dương Trần Đình Thảo i GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
5. Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID Tên luận văn: Điều khiển mạch chỉnh lƣu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID. Ngày & nơi bảo vệ luận văn: tháng 04 năm 2013, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh. Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tâm. 4. Trình độ ngoại ngữ: tiếng Anh - mức độ: B1- Châu Âu. 5. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: Bằng Kỹ Sƣ Điện, cấp tại Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 02/1996 Trung tâm hƣớng nghiệp dạy nghề Giáo viên đến 08/2003 huyện Giồng Riềng – T. Kiên Giang. Từ 08/2003 Trƣờng Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Giảng viên đến nay Kiên Giang IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ: - Chứng nhận làm đồ dùng dạy học mô hình đếm sản phẩm kết nối PLC S7-200 tham gia hội chợ tại cần thơ tháng 12 năm 2000. - Chứng nhận làm đồ dùng dạy học mô hình lựa sản phẩm kết nối PLC S7-200 tham gia hội chợ tại An Giang tháng 12 năm 2001. XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC Ngày 23 tháng 03 năm 2013 (Ký tên, đóng dấu) Ngƣời khai ký tên Dƣơng Trần Đình Thảo HVTH: Dương Trần Đình Thảo ii GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
6. Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 03 năm 2013 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Dƣơng Trần Đình Thảo HVTH: Dương Trần Đình Thảo iii GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
7. Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô, giảng viên trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh, Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong toàn khóa học. Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Minh Tâm, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp. Xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Khoa Điện Công Nghiệp trƣờng Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Kiên Giang đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian theo học khóa học này. Ngoài ra tôi cũng xin cảm ơn bạn bè, các anh chị học viên cùng khóa cao học 2011 – 2013 đã động viên, khuyến khích và giúp đỡ tôi vƣợt qua những khó khăn trong suốt quá trình học và thực hiện luận văn này. Việc thực hiện đề tài luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót vì kiến thức chuyên môn còn hạn chế. Rất mong nhận đƣợc sự quan tâm, xem xét và đóng góp ý kiến quý báu của quý Thầy, Cô và các bạn để cuốn Luận văn này hoàn thiện hơn. Một lần nữa xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 03 năm 2013 Người thực hiện Dƣơng Trần Đình Thảo HVTH: Dương Trần Đình Thảo iv GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
8. Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Nhiệm vụ của đề tài là thiết kế và thi công mô hình bộ chỉnh lƣu ba pha PWM ứng dụng phƣơng pháp tối ƣu hóa cá thể bầy đàn (PSO) để xác định thông số cho bộ điều khiển tỉ lệ - tích phân – vi phân (PID) cho mô hình chỉnh lƣu ba pha PWM. Bộ chỉnh lƣu ba pha đƣợc thi công thực tế kết hợp xây dựng mô hình mô phỏng trên Matlab/Simulink. Thuật toán PSO đƣợc thực hiện trong Matlab xác định thông số Kp, Ki của bộ điều khiển PID và nạp cho bộ điều khiển thông qua card dSPACE1104. So sánh với thuật toán di truyền (GA), phƣơng pháp đề xuất có hiệu quả hơn trong việc cải thiện các đặc điểm đáp ứng bƣớc nhƣ giảm lỗi trạng thái xác lập, thời gian đáp ứng nhanh, giảm độ vọt lố. Thực hiện mô phỏng các bộ điều khiển với phần mềm Matlab/Simulink. Đồng thời so sánh kết quả vận hành trên mô hình bộ chỉnh lƣu ba pha PWM thực tế. Luận văn đã thiết kế và thi công hoàn chỉnh mô hình bộ chỉnh lƣu ba pha PWM ứng dụng giải thuật PSO vào bộ PID. Mô hình bộ chỉnh lƣu gồm có khối nguồn, khối cảm biến, khối cuộn kháng LC, khối điều khiển trung tâm, khối công suất, khối tải DC. Các tín hiệu từ khối cảm biến dòng, cảm biến áp sẽ đƣợc đƣa tín hiệu vào khối điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển dSPACE1104. Vi điều khiển trung tâm đƣợc lập trình dựa trên phƣơng pháp điều khiển điều chế vector không gian SVPWM và kết hợp giải thuật PSO_PID sẽ thực hiện việc tính toán và xuất tín hiệu PWM điều khiển qua khối Driver có cách ly để điều khiển khối công suất cho tín hiệu điện áp ra Udc bằng giá trị đặt trƣớc. Kết quả đáp ứng đƣợc yêu cầu của đề tài, bao gồm: Thiết kế hoàn chỉnh bộ chỉnh lƣu 3 pha PWM điều khiển PSO _ PID có kết quả vận hành tốt, đáp ứng nhanh, ít vọt lố hơn so với các phƣơng pháp khác. Nội dung của luận văn đƣợc chia thành 6 chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan Chƣơng 2: Giới thiệu cơ sở lý thuyết chỉnh lƣu 3 pha PWM HVTH: Dương Trần Đình Thảo v GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
9. Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID Chƣơng 3: Giới thiệu cơ sở lý thuyết PID_PSO Chƣơng 4: Kết quả mô phỏng Matlab Chƣơng 5: Mô hình và thực nghiệm chỉnh lƣu ba pha PWM Chƣơng 6: Kết luận và hƣớng phát triển của đề tài HVTH: Dương Trần Đình Thảo vi GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
10. Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID MỤC LỤC Trang LÝ LỊCH KHOA HỌC I LỜI CAM ĐOAN III LỜI CẢM ƠN IV TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN THẠC SĨ V MỤC LỤC VII DANH SÁCH CÁC HÌNH X CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 2 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 2 1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã nghiên cứu. 3 1.3 Mục đích của đề tài. 5 1.4 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài 5 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu. 5 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHỈNH LƢU BA PHA PWM 8 2.1 Tổng quan mạch chỉnh lƣu ba pha có điều khiển PWM 8 2.2. Nguyên lý làm việc của mạch 9 2.3 Mô hình toán học chỉnh lƣu PWM 10 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PID_PSO 18 3.1 Giới thiệu bộ điều khiển PID 18 3.2 Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID. 19 3.3 Hiệu chỉnh bộ PID bằng phƣơng pháp Ziegler-Nichols 20 3.4 Phƣơng pháp Ziegler-Nichols thứ nhất 20 3.5. Phƣơng pháp Ziegler-Nichols thứ hai 21 3.6 Tổng quan giải thuật PSO 23 3.7 Lịch sử phát triển của giải thuật PSO 23 3.8 Các khái niệm cơ bản trong giải thuật bầy đàn 26 3.9 Mô tả thuật toán PSO 27 HVTH: Dương Trần Đình Thảo vii GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
11. Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID 3.10 Những vấn đề cần quan tâm khi xây dựng giải thuật PSO 31 3.10.1 Mã hóa cá thể 31 3.10.2 Mã hóa nhị phân 31 3.10.3 Mã hóa hoán vị. 32 3.10.4 Mã hóa theo giá trị 32 3.10.5 Mã hóa theo cấu trúc cây 32 3.10.6 Khởi tạo quần thể ban đầu 33 3.10.7 Hàm thích nghi (hàm mục tiêu): 34 3.10.8 Hàm vận tốc v: 34 3.10.9 Cập nhật vị trí tốt nhất cho cả quần thể 35 3.11 Đặc điểm và ứng dụng của giải thuật PSO. 37 3.11.1 Đặc điểm 37 3.11.2 Ứng dụng 38 3.12 Hiệu chỉnh bộ điều khiển PID bằng thuật giải bầy đàn 38 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG MATLAB 40 4.1 Sơ đồ khối mô hình tổng thể chỉnh lƣu ba pha PWM 40 4.2 Thông số của mạch chỉnh lƣu ba pha khi chạy mô phỏng bằng Matlab 41 4.2.1 Dạng hở: 41 4.2.2 Dạng kín có hồi tiếp PID. 43 4.3 Điều khiển mạch chỉnh lƣu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID 50 4.3.1 Sơ đồ tổng quan lƣu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID 50 4.3.2 Sơ đồ khối mạch chỉnh lƣu ba pha PWM điều khiển bằng PSO-PID 51 4.3.3 Sơ đồ tổng quan mô phỏng trên maltab 52 4.4 Kết quả mô phỏng PID-PSO. 65 4.4.1 Kết quả mô phỏng PID-PSO (Trƣờng hợp 1) 65 4.4.2 Kết quả mô phỏng PID-PSO (Trƣờng hợp 2) 66 4.4.3 Kết quả mô phỏng PID-PSO (Trƣờng hợp 3) 67 4.4.4 Kết quả mô phỏng PID-PSO (Trƣờng hợp 4) 71 CHƢƠNG 5: MÔ HÌNH VÀ THỰC NGHIỆM 79 HVTH: Dương Trần Đình Thảo viii GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
12. Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID 5.1 Quá trình thực nghiệm tại phòng thí nghiệm 79 5.2 Sơ đồ nguyên lý mô phỏng maltab dùng lệnh dSPACE1104 80 5.3 Các khối điều khiển trong dSPACE104. 80 5.3.1 Khối sensor điện áp khiển trong dSPACE104. 80 5.3.2 Khối sensor dòng điện khiển trong dSPACE104. 81 5.3.3 Khối sensor điện áp DC khiển trong dSPACE104. 81 5.3.4 Khối SVPWM khiển trong dSPACE104. 82 5.4 Màn hình nhúng chƣơng trình xuống dSPACE104 83 5.5 Màn hình controldesk điều khiển card dSPACE104 84 5.6 Mô hình chƣa hoạt động card dSPACE104. 85 5.7 Màn hình controldesk đang hoạt động điều khiển card dSPACE104. 86 5.8 Mô hình hoạt động tải thứ hai card dSPACE104. 88 5.9 Số liệu kết quả thực nghiệm 89 5.10 Kết luận: 90 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN 91 6.1 Kết luận 91 6.2 Hạn chế 91 6.3 Hƣớng phát triển của đề tài 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC 94 HVTH: Dương Trần Đình Thảo ix GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
13. Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 2.1: Mạch chỉnh lƣu ba pha 8 Hình 2.2: Vector không gian điện áp. 9 Hình 2.3: Mạch tƣơng đƣơng của bộ chỉnh lƣu ba phaError! Bookmark not defined. Hình 2.4: Khối điều khiển điện áp urd - urq cho chỉnh lƣu PWM 16 Hình 2.5: Trạng thái đóng mở mạch sector 1 17 Hình 2.6: Trạng thái đóng mở mạch sector 2 17 Hình 2.7: Trạng thái đóng mở mạch sector 3 Error! Bookmark not defined. Hình 2.8: Trạng thái đóng mở mạch sector 4 Error! Bookmark not defined. Hình 2.9: Trạng thái đóng mở mạch sector 5 Error! Bookmark not defined. Hình 2.10: Trạng thái đóng mở mạch sector 6 Error! Bookmark not defined. Hình 3.1: Khâu điều khiển vòng kín 18 Hình 3.2: Cấu trúc PID 19 Hình 3.3: Sơ đồ khối của một hệ hở 20 Hình 3.4: Đáp ứng của hệ hở 20 Hình 3.5: Sơ đồ khối của một hệ kín có bộ PID 21 Hình 3.6: Sơ đồ khối của hệ kín có bộ tỉ lệ P 21 Hình 3.7: Đáp ứng của hệ kín 22 Hình 3.8: Mô tả kiến tìm đƣờng 24 Hình 3.9: Lƣu đồ giải thuật của thuật toán PSO 29 Hình 3.10: Cá thể biểu diễn một biểu thức toán học 33 Hình 3.11: Chuyển động của cá thể 35 Hình 3.12: Bộ điều khiển PID bằng giải thuật bầy đàn 38 Hình 3.13: Lƣu đồ giải thuật của hệ thống điều khiển PSO-PID 39 Hình 4.1: Sơ đồ khối mạch chỉnh lƣu ba pha PWM 40 Hình 4.2 : Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lƣu ba pha PWM 41 Hình 4.3: Sơ đồ mạch chỉnh lƣu ba pha PWM 41 HVTH: Dương Trần Đình Thảo x GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
14. Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID Hình 4.4: Tín hiệu điện ra DC và dòng điện ra DC 42 Hình 4.5: Tín hiệu sóng điện áp ba pha 42 Hình 4.6: Tín hiệu sóng dòng điện ba pha 43 Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lƣu ba pha PWM 43 Hình 4.8: Sơ đồ mạch chỉnh lƣu ba pha PWM mô phỏng maltab 44 Hình 4.9: Đồ thị điện áp DC và dòng điện DC 45 Hình 4.10: Tín hiệu sóng điện ba pha 45 Hình 4.11: Tín hiệu sóng dòng điện ba pha 46 Hình 4.12: Đồ thị điện áp DC và dòng điện DC 46 Hình 4.13: Tín hiệu sóng điện ba pha 47 Hình 4.14: Tín hiệu sóng dòng điện ba pha 47 Hình 4.15: Đồ thị điện áp DC và dòng điện DC 48 Hình 4.16: Tín hiệu sóng điện ba pha 48 Hình 4.17: Tín hiệu sóng dòng điện ba pha 49 Hình 4.18: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lƣu ba pha PWM 51 Hình 4.19: Sơ đồ khối mô phỏng PSO-PID Simulink Matblab. 51 Hình 4.20: Sơ đồ nguyên lý mô phỏng PSO-PID Simulink Matblab. 52 Hình 4.21: Sơ đồ khối nguồn mô phỏng Simulink Matblab. 52 Hình 4.22: Biến áp tự ngẫu 380/110V – 50V – 30V 53 Hình 4.23: Sơ đồ khối cảm biến dòng mô phỏng Simulink Matblab. 53 Hình 4.24: Sơ đồ mạch dòng điện và hình dáng cảm biến dòng 53 Hình 4.25: Sơ đồ khối cảm biến điện áp mô phỏng Simulink Matblab. 54 Hình 4.26: Sơ đồ mạch điện áp AC và DC và hình dáng cảm biến điện áp 54 Hình 4.27: Sơ đồ khối cuộn kháng Simulink Matblab và hình ảnh. 54 Hình 4.28: Sơ đồ khối công suất trong Simulink Matblab. 55 Hình 4.29: Sơ đồ mạch công suất và hình dáng IGBT 55 Hình 4.30: Sơ đồ khối tải trong Simulink Matblab. 55 Hình 4.31: Sơ đồ tính góc thesta Simulink Matblab. 56 Hình 4.32: Sơ đồ tính ABC sang f-Alfa và f-Beta Simulink Matblab. 56 Hình 4.33: Sơ đồ tính f-Alfa và f-Beta sang Theta Simulink Matblab. 56 HVTH: Dương Trần Đình Thảo xi GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
15. Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID Hình 4.34: Sơ đồ tính abc chuyển sang ud và uq Simulink Matblab. 57 Hình 4.35: Sơ đồ tính ABC sang f-Alfa và f-Beta Simulink Matblab. 57 Hình 4.36: Sơ đồ f-Alfa, f-Beta và Theta chuyển sang Ud - Uq Simulink Matblab.57 Hình 4.37: Sơ đồ khối tính abc chuyển sang Id và IqSimulink Matblab. 58 Hình 4.38: Sơ đồ tính ABC sang f-Alfa và f-Beta Simulink Matblab. 58 Hình 4.39: Sơ đồ f-Alfa, f-Beta và Theta chuyển sang id - iq Simulink Matblab. 58 Hình 4.40: Sơ đồ khối điều khiển khóa IGBT tại Urd và Urq Simulink Matblab. 59 Hình 4.41: Sơ đồ khối PID1 Simulink Matblab. 59 Hình 4.42: Sơ đồ khối PID2 Simulink Matblab. 59 Hình 4.43: Sơ đồ khối chuyển tính hiệu ra Urd và Urq Simulink Matblab. 60 Hình 4.44: Sơ đồ khối Tính thời gian các khóa IGBT Simulink Matblab. 60 Hình 4.45: Sơ đồ tính f-d, f-q và Teta sang f-Alfa và f-Beta Simulink Matblab. 60 Hình 4.46: Sơ đồ xác định phần thực Vs và góc phi Simulink Matblab. 61 Hình 4.47: Sơ đồ xác định sector và alpha Simulink Matblab. 61 Hình 4.48: Sơ đồ khối thời gian kích IGBT Simulink Matblab. 62 Hình 4.49: Sơ đồ khối tính thời gian chuyển khóa IGBT Simulink Matblab. 62 Hình 4.50: Sơ đồ khối tạo xung PWM kích IGBT Simulink Matblab. 63 Hình 4.51: Sơ đồ khối Driver điều khiển các khóa IGBT Simulink Matblab. 63 Hình 4.52: Sơ đồ khối Vref và PID Simulink Matblab 64 Hình 4.53: Sơ đồ khối tìm thông số PID - PSO Simulink Matblab. 64 Hình 4.54: Đồ thị điện áp DC và dòng điện DC 65 Hình 4.55: Tín hiệu sóng điện AC ba pha 65 Hình 4.56: Tín hiệu sóng dòng điện ba pha 66 Hình 4.57: Đồ thị điện áp DC và dòng điện DC 66 Hình 4.58: Tín hiệu sóng điện áp ba pha 67 Hình 4.59: Tín hiệu sóng dòng điện ba pha 67 Hình 4.60: Đồ thị điện áp DC và dòng điện DC 68 Hình 4.61: Tín hiệu sóng điện áp ba pha 68 Hình 4.62: Tín hiệu sóng dòng điện và điện áp 69 Hình 4.63: Tín hiệu sóng hài THD điện áp pha c 69 HVTH: Dương Trần Đình Thảo xii GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
16. Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID Hình 4.64: Phân tích FFT dòng điện pha C 70 Hình 4.65: Tín hiệu sai số và Kp,Ki 70 Hình 4.66: Đồ thị điện áp DC và dòng điện DC 71 Hình 4.67: Đồ thị dòng điện pha A 71 Hình 4.68: Đồ thị điện áp pha A và dòng điện pha A cùng pha 72 Hình 4.69: Phân tích FFT điện áp pha C 72 Hình 4.70: Phân tích FFT dòng điện pha C 73 Hình 4.71: Đồ thị điện áp DC và dòng điện DC 73 Hình 4.72: Đồ thị dòng điện pha C 74 Hình 4.73: Đồ thị điện áp pha A và dòng điện pha A cùng pha 74 Hình 4.74: phân tích FFT điện áp pha C 75 Hình 4.75: Phân tích FFT dòng điện pha C 75 Hình 4.76: Tín hiệu sai số và Kp,Ki 76 Hình 5.1 Kết quả thực nghiệm trên máy tính sử dụng boad dsPACE1104 79 Hình 5.2: Các khối lệnh tạo trên Matlab 80 Hình 5.3: Các khối kết nối cảm biến áp mô phỏng Matlab 80 Hình 5.4: Các khối kết nối cảm biến dòng điện mô phỏng Matlab 81 Hình 5.5: Các khối kết nối cảm biến điện áp DC mô phỏng Matlab 81 Hình 5.6: Thông số SVPWM – dSPACE1104 mô phỏng Matlab 82 Hình 5.7: Đặt thông số SVPWM – dSPACE1104 mô phỏng Matlab 82 Hình 5.8: Nhúng từ Matlab xuống boad card dsPACE1104 83 Hình 5.9: Màn hình giao diện mô phỏng trên boad dsPACE1104 84 Hình 5.10: Màn hình giao diện mô phỏng trên boad dsPACE1104 85 Hình 5.11: Chế độ chƣa điều chế PWM qua mô phỏng trên boad dsPACE1104 86 Hình 5.12: Chế độ điều chế PWM qua tải 1 mô phỏng trên boad dsPACE1104 86 Hình 5.13: Mô hình đang hoạt độngqua tải 1 trên boad dsPACE1104 87 Hình 5.14: Chế độ điều chế PWM qua 2 tải mô phỏng trên boad dsPACE1104 88 Hình 5.15: Mô hình đang hoạt động 2 tải trên boad dsPACE1104 89 HVTH: Dương Trần Đình Thảo xiii GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
17. Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1: Bảng trạng thái kích dẫn IGBT theo vector không gian 10 Bảng 2.2: Bảng tính toán 8 trạng thái của điện áp dựa vào công thức (2.3) 16 Bảng 3.1: Bảng tính các thông số PID theo Z–N1 21 Bảng 3.2: Bảng tính các thông số PID theo Z–N2 22 Bảng 4.1: So sánh kết quả mô phỏng PSO-PID với PID thƣờng. 78 HVTH: Dương Trần Đình Thảo xiv GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
18. Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT ACO Ant Colony Optimization ANN Artificial Neural Network IAE Integral absolute-error criterion ISE Integral square-error criterion ITSE Integral-of-time multiplied square-error criterion ITAE Integral-of-time-multiplied absolute-error criterion P Proportional controller PI Proportional-integral controller PID Proportional-integral-derivative controller PSO Particle Swarm Optimization idc Giá trị dòng điện một chiều iL Giá trị dòng điện tải một chiều ic Giá trị dòng điện một chiều qua tụ Vdc Giá trị điện áp một chiều Vref Giá trị điện áp đặt chỉnh lƣu α, β Thành phần theo tọa độ vector không gian f Tần số  Góc pha bằng 2 f Uan Điện áp vào pha a Ubn Điện áp vào pha b Ucn Điện áp vào pha c ia Điện áp vào pha a HVTH: Dương Trần Đình Thảo xv GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
19. Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID ib Điện áp vào pha b ic Điện áp vào pha c ea Điện áp pha a eb Điện áp pha b ec Điện áp pha c urd, urq và sd,sq điện đặt vào chỉnh lƣu, các khóa đóng mở trong góc tọa độ d-q ud,uq và id,id điện áp, dòng điện quay đồng bộ trong góc tọa độ d-q Ka Khóa đóng mở IGBT pha a phía trên Kb I Khóa đóng mở GBT pha b phía trên Kc Khóa đóng mở IGBT pha c phía trên R Điện trở cuộn kháng L Điện cảm cuộn kháng id Thành phần vector dòng điện vào bộ chỉnh lƣu trên hệ trục tọa độ d iq Thành phần vector dòng điện vào bộ chỉnh lƣu trên hệ trục tọa độ q THD Hệ số méo dạng dòng điện MBA Máy biến áp LC Mạch lọc LC DC Điện áp một chiều ADC Bộ chuyển đổi tƣơng tự số (Analog - to Digital Converter) I/O Cổng vào ra (Input/ Output) PWM Điều chế độ rộng xung (viết tắt của Pulse Width Modulation) SVPWM Điều biến vector không gian (viết tắt của Space Vector Modulation) HVTH: Dương Trần Đình Thảo xvi GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
20. Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID Phần A: DẪN NHẬP HVTH: Dương Trần Đình Thảo 1 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
21. Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu chỉnh lƣu có điều khiển PWM Những thập niên 80 của thế kỷ XX, kỹ thuật điện tử chỉ đƣợc ứng dụng trong những mạch điều khiển, đo lƣờng, khống chế, bảo vệ hệ thống điện công nghiệp gọi là điện tử công nghiệp. Đến thập niên 90 của thế kỷ XX, kỹ thuật điện tử đã ứng dụng khá rộng rãi và thành công trong việc thay thế các khí cụ điện dùng để đóng ngắt nguồn điện cho những phụ tải một pha và ba pha, làm các bộ nguồn công suất lớn trong công nghiệp Với ƣu điểm là kích thƣớc nhỏ gọn, dễ điều khiển và thuận tiện, đáp ứng tần số đƣợc mở rộng, khả năng về công suất, điện áp, dòng điện và độ tin cậy ngày càng đƣợc cải tiến. Ngày nay, tốc độ phát triển công nghiệp rất nhanh, kèm theo là các yêu cầu cao trong khâu truyền động ổn định điện áp và có điều chỉnh điện áp, không thể thiếu đƣợc trong các dây chuyền công nghiệp. Việc điều khiển chính xác để tạo nên các chuyển động phức tạp là nhiệm vụ của hệ thống truyền động. Phát triển công nghệ bán dẫn đã chế tạo các bộ điều khiển điện tử công suất đáp ứng yêu cầu truyền động ngày càng phức tạp trên. Một trong những thiết bị góp phần quan trọng trong lĩnh vực điều khiển truyền động điện là bộ chỉnh lƣu DC hay còn gọi là bộ nguồn DC. Bộ chỉnh lƣu DC đƣợc sử dụng rộng rãi trong một số ứng dụng nhƣ: chỉnh lƣu mạ điện 12V-24V/300A, nguồn switching 15V/1000A, nguồn biến tần, máy nạp ắc quy 12V-24V/1000A, máy nạp phóng ắc quy, máy phục hồi ắc quy, máy hàn một chiều, máy giả tải Hiện nay chúng đƣợc ứng dụng trên khắp thế giới. Việc nghiên cứu điều khiển chỉnh lƣu đã có từ lâu. Đối tƣợng chính trong các nghiên cứu này là nghiên cứu chỉnh lƣu theo phƣơng pháp điều chế độ rộng sóng HVTH: Dương Trần Đình Thảo 2 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm