I. Tổng quan về Luận Án Tiến Sĩ và Điều Khiển Dự Báo FCS MPC
Luận án tiến sĩ này tập trung vào việc nghiên cứu và cải tiến phương pháp điều khiển dự báo FCS MPC cho nghịch lưu đa mức cầu H nối tầng. FCS MPC (Finite Control Set Model Predictive Control) là một kỹ thuật điều khiển hiện đại, được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống điện tử công suất và truyền động điện. Luận án đề cập đến các vấn đề như sai lệch tĩnh, khối lượng tính toán lớn, và đề xuất các giải pháp cải tiến như thuật toán K-best SDA và phương pháp ANN-MPC. Các nghiên cứu này nhằm mục đích nâng cao hiệu suất và khả năng ứng dụng thực tế của FCS MPC trong các hệ thống công nghiệp.
1.1. Giới thiệu về Nghịch Lưu Đa Mức và Cầu H Nối Tầng
Nghịch lưu đa mức là một công nghệ quan trọng trong các hệ thống điện tử công suất, đặc biệt là trong các ứng dụng trung và cao áp. Cầu H nối tầng (Cascaded H-Bridge) là một cấu trúc phổ biến của nghịch lưu đa mức, cho phép tạo ra điện áp đầu ra với nhiều mức, giảm thiểu méo sóng hài và cải thiện hiệu suất hệ thống. Luận án tập trung vào việc áp dụng FCS MPC để điều khiển các hệ thống này, nhằm đạt được đáp ứng động học nhanh và ổn định.
1.2. Phương Pháp Điều Khiển Dự Báo FCS MPC
FCS MPC là một phương pháp điều khiển dựa trên mô hình, sử dụng tập hữu hạn các trạng thái chuyển mạch để dự đoán và tối ưu hóa đáp ứng hệ thống. Phương pháp này có ưu điểm là không cần khâu điều chế, giúp giảm thiểu độ phức tạp của hệ thống. Tuy nhiên, FCS MPC cũng có những hạn chế như sai lệch tĩnh và khối lượng tính toán lớn, đặc biệt khi áp dụng cho các hệ thống đa mức phức tạp.
II. Cải Tiến Thuật Toán FCS MPC
Luận án đề xuất các cải tiến quan trọng cho FCS MPC, bao gồm việc tích hợp khâu tích phân để triệt tiêu sai lệch tĩnh và sử dụng thuật toán K-best SDA để giảm khối lượng tính toán. Các cải tiến này được kiểm chứng thông qua mô phỏng và thực nghiệm, cho thấy hiệu quả trong việc nâng cao chất lượng điều khiển và giảm tải cho bộ xử lý.
2.1. Triệt Tiêu Sai Lệch Tĩnh
Một trong những hạn chế chính của FCS MPC là sai lệch tĩnh, gây ra bởi sự không khớp giữa mô hình dự báo và hệ thống thực tế. Luận án đề xuất tích hợp khâu tích phân vào cấu trúc điều khiển để bù đắp sai lệch này. Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp này hiệu quả trong việc triệt tiêu sai lệch tĩnh và cải thiện đáp ứng hệ thống.
2.2. Thuật Toán K best SDA
Để giảm khối lượng tính toán của FCS MPC, luận án đề xuất sử dụng thuật toán K-best SDA (Sphere Decoding Algorithm). Thuật toán này giúp giảm số lượng nút cần kiểm tra trong quá trình tìm kiếm tối ưu, từ đó giảm tải cho bộ xử lý. Kết quả thực nghiệm cho thấy K-best SDA giúp cải thiện đáng kể tốc độ tính toán mà vẫn đảm bảo chất lượng điều khiển.
III. Ứng Dụng Mạng Nơ Ron ANN MPC
Luận án đề xuất phương pháp ANN-MPC (Artificial Neural Network Model Predictive Control) như một giải pháp thay thế cho FCS MPC truyền thống. ANN-MPC sử dụng mạng nơ-ron để xấp xỉ mô hình hệ thống, giúp giảm sự phụ thuộc vào mô hình chính xác và giảm khối lượng tính toán. Phương pháp này được kiểm chứng thông qua mô phỏng và thực nghiệm, cho thấy hiệu quả trong việc điều khiển các hệ thống đa mức phức tạp.
3.1. Cấu Trúc Mạng Nơ Ron
ANN-MPC sử dụng mạng nơ-ron với nhiều lớp ẩn để xấp xỉ mô hình hệ thống. Mạng nơ-ron được huấn luyện dựa trên dữ liệu đầu vào và đầu ra của hệ thống, giúp tạo ra một mô hình dự báo chính xác mà không cần biết trước các thông số hệ thống. Phương pháp này giúp giảm khối lượng tính toán và tăng tính linh hoạt của hệ thống điều khiển.
3.2. Kết Quả Thực Nghiệm
Kết quả thực nghiệm cho thấy ANN-MPC có khả năng điều khiển hiệu quả các hệ thống đa mức, với đáp ứng động học nhanh và ổn định. Phương pháp này cũng giúp giảm tải cho bộ xử lý, mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống công nghiệp.
IV. Kết Luận và Kiến Nghị
Luận án đã đưa ra các cải tiến quan trọng cho FCS MPC, bao gồm việc triệt tiêu sai lệch tĩnh, giảm khối lượng tính toán thông qua thuật toán K-best SDA, và đề xuất phương pháp ANN-MPC như một giải pháp thay thế hiệu quả. Các kết quả nghiên cứu đã được kiểm chứng thông qua mô phỏng và thực nghiệm, chứng tỏ khả năng ứng dụng thực tiễn của các phương pháp này. Luận án cũng đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm tối ưu hóa hơn nữa các thuật toán điều khiển cho các hệ thống điện tử công suất và truyền động điện.
