Luận văn thạc sĩ HCMUTE về nghiên cứu và điều khiển bộ chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu và điều khiển bộ chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung, ứng dụng trong hệ thống điện hiện đại.

• Tác giả: Nguyễn Văn Linh
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Minh Tâm
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên cứu bộ chỉnh lưu ba pha và điều khiển bằng độ rộng xung
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu chỉnh lưu có điều khiển PWM
• 1.2. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã nghiên cứu
• 1.3. Mục đích của đề tài
• 1.4. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHỈNH LƯU BA PHA PWM
• 2.1. Tổng quan mạch chỉnh lưu ba pha có điều khiển PWM
• 2.2. Nguyên lý làm việc của mạch PWM
• 2.3. Mô hình toán học chỉnh lưu PWM
• 3. CHƯƠNG 3: BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
• 3.1. Giới thiệu bộ điều khiển PID
• 3.2. Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID
• 3.3. Hiệu chỉnh bộ PID bằng phương pháp Ziegler-Nichols
• 3.4. Phương pháp Ziegler-Nichols thứ 1
• 3.5. Phương pháp Ziegler-Nichols thứ 2
• 4. CHƯƠNG 4: GIẢI THUẬT TỐI ƯU HÓA BẦY ĐÀN PSO
• 4.1. Tổng quan giải thuật PSO
• 4.2. Lịch sử phát triển của giải thuật PSO
• 4.3. Các khái niệm cơ bản trong giải thuật bầy đàn PSO
• 4.4. Mô tả thuật toán PSO
• 4.5. Những vấn đề cần quan tâm khi xây dựng giải thuật PSO
• 4.5.1. Mã hóa theo giá trị
• 4.5.2. Mã hóa theo cấu trúc cây
• 4.5.3. Khởi tạo quần thể ban đầu
• 4.5.4. Hàm thích nghi (hàm mục tiêu)
• 4.5.5. Hàm vận tốc v
• 4.5.6. Cập nhật vị trí tốt nhất cho cả quần thể
• 4.6. Đặc điểm và ứng dụng của giải thuật PSO
• 4.7. Hiệu chỉnh bộ điều khiển PID bằng thuật giải bầy đàn PSO
• 4.8. Mô hình đối tượng điều khiển động cơ DC
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG MATLAB
• 5.1. Chỉnh lưu 3 pha vòng hở 1
• 5.2. Chỉnh lưu 3 pha vòng hở 2
• 5.3. Chỉnh lưu 3 pha SPWM Buck
• 5.4. Chỉnh lưu 3 pha SPWM Boost
• 5.5. Chỉnh lưu 3 pha SVPWM vòng kín điều khiển PID
• 5.6. Chỉnh lưu 3 pha vòng kín điều khiển PID-PSO
• 5.7. Chỉnh lưu 3 pha SVPWM PSO điều khiển động cơ DC
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• 6.3. Hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan

Bộ chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung (PWM) là một phần quan trọng trong các ứng dụng sản xuất điện phân phối như tuabin nhỏ, điện gió và tế bào nhiên liệu. Các bộ chỉnh lưu này có thể được phân loại thành hai loại: có điều khiển và không điều khiển. Các bộ chỉnh lưu không điều khiển thường gây ra hàm lượng sóng hài cao trong dòng điện, dẫn đến giảm hiệu suất và méo điện áp. Để khắc phục những nhược điểm này, việc áp dụng các kỹ thuật điều khiển là cần thiết. Việc nghiên cứu và phát triển các bộ chỉnh lưu ba pha với điều khiển PWM không chỉ giúp cải thiện chất lượng điện năng mà còn nâng cao hiệu suất của hệ thống điện. Các phương pháp điều khiển như SPWM và SVPWM đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi, cho thấy hiệu quả trong việc giảm thiểu sóng hài và cải thiện hệ số công suất.

II. Giới thiệu cơ sở lý thuyết chỉnh lưu ba pha PWM

Chương này trình bày tổng quan về mạch chỉnh lưu ba pha có điều khiển PWM. Nguyên lý làm việc của mạch PWM được giải thích chi tiết, bao gồm cách thức điều chế và điều khiển điện áp đầu ra. Mô hình toán học của chỉnh lưu PWM cũng được giới thiệu, giúp người đọc hiểu rõ hơn về các thông số kỹ thuật và cách thức hoạt động của hệ thống. Việc áp dụng các kỹ thuật điều chế như SPWM và SVPWM cho phép điều chỉnh điện áp đầu ra một cách linh hoạt, từ đó nâng cao chất lượng điện năng cung cấp cho các thiết bị sử dụng. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng PWM có thể giảm thiểu đáng kể hàm lượng sóng hài trong dòng điện, từ đó cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

III. Bộ điều khiển PID

Bộ điều khiển PID là một trong những phương pháp điều khiển phổ biến nhất trong các hệ thống điện. Chương này giới thiệu về cấu trúc và nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển PID, bao gồm các thành phần chính: tỉ lệ (P), tích phân (I) và đạo hàm (D). Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID được trình bày rõ ràng, cùng với các phương pháp hiệu chỉnh bộ PID bằng phương pháp Ziegler-Nichols. Việc hiệu chỉnh này giúp tối ưu hóa hiệu suất của bộ điều khiển, đảm bảo rằng hệ thống hoạt động ổn định và đáp ứng nhanh với các thay đổi trong điều kiện làm việc. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng bộ điều khiển PID có thể cải thiện đáng kể độ chính xác và độ ổn định của hệ thống chỉnh lưu ba pha.

IV. Giải thuật tối ưu hóa bầy đàn PSO

Giải thuật tối ưu hóa bầy đàn (PSO) là một kỹ thuật tối ưu hóa mạnh mẽ, được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực kỹ thuật. Chương này trình bày tổng quan về giải thuật PSO, lịch sử phát triển và các khái niệm cơ bản. Mô tả thuật toán PSO được đưa ra chi tiết, cùng với các vấn đề cần quan tâm khi xây dựng giải thuật. Việc áp dụng PSO trong việc hiệu chỉnh bộ điều khiển PID cho bộ chỉnh lưu ba pha cho thấy hiệu quả cao trong việc tối ưu hóa các thông số điều khiển, từ đó nâng cao chất lượng điện năng đầu ra. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng PSO có thể tìm ra các giải pháp tối ưu nhanh chóng và hiệu quả hơn so với các phương pháp truyền thống.

V. Kết quả mô phỏng Matlab

Chương này trình bày kết quả mô phỏng các kỹ thuật điều chế độ rộng xung trên phần mềm Matlab/Simulink. Các mô hình chỉnh lưu ba pha được xây dựng và thử nghiệm với các phương pháp điều chế SPWM và SVPWM. Kết quả cho thấy sự khác biệt rõ rệt về chất lượng điện năng giữa các phương pháp điều chế khác nhau. Việc so sánh các kết quả mô phỏng giúp đánh giá hiệu quả của từng phương pháp trong việc giảm thiểu sóng hài và cải thiện hệ số công suất. Các số liệu thu được từ mô phỏng cung cấp cái nhìn sâu sắc về hiệu suất của bộ chỉnh lưu ba pha trong các điều kiện làm việc khác nhau, từ đó hỗ trợ cho việc phát triển các ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp.

VI. Kết luận và hướng phát triển của đề tài

Chương cuối cùng tổng kết các kết quả nghiên cứu và mô phỏng đã thực hiện. Những đóng góp chính của luận văn được nêu rõ, cùng với các hướng phát triển trong tương lai cho nghiên cứu bộ chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung. Việc áp dụng các kỹ thuật điều khiển tiên tiến như SPWM và SVPWM, kết hợp với giải thuật tối ưu hóa PSO, mở ra nhiều cơ hội mới cho việc cải thiện chất lượng điện năng trong các hệ thống điện. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp điều khiển mới, nhằm nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của bộ chỉnh lưu trong các ứng dụng thực tế.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Bộ chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung (PWM) là thành phần quan trọng trong hệ thống phân phối điện hiện đại, được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như tuabin nhỏ, điện gió, điện từ khí đốt và truyền động công nghiệp. Theo ước tính, các bộ chỉnh lưu truyền thống không điều khiển thường gây ra hàm lượng sóng hài cao trong dòng điện, làm giảm hệ số công suất và hiệu suất hoạt động, đồng thời gây méo điện áp nghiêm trọng. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các kỹ thuật điều khiển bộ chỉnh lưu PWM nhằm nâng cao chất lượng điện năng là rất cần thiết.

Mục tiêu chính của luận văn là nghiên cứu và điều khiển bộ chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung bằng cách ứng dụng thuật toán tối ưu bầy đàn (Particle Swarm Optimization - PSO) để tự động điều chỉnh các thông số bộ điều khiển PID, từ đó cải thiện hiệu suất và giảm méo dạng sóng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào mô hình toán học và mô phỏng các kỹ thuật điều chế SPWM và SVPWM trong giai đoạn 2019-2020 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc nâng cao chất lượng điện áp và dòng điện đầu ra của bộ chỉnh lưu, giảm thiểu sóng hài bậc cao, cải thiện hệ số công suất và hiệu suất hoạt động, đồng thời mở rộng ứng dụng trong các hệ thống truyền tải và truyền động điện hiện đại. Kết quả nghiên cứu có thể làm cơ sở cho việc thiết kế và triển khai các bộ nguồn DC có điều khiển hiệu quả trong công nghiệp và năng lượng tái tạo.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết và mô hình nghiên cứu chính:

1. Kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM): Bao gồm phương pháp điều chế sin PWM (SPWM) và điều biến vector không gian PWM (SVPWM). SPWM tạo ra sóng điện áp gần dạng sin bằng cách so sánh sóng sin tham chiếu với sóng mang tam giác, trong khi SVPWM sử dụng vector không gian điện áp để tối ưu hóa điện áp đầu ra, tăng điện áp cơ bản lên đến 27,39% so với SPWM.

2. Thuật toán tối ưu bầy đàn (PSO): Là thuật toán tiến hóa dựa trên mô hình hành vi tìm kiếm thức ăn của đàn chim, sử dụng sự tương tác giữa các cá thể để khám phá không gian tìm kiếm. PSO được áp dụng để tối ưu hóa các thông số bộ điều khiển PID nhằm giảm thiểu sai số bình phương trung bình (MSE) trong hệ thống điều khiển bộ chỉnh lưu.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Bộ chỉnh lưu ba pha PWM có điều khiển
• Bộ điều khiển PID và các thông số Kp, Ki, Kd
• Hàm mục tiêu MSE để đánh giá hiệu suất điều khiển
• Các trạng thái đóng mở IGBT trong mạch chỉnh lưu
• Vector không gian điện áp và các sector điều khiển

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mô hình toán học của bộ chỉnh lưu ba pha PWM, các thuật toán điều khiển PID và PSO, cùng với các tài liệu khoa học trong và ngoài nước liên quan đến kỹ thuật điều chế và tối ưu hóa. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Xây dựng mô hình toán học của bộ chỉnh lưu ba pha PWM trong hệ tọa độ d-q và không gian vector.
• Phân tích và mô phỏng các kỹ thuật điều chế SPWM và SVPWM trên phần mềm Matlab/Simulink.
• Áp dụng thuật toán PSO để tự động điều chỉnh các thông số bộ điều khiển PID nhằm tối ưu hóa hiệu suất điều khiển.
• So sánh kết quả mô phỏng giữa bộ điều khiển PID truyền thống (Ziegler-Nichols) và PID được tối ưu bằng PSO.
• Thời gian nghiên cứu từ 2019 đến 2020, với cỡ mẫu mô phỏng đa dạng các trạng thái tải và điều kiện vận hành khác nhau để đánh giá tính ổn định và hiệu quả của hệ thống.

Phương pháp chọn mẫu mô phỏng dựa trên các trường hợp tải điển hình và các trạng thái điều khiển khác nhau nhằm đảm bảo tính tổng quát và khả năng áp dụng thực tế. Lý do lựa chọn PSO là do tính đơn giản, hiệu quả cao và khả năng hội tụ nhanh so với các thuật toán tiến hóa khác.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả điều khiển của thuật toán PSO: Việc áp dụng PSO để tối ưu các thông số PID giúp giảm sai số bình phương trung bình (MSE) của hệ thống chỉnh lưu ba pha PWM xuống khoảng 15-20% so với phương pháp điều chỉnh Ziegler-Nichols truyền thống. Điều này được thể hiện qua các kết quả mô phỏng trên Matlab với các biểu đồ đáp ứng dòng điện và điện áp.

2. So sánh kỹ thuật điều chế SPWM và SVPWM: SVPWM cho thấy khả năng tăng điện áp cơ bản lên đến 27,39% so với SPWM, đồng thời giảm hệ số méo dạng tổng (THD) của dòng điện đầu ra xuống dưới 5%, thấp hơn khoảng 10% so với SPWM trong các điều kiện tải tương tự.

3. Ảnh hưởng của việc cộng thành phần sóng hài bậc ba: Việc áp dụng kỹ thuật cộng thành phần sóng hài bậc ba trong SPWM và SVPWM giúp giảm đáng kể sóng hài bậc cao, cải thiện hệ số công suất và chất lượng điện áp đầu ra, với mức giảm THD khoảng 3-4% so với kỹ thuật không cộng sóng hài.

4. Ổn định hệ thống khi tải thay đổi: Bộ điều khiển PID-PSO duy trì được sự ổn định và đáp ứng nhanh khi tải thay đổi đột ngột, với thời gian đáp ứng giảm khoảng 20% so với PID truyền thống, đồng thời duy trì hệ số méo dạng thấp và điện áp đầu ra ổn định.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện hiệu suất điều khiển là do thuật toán PSO khai thác hiệu quả không gian tìm kiếm các thông số PID tối ưu, giúp hệ thống điều khiển thích ứng tốt hơn với các điều kiện vận hành khác nhau. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trong ngành điện tử công suất, nơi PSO được đánh giá cao về khả năng tối ưu hóa nhanh và chính xác.

So sánh với các nghiên cứu trước đây về điều chế PWM, SVPWM được chứng minh là kỹ thuật ưu việt hơn SPWM về mặt điện áp đầu ra và giảm sóng hài, phù hợp với yêu cầu ngày càng cao về chất lượng điện năng trong các hệ thống công nghiệp và năng lượng tái tạo.

Dữ liệu mô phỏng có thể được trình bày qua các biểu đồ đáp ứng dòng điện và điện áp pha A, biểu đồ THD khi tải thay đổi, cũng như bảng so sánh các chỉ số hiệu suất giữa các phương pháp điều khiển và kỹ thuật điều chế. Những biểu đồ này minh họa rõ ràng sự vượt trội của bộ điều khiển PID-PSO kết hợp với kỹ thuật SVPWM trong việc nâng cao chất lượng điện năng và hiệu suất hệ thống.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai bộ điều khiển PID-PSO trong các bộ chỉnh lưu công nghiệp: Khuyến nghị các nhà sản xuất và kỹ sư điện áp dụng thuật toán PSO để tự động điều chỉnh thông số PID nhằm nâng cao hiệu suất và độ ổn định của bộ chỉnh lưu ba pha PWM, đặc biệt trong các hệ thống truyền động và nguồn điện tái tạo. Thời gian thực hiện dự kiến trong vòng 12 tháng.

2. Ưu tiên sử dụng kỹ thuật SVPWM trong thiết kế bộ chỉnh lưu: Do khả năng tăng điện áp cơ bản và giảm sóng hài vượt trội, SVPWM nên được áp dụng rộng rãi thay thế cho SPWM trong các thiết bị điện tử công suất mới. Chủ thể thực hiện là các nhà thiết kế mạch và nhà sản xuất thiết bị điện.

3. Phát triển phần mềm mô phỏng và điều khiển tích hợp: Xây dựng các công cụ mô phỏng và điều khiển tích hợp trên nền tảng Matlab/Simulink hoặc các hệ thống nhúng để hỗ trợ việc thiết kế và thử nghiệm bộ chỉnh lưu PWM với thuật toán PSO. Thời gian phát triển khoảng 6-9 tháng, do các nhóm nghiên cứu và phát triển phần mềm đảm nhiệm.

4. Nghiên cứu mở rộng về điều khiển thông minh và lọc sóng hài: Khuyến khích nghiên cứu kết hợp thuật toán PSO với các kỹ thuật điều khiển thông minh khác như mạng neuron nhân tạo hoặc logic mờ để nâng cao hơn nữa hiệu quả điều khiển và khả năng khử sóng hài trong bộ chỉnh lưu. Chủ thể thực hiện là các viện nghiên cứu và trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế điện tử công suất: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật điều chế PWM và thuật toán tối ưu PSO, giúp kỹ sư thiết kế các bộ chỉnh lưu hiệu quả, giảm sóng hài và nâng cao chất lượng điện năng.

2. Nhà nghiên cứu và giảng viên ngành kỹ thuật điện: Tài liệu là nguồn tham khảo quý giá cho các nghiên cứu về điều khiển bộ chỉnh lưu, thuật toán tối ưu và mô phỏng hệ thống điện tử công suất, hỗ trợ giảng dạy và phát triển đề tài khoa học.

3. Chuyên gia trong lĩnh vực năng lượng tái tạo và truyền động công nghiệp: Các kết quả nghiên cứu giúp cải thiện hiệu suất hệ thống truyền tải điện từ nguồn năng lượng tái tạo như điện gió, cũng như nâng cao hiệu quả truyền động trong công nghiệp.

4. Sinh viên cao học và thạc sĩ ngành kỹ thuật điện: Luận văn là tài liệu tham khảo thực tiễn và lý thuyết, giúp sinh viên hiểu rõ về mô hình toán học, kỹ thuật điều chế và ứng dụng thuật toán tối ưu trong điều khiển bộ chỉnh lưu.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ chỉnh lưu ba pha PWM là gì và tại sao cần điều khiển?
   Bộ chỉnh lưu ba pha PWM là thiết bị chuyển đổi điện áp xoay chiều ba pha thành điện áp một chiều với điều khiển độ rộng xung để cải thiện chất lượng điện áp và dòng điện đầu ra. Điều khiển giúp giảm sóng hài, tăng hệ số công suất và nâng cao hiệu suất hoạt động.

2. Thuật toán PSO có ưu điểm gì trong điều khiển bộ chỉnh lưu?
   PSO có khả năng tìm kiếm nhanh và hiệu quả các thông số tối ưu cho bộ điều khiển PID, giúp giảm sai số điều khiển và tăng độ ổn định hệ thống so với các phương pháp truyền thống như Ziegler-Nichols.

3. Sự khác biệt giữa SPWM và SVPWM là gì?
   SPWM điều chế sóng sin bằng cách so sánh với sóng tam giác, trong khi SVPWM sử dụng vector không gian để tối ưu điện áp đầu ra, cho phép tăng điện áp cơ bản và giảm sóng hài hiệu quả hơn.

4. Làm thế nào để mô phỏng bộ chỉnh lưu PWM và thuật toán PSO?
   Mô phỏng được thực hiện trên phần mềm Matlab/Simulink bằng cách xây dựng mô hình toán học của bộ chỉnh lưu, áp dụng thuật toán PSO để điều chỉnh thông số PID và quan sát đáp ứng dòng điện, điện áp cũng như các chỉ số THD.

5. Ứng dụng thực tế của bộ chỉnh lưu ba pha điều khiển PWM là gì?
   Bộ chỉnh lưu này được sử dụng trong hệ thống truyền tải điện năng, truyền động công nghiệp, nguồn điện tái tạo như điện gió, và các thiết bị điện tử công suất yêu cầu chất lượng điện năng cao và điều khiển chính xác.

Kết luận

• Bộ chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung là giải pháp hiệu quả để nâng cao chất lượng điện năng trong các hệ thống điện hiện đại.
• Thuật toán tối ưu bầy đàn PSO giúp tự động điều chỉnh thông số bộ điều khiển PID, giảm sai số và tăng độ ổn định hệ thống.
• Kỹ thuật SVPWM vượt trội hơn SPWM về điện áp đầu ra và giảm sóng hài, phù hợp với yêu cầu công nghiệp hiện nay.
• Kết quả mô phỏng trên Matlab chứng minh tính khả thi và hiệu quả của phương pháp điều khiển kết hợp PSO và SVPWM.
• Đề xuất triển khai ứng dụng thực tế và nghiên cứu mở rộng nhằm nâng cao hơn nữa hiệu suất và chất lượng bộ chỉnh lưu trong tương lai.

Để tiếp tục phát triển, các nhà nghiên cứu và kỹ sư nên tập trung vào việc tích hợp các thuật toán điều khiển thông minh và mở rộng ứng dụng trong các hệ thống năng lượng tái tạo. Hãy bắt đầu áp dụng các giải pháp này để nâng cao hiệu quả và bền vững cho hệ thống điện của bạn ngay hôm nay!

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu chỉnh lưu có điều khiển PWM .2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã nghiên cứu.3 Mục đích của đề tài.4 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài.5 Phương pháp nghiên cứu. 5 Chương 2: Giới thiệu cơ sở lý thuyết chỉnh lưu ba pha PWM 2.1 Tổng quan mạch chỉnh lưu ba pha có điều khiển PWM .2 Nguyên lý làm việc của mạch PWM .3 Mô hình toán học chỉnh lưu PWM. 14 Chương 3: Bộ điều khiển PID 3.1 Giới thiệu bộ điều khiển PID .2 Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID .3 Hiệu chỉnh bộ PID bằng phương pháp Ziegler-Nichols .4 Phương pháp Ziegler-Nichols thứ 1 .5 Phương pháp Ziegler-Nichols thứ 2. 25 HVTH: Nguyễn Văn Linh x GVHD: PGS.

Nguyễn Minh Tâm Luan van Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu và điều khiển bộ chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung Chương 4: Giải thuật tối ưu hóa bầy đàn PSO 4.1 Tổng quan giải thuật PSO .2 Lịch sử phát triển của giải thuật PSO.3 Các khái niệm cơ bản trong giải thuật bầy đàn PSO.4 Mô tả thuật toán PSO .5 Những vấn đề cần quan tâm khi xây dựng giải thuật PSO .4 Mã hóa theo giá trị .5 Mã hóa theo cấu trúc cây .6 Khởi tạo quần thể ban đầu .7 Hàm thích nghi (hàm mục tiêu) .8 Hàm vận tốc v .9 Cập nhật vị trí tốt nhất cho cả quần thể .6 Đặc điểm và ứng dụng của giải thuật PSO .7 Hiệu chỉnh bộ điều khiển PID bằng thuật giải bầy đàn PSO .8 Mô hình đối tượng điều khiển động cơ DC. 41 Chương 5: Kết quả mô phỏng matlab 5.1 Chỉnh lưu 3 pha vòng hở 1 .2 Chỉnh lưu 3 pha vòng hở 2.3 Chỉnh lưu 3 pha SPWM Buck .4 Chỉnh lưu 3 pha SPWM Boost.5 Chỉnh lưu 3 pha SVPWM vòng kín điều khiển PID .6 Chỉnh lưu 3 pha vòng kín điều khiển PID-PSO. 65 HVTH: Nguyễn Văn Linh xi GVHD: PGS. Nguyễn Minh Tâm Luan van Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu và điều khiển bộ chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung 5.7 Chỉnh lưu 3 pha SVPWM PSO điều khiển động cơ DC.

69 Chương 6: Kết luận và hướng phát triển của đề tài 6.3 Hướng phát triển của đề tài. 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 77 HVTH: Nguyễn Văn Linh xii GVHD: PGS. Nguyễn Minh Tâm Luan van Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu và điều khiển bộ chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Trang Hình 2.1: Chỉnh lưu với hệ thống truyền động điện.2: Phân loại các phương pháp điều khiển cho chỉnh lưu PWM .3: Mạch chỉnh lưu ba pha .4: Vector không gian điện áp.5: Mạch tương đương của bộ chỉnh lưu ba pha .6: Khối điều khiển urd-urq cho chỉnh lưu PWM .7: Trạng thái đóng mở mạch sector 1 .8: Trạng thái đóng mở mạch sector 2 .9: Trạng thái đóng mở mạch sector 3 .10: Trạng thái đóng mở mạch sector 4 .11: Trạng thái đóng mở mạch sector 5 .12: Trạng thái đóng mở mạch sector 6 .1: Khâu điều khiển vòng kín .2: Cấu trúc PID .3: Sơ đồ khối của một hệ hở .4: Đáp ứng của hệ hở .5: Sơ đồ khối của một hệ kín có bộ PID .6: Sơ đồ khối của hệ kín có bộ tỉ lệ P .7: Đáp ứng của hệ kín .1: Mô tả kiến tìm đường .2: Lưu đồ giải thuật của thuật toán PSO .3: Cá thể biểu diễn một biểu thức toán học .4: Chuyển động của cá thể .5: Bộ điều khiển PID bằng giải thuật bầy đàn .6: Lưu đồ giải thuật của hệ thống điều khiển PSO-PID .7: Mô hình toán động cơ DC .8: Mô hình simulink động cơ DC.

44 HVTH: Nguyễn Văn Linh xiii GVHD: PGS. Nguyễn Minh Tâm Luan van Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu và điều khiển bộ chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung Hình 5.1: Giao diện điều khiển .2 : Sơ đồ Simulink chỉnh lưu 3 pha PWM vòng hở 1 .3: Sơ Điện áp pha A chỉnh lưu 3 pha PWM vòng hở 1 .4: Dòng điện pha A chỉnh lưu 3 pha PWM vòng hở 1 .5: Đáp ứng dòng điện chỉnh lưu 3 pha PWM vòng hở 1 .6: Đáp ứng điện áp chỉnh lưu 3 pha PWM vòng hở 1 .7: Sơ đồ Simulink chỉnh lưu 3 pha PWM vòng hở 2 .8: Khối SVPWM chỉnh lưu 3 pha PWM vòng hở 2 .9: Khối Vector PWM chỉnh lưu 3 pha PWM vòng hở 2 .10: Điện áp pha A chỉnh lưu 3 pha PWM vòng hở 2 .11: Dòng điện pha A chỉnh lưu 3 pha PWM vòng hở 2 .12: Đáp ứng dòng điện chỉnh lưu 3 pha PWM vòng hở 2 .13: Đáp ứng điện áp chỉnh lưu 3 pha PWM vòng hở 2 .14: So sánh pha giữa điện áp vào pha A và dòng điện vào pha A .15: Sơ đồ Simulink chỉnh lưu 3 pha SPWM Buck .16: Khối Vector PWM chỉnh lưu 3 pha SPWM Buck .17: Khối cầu chỉnh lưu 3 pha SPWM Buck .18: Điện áp pha A chỉnh lưu 3 pha SPWM Buck .19: Dòng điện pha A chỉnh lưu 3 pha SPWM Buck .20: Đáp ứng điện áp chỉnh lưu 3 pha SPWM Buck.21: Đáp ứng dòng điện chỉnh lưu 3 pha SPWM Buck.22: So sánh pha giữa điện áp vào pha A và dòng điện vào pha A .23: Sơ đồ Simulink chỉnh lưu 3 pha SPWM Boost.24: Khối PWM chỉnh lưu 3 pha SPWM Boost.25: Khối điều khiển vòng kín chỉnh lưu 3 pha SPWM Boost.26: Khối V-I measurement chỉnh lưu 3 pha SPWM Boost .27: Điện áp pha A chỉnh lưu 3 pha SPWM Boost.28: Dòng điện pha A chỉnh lưu 3 pha SPWM Boost .29: Đáp ứng điện áp chỉnh lưu 3 pha SPWM Boost. 59 HVTH: Nguyễn Văn Linh xiv GVHD: PGS. Nguyễn Minh Tâm Luan van Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu và điều khiển bộ chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung Hình 5.30: Đáp ứng dòng điện chỉnh lưu 3 pha SPWM Boost.31: So sánh pha giữa điện áp vào pha A và dòng điện vào pha A .32: Sơ đồ Simulink chỉnh lưu 3 pha SVPWM .33: Khối điều khiển vòng kín chỉnh lưu 3 pha SVPWM.34: Khối PWM chỉnh lưu 3 pha SVPWM.35: Khối chuyển đổi chỉnh lưu 3 pha SVPWM.36: Khối điều khiển PID chỉnh lưu 3 pha SVPWM.37: Điện áp pha A chỉnh lưu 3 pha SVPWM.38: Dòng điện pha A chỉnh lưu 3 pha SVPWM.39: Đáp ứng điện áp chỉnh lưu 3 pha SVPWM.40: So sánh pha giữa điện áp vào pha A và dòng điện vào pha A .41: Sơ đồ Simulink chỉnh lưu 3 pha SVPWM PI-PSO.42: Khối chuyển đổi PI-PSO điều khiển chỉnh lưu 3 pha SVPWM.43: Khối PWM chỉnh lưu 3 pha SVPWM PI-PSO.44: Khối PI-PSO chỉnh lưu 3 pha SVPWM PI-PSO.45: Điện áp pha A chỉnh lưu 3 pha SVPWM PI-PSO.46: Dòng điện pha A chỉnh lưu 3 pha SVPWM PI-PSO.47: Đáp ứng điện áp chỉnh lưu 3 pha SVPWM PI-PSO .48: Dòng điện pha A chỉnh lưu SVPWM PSO khi tải thay đổi.49: Chỉ số TDH của dòng điện pha A khi tải thay đổi.50: Sơ đồ Simulink điều khiển động cơ DC.51: Mô hình simulink động cơ DC.52: Khối chỉnh lưu 3 pha SVPWM PSO cấp nguồn động cơ DC.53: Khối điều khiển chỉnh lưu 3 pha SVPWM PI-PSO.54: Điện áp pha A chỉnh lưu 3 pha SVPWM PI-PSO.55: Dòng điện pha A chỉnh lưu khi tốc độ thay đổi.56: Chỉ số TDH của dòng điện pha A khi tốc độ thay đổi.57: Đáp ứng điện áp khi tốc độ thay đổi .58: Chỉ số TDH của đáp ứng điện áp khi tốc độ thay đổi.

71 HVTH: Nguyễn Văn Linh xv GVHD: PGS. Nguyễn Minh Tâm Luan van Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu và điều khiển bộ chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung Hình 5.59: So sánh pha giữa điện áp vào pha A và dòng điện vào pha A .60: Đáp ứng tốc độ động cơ DC.61: Đáp ứng dòng điện động cơ DC.62: Đáp ứng điện áp động cơ DC. 72 HVTH: Nguyễn Văn Linh xvi GVHD: PGS. Nguyễn Minh Tâm Luan van Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu và điều khiển bộ chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Bảng trạng thái kích dẫn IGBT theo vector không gian .2: Bảng tính toán 8 trạng thái của điện áp ngỏ vào .1: Bảng tính các thông số PID theo Z–N1 .2: Bảng tính các thông số PID theo Z–N2 .2: Bảng thông số của động cơ DC.

45 HVTH: Nguyễn Văn Linh xvii GVHD: PGS. Nguyễn Minh Tâm Luan van Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu và điều khiển bộ chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung 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 lưu 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 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 HVTH: Nguyễn Văn Linh xviii GVHD: PGS. Nguyễn Minh Tâm Luan van Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu và điều khiển bộ chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung urd, urq và sd,sq điện đặt vào chỉnh lưu, 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 IGBT 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 lưu trên hệ trục tọa độ d iq Thành phần vector dòng điện vào bộ chỉnh lưu 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 tương 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) SPWM Điều chế độ rộng xung sin (viết tắt của Sinusoidal Pulse Width Modulation) SVPWM Điều biến vector không gian (viết tắt của Space Vector Modulation) HVTH: Nguyễn Văn Linh xix GVHD: PGS. Nguyễn Minh Tâm Luan van Phần A: DẪN NHẬP Luan van Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu và điều khiển bộ chỉnh lưu ba pha điều chế độ rộng xung Chương 1 TỔNG QUAN 1.