Nghiên cứu ứng dụng điều khiển trượt điều khiển bộ lộc tích cực cho việc giảm sóng hà

Header Page 1 of 126.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN HỮU KHÁNH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN
TRƢỢT ĐIỀU KHIỂN BỘ LỌC TÍCH CỰC
CHO VIỆC GIẢM SÓNG HÀI

Chuyên ngành : Tự động hóa
Mã số:

60.52.60

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2013

Footer Page 1 of 126.


Header Page 2 of 126.

Công trình được hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. PHAN VĂN HIỀN

Phản biện 1: GS.TS NGUYỄN DOÃN PHƢỚC

Phản biện 2: TS NGUYỄN HOÀNG MAI

Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Thạc
sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 7 tháng 12 năm
2013.

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng

Footer Page 2 of 126.


1

Header Page 3 of 126.
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay việc đánh giá chất lượng điện năng không còn đơn
thuần là đảm bảo ổn định tần số, điện áp, độ tin cậy cung cấp điện
mà còn phải quan tâm đến việc giảm được lượng sóng hài do các các
phụ tải gây ra trên lưới điện, thể hiện ở chỉ tiêu chỉ tiêu rất quan
trọng đó là độ méo dạng (THD) của dòng điện hay tỉ lệ dòng điện hài
bậc cao so với dòng điện có tần số cơ bản. Dòng điện hài là dòng
năng lượng không sử dụng được với các thiết bị trên lưới, thành phần
này chuyển hoá sang dạng nhiệt năng và gây tổn hao.
Việc sử dụng các thiết bị để lọc bỏ thành phần sóng hài, đã và
đang được quan tâm trong những năm gần đây. Một trong các
phương pháp lọc sóng hài là sử dụng bộ lọc tích cực. Điều khiển
dòng điện phát ra từ bộ lọc để triệt tiêu dòng điện hài có nhiều

phương pháp khác nhau để thực hiện. Trong đề tài này tôi nghiên
cứu điều khiển trượt để điều khiển bộ lọc tích cực cho việc giảm
sóng hài. Với hướng nghiên cứu này, tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu
ứng dụng điều khiển trƣợt điều khiển bộ lọc tích cực cho việc
giảm sóng hài” để làm luận văn tốt nghiệp.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Điều khiển trượt đang giữ vai trò quan trọng trong các hệ
thống điều khiển hiện đại, vì nó đảm bảo tính khả thi của hệ thống,
đồng thời lại thực hiện tốt các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ như độ chính
xác, độ tác động nhanh, tính bền vững và ổn định tốt, dễ thiết kế và
thay đổi… Ưu điểm nổi bật của bộ điều khiển trượt là tính ổn định
bền vững ngay cả khi hệ thống có nhiễu hoặc khi thông số của đối

Footer Page 3 of 126.


2

Header Page 4 of 126.
tượng thay đổi theo thời gian. Với các ưu điểm trên mục tiêu nghiên
cứu của đề tài là tạo ra được bộ điều khiển trượt điều khiển giảm
lượng hài cho tải phi tuyến.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đồi tượng nghiên cứu các bộ điều khiển PID, điều khiển
trượt điều khiển bộ lọc tích cực cho việc giảm sóng hài cho các tải
phi tuyến
- Nghiên cứu tạo bộ điều khiển trượt điều khiển bộ lọc tích cực
cho việc giảm sóng hài gây ra bởi tải là biến tần và động cơ điện ba
pha.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết
Kết hợp khảo sát các tải phi tuyến, mô phỏng đối tượng trên
matlab/simulink.
5. Cấu trúc của luận văn
Mở đầu
Chương 1. Tổng quan về sóng hài và các phương pháp lọc
sóng hài
Chương 2. Nguyên lý điều khiển trượt.
Chương 3. Nghiên cứu điều khiển bộ lọc tích cực cho việc
giảm sóng hài tải phi tuyến
Chương 4. Mô phỏng và kết quả
Kết luận và kiến nghị.

Footer Page 4 of 126.


3

Header Page 5 of 126.
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ SÓNG HÀI VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP LỌC
SÓNG HÀI
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.2. TỔNG QUAN VỀ SÓNG HÀI
1.2.1. Sóng hài
Sóng hài là các sóng sinh ra có tần số khác tần số cơ bản, có
thể xem đây là trường hợp riêng của sóng điều hòa, sóng điều hoà có
thể coi là tổng của các dạng sóng sin mà tần số của nó là bội số của
tần số cơ bản.
Để đánh giá sự méo dạng sóng điều hòa do dòng điện hài gây

ra ta sử dụng thông số quan trọng đó là hệ số méo dạng THD (Total
Harmonic Distortion) được xác định bằng biểu thức sau:
THD

2
Xn
n 2
X1

(1.1)

Trong đó: X1: biên độ thành phần cơ bản;Xn: biên độ thành phần điều
hòa bậc n. Từ (1.1) ta có thể đáng giá độ méo dòng điện và điện áp
qua hệ số méo dạng dòng điện và hệ số méo dạng điện áp.
1.2.2. Các nguồn tạo sóng hài
Các nguồn sinh sóng điều hòa trong công nghiệp được tạo ra
bởi tất cả các tải phi tuyến. Các phần tử phi tuyến điển hình là lõi
thép của MBA, động cơ (đặc tính bão hòa của vật liệu sắt từ), các
dụng cụ bán dẫn công suất như thyristor, diode của các bộ biến đổi
(chỉnh lưu, nghịch lưu, điều áp xoay chiều…), các đèn điện tử,
nguồn hàn, các hệ truyền động điện, lò hồ quang điện, lò nấu thép
cảm ứng, lò tôi cao tần.

Footer Page 5 of 126.


4

Header Page 6 of 126.
1.2.3. Ảnh hƣởng của sóng hài

a. Ảnh hưởng của sóng hài gây ra bởi một số bộ biến đổi
công suất
Để thấy sóng hài có thể gây ra bởi các bộ biến đổi công suất ta
phân tích dạng sóng của một số bộ biến đổi công suất.
a.1. Chỉnh lưu cầu một pha (tải có tính cảm)
a.2. Chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển (tải có tính cảm)
a.3. Chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển (tải có tính cảm)
b. Ảnh hưởng của sóng hài gây ra bởi các phụ tải tại nhà
máy đường Đăk Nông.
b.1. Giới thiệu sơ lược về hệ thống điện và các phụ tải của nhà
máy đường Đăk Nông.
b.2. Hệ thống phụ tải khâu ép mía
Được bố trí lần lượt qua 5 máy ép, Các động cơ điện kéo máy ép
được sử dụng có 4 động cơ công suất 220KW, điều khiển tốc độ qua các
biến tần và một động cơ điện công suất 440KW ở cuối khâu ép.
b.3. Phân tích các ảnh hưởng của các sóng hài gây ra cho hệ
thống điện từ hệ biến tần cung cấp cho động cơ điện máy ép mía.
- Động cơ sử dụng trong khâu ép động cơ ba pha, công suất
220KW, điện áp 380V; dòng 394A. Các thông số R, L được xác định
Rđc = 0.2( ); Lđc =3.10-3(H). Tốc độ định mức 736 (vòng/phút).
- Sơ đồ mô phỏng hệ thống cấp điện động cơ ép mía.(hình 1.29)

Hình 1.29. Sơ đồ mô phỏng hệ thống cấp điện động cơ ép mía

Footer Page 6 of 126.


5

Header Page 7 of 126.

- Dạng sóng hài và hệ số méo dạng THD.
+ Dạng sóng dòng điện 01 pha của hệ thống tải

Hình 1.30. Dạng sóng dòng điện của một pha của hệ thống tải
+ Dạng phổ dòng điện và độ méo dạng từ trường ở
trường hợp cơ bản khi R=0.2 , L=3.10-3H.

Hình 1.31. Phổ dòng điện hài và độ méo dạng Rđc=0.2 , Lđc=3.10-3H
Qua phân tích trên ta thấy khi tải hoạt động đã sinh ra sóng hài
có ảnh hưởng đến lưới điện. Vậy cần có các biện pháp để hạn chế,
lọc bỏ lượng sóng hài trên.
1.2.4. Ảnh hƣởng của sóng điều hòa bậc cao
Sự tồn tại sóng điều hòa bậc cao gây ảnh hưởng tới tất cả các
thiết bị và đường dây truyền tải điện. Chúng gây ra quá áp, méo điện
áp lưới làm giảm chất lượng điện năng.
1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP LỌC SÓNG HÀI
1.3.1. Khái quát.
Để triệt tiêu sóng hài hay sóng điều hoà bậc cao ta thực hiện
bằng cách sử dụng các thiết bị có khả năng tạo ra các dạng sóng đối

Footer Page 7 of 126.


6

Header Page 8 of 126.
ngược sóng hài để bơm vào hệ thống, với mục đích làm mất các sóng
hài. Bộ lọc sóng điều hoà có thể là:
- Bộ lọc thụ động (Passive Filter).
- Bộ lọc chủ động (Active Filter).

- Bộ lọc hỗn hợp cả chủ động và thụ động.
1.3.2. Bộ lọc thụ động
Bao gồm các phần tử R, L, C được ghép nối với nhau và được
lựa chọn cho một tần số lọc xác định. Các loại lọc được sử dụng phổ
biến như:
a. Bộ lọc RC
Bộ lọc RC có thành phần chủ yếu là điện trở R và tụ điện C.
Kết cấu của bộ lọc RC như hình 1.34.
Input

Output
R

C

Hình 1.34. Bộ lọc RC
b. Bộ lọc LC
Bộ lọc LC có thành phần chủ yếu là điện cảm L và tụ điện
C. Kết cấu của bộ lọc LC như hình 1.35:
Input

Output
L

C

Hình 1.35. Bộ lọc LC

Footer Page 8 of 126.

7

Header Page 9 of 126.
1.3.3. Bộ lọc tích cực
Phương pháp sử dụng bộ lọc tích cực là phương pháp hiện đại
ngày càng chiếm ưu thế, rất mềm dẻo trong cấu hình phần cứng lẫn
phần mềm để xử lý phù hợp với những loại tải và các điều kiện điện
áp nguồn cung cấp khác nhau.
a. Vai trò của bộ lọc tích cực
- Bù công suất:
- Bù sóng điều hòa điện áp:
- Bù sóng điều hòa dòng điện:
b. Phân loại bộ lọc tích cực
Có nhiều cách phân loại dựa theo các tiêu chí khác nhau chẳng
hạn như dựa vào bộ biến đổi công suất được sử dụng, dựa theo sơ đồ
kết nối bộ lọc, dựa theo nguồn cấp…
- Phân loại theo bộ biến đổi công suất.
- Phân loại theo sơ đồ.
- Phân loại theo nguồn cấp.
c. Bộ lọc tích cực (AF)
Để thực hiện chức năng này bộ lọc AF hoạt động như một bộ
nguồn ba pha tạo ra dòng điện thích hợp bơm lên đường dây. Dòng
điện này sẽ triệt tiêu các sóng điều hòa bậc cao sinh ra bởi tải phi
tuyến là thành phần ngược pha với tổng sóng điều hòa dòng điện bậc
cao. Hình 1.36. Thể hiện cấu trúc của bộ lọc tích cực song song:

iL

iS

~

Tải phi
tuyến

iF
AF

Hình 1.36. Bộ lọc bộ lọc tích cực song song:

Footer Page 9 of 126.


8

Header Page 10 of 126.
1.3.4. Bộ lọc hỗn hợp
Thực chất là sự kết hợp của bộ lọc thụ động và bộ lọc tích cực.
Sơ đồ cấu trúc bộ lọc hỗn hợp như hình 1.37
Tải phi
tuyến

~

Lọc thụ
động LC

AF

Hình 1.37. Bộ lọc hỗn hợp
Ngoài ra khi kết hợp AF và AFs ta được bộ UPQC (Unified
Power Quality Conditioner) kết hợp được cả tính năng của AF và
AFs. Trong UPQC, AFs có chức năng cách ly sóng điều hòa giữa tải
và nguồn, điều chỉnh điện áp, giảm dao động, giữ điện áp cân bằng.
CHƢƠNG 2
NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN TRƢỢT
2.1. KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN TRƢỢT
2.2. TÌM HIỂU VỀ ĐIỀU KHIỂN TRƢỢT
Nguyên tắc chung của điều khiển trượt là điều khiển sao cho
sai lệch e(t) giữa tín hiệu chủ đạo w(t) ở đầu vào và tín hiệu đầu ra
y(t) của hệ thống tiến về 0. Để làm được điều này ta phải tạo được
các hàm trượt các mặt trượt và các điều kiện trượt ... ta lần lượt
nghiên cứu các vấn đề sau:
2.2.1 Hệ thống biến
2.2.2. Điều khiển đối với các hệ thống một vào một ra SISO
2.2.3. Mặt trƣợt

Footer Page 10 of 126.


9

Header Page 11 of 126.
Theo thuộc tính của chuyển mạch đơn, hệ thống n chiều, mặt trượt
ký hiệu là S, được biểu diễn bởi tập các véctơ trạng thái trong không gian
véctơ Rn, trong đó ràng buộc đại số h(x) = 0 được thỏa mãn.
Với h: Rn

R là một hàm đầu ra vô hướng trơn của hệ. Ta

định nghĩa:
S={x

Rn h ( (x)

0 )}

(2.2)

Tập S biểu diễn một mặt trượt n- 1chiều trên R

n

tiêu điều khiển xác định trong hệ.
2.2.4 . Các ký hiệu
2.2.5. Điều khiển tƣơng đƣơng và trƣợt động lý tƣởng
2.2.6 Tính tiếp cận đƣợc của các mặt trƣợt
2.2.7 Các điều kiện bất biến cho các nhiễu loạn tìm đƣợc
2.3. PHƢƠNG PHÁP GIẢM HIỆN TƢỢNG CHARTERING
Để giảm hiện tượng chatering theo tài liệu [5] đề xuất phương
pháp lớp biên. Phương pháp này được thực hiện như sau:
Thay hàm dấu sgn(S) bằng hàm bão hòa sat(S):

sat(S )

1
S

khi

S

khi

1 khi

(2.21)

S
S

và làm nhẵn tín hiệu điều khiển không liên tục trong một lớp biên
mỏng B(t):

B(t)

x :S(X, t)

x

(2.22)

x
xd

x
0

Footer Page 11 of 126.

S=0

Hình 2.4: Minh họa định nghĩa lớp biên B(t)


10

Header Page 12 of 126.
Lớp này bao quanh mặt trượt S = 0 với bề dày
=

và độ rộng

/ .
Nếu luật điều khiển bảo đảm cho điều kiện trượt được thỏa

mãn ở bên trong lớp biên B(t) thì sau một thời gian hữu hạn, sai số
điều khiển sẽ bé hơn , nghĩa là:

e(t)

/

(2.23)

thì sat (S)

Khi S

S

là hàm liên tục nên tín hiệu sẽ

giảm chattering, nhưng xảy ra sai lệch quỹ đạo.
CHƢƠNG 3
NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BỘ LỌC TÍCH CỰC CHO VIỆC
GIẢM SÓNG HÀI TẢI PHI TUYẾN
3.1. NGUYÊN LÝ XÂY DỰNG BỘ LỌC TÍCH CỰC
Một trong các giải pháp để khử hiện tượng sóng hài là sử dụng
các bộ lọc công suất tích cực mắc song song với tải. Chức năng của
các bộ lọc tích cực này là phát ra một dòng điện gọi là dòng bù hài
bơm lên hệ thống để khử các thành phần hài gây ra do tải. Ta có cấu
trúc của hệ thống khi mắc thêm bộ lọc tích cực như sau:

Hình 3.1. Nguyên lý xây dựng bộ lọc

Footer Page 12 of 126.


11

Header Page 13 of 126.
Trong khuôn khổ luận văn này ta nghiên cứu điều khiển giảm
hài trên lưới do tải có sơ nguyên lý như sau:

Hình 3.2. Sơ đồ hệ thống nghiên cứu
3.2. XÂY DỰNG CẤU TRÚC BỘ LỌC AF
3.2.1. Mô hình toán học
3.2.2. Cấu trúc điều khiển AF

Để điều khiển AF phát ra dòng điện hài bám theo dòng điện
hài trên tải ta thực hiện theo cấu trúc như sau:

~

v

is

il

Tải phi
tuyến

s

if
+
L

vf
A
F

Điều
khiển
nghịch
lưu PWM

6

LPF
Bộ điều
khiển

LPF

+

Hình 3.3. Cấu trúc điều khiển bộ lọc AF

Footer Page 13 of 126.

iref


12

Header Page 14 of 126.
3.2.3. Xác định dòng điện bù hài (iref)
Trong luận văn sử dụng giải pháp tách dòng điện hài bằng bộ
lọc thông dải tương tự (Band pass filter) như hình 3.4.

il a, b, c

iref a, b, c

Hình 3.4. Giải pháp tách dòng điện hài
Theo tài liệu [6] hàm truyền đạt của band pass filter là:

H ( s)

s

2

K .B.s
B.s

2
c

(3.6)

3.2.4. LPF (Low pass filter)
Để hạn chế những dòng điện hài có tần số quá cao nhưng biên
độ không ảnh hưởng đáng kể, ta dùng bộ xử lý LPF là bộ lọc thông
thấp (Low pass filter). Sơ đồ mạch điện như hình 3.6

Hàm truyền của bộ lọc là:

H (s)

K
s 1

1
(3.8)
5,3.10 5 s 1

3.2.4. Phƣơng pháp điều chế PWM
Tín hiệu sai lệch dòng sau khi qua bộ lọc thông thấp được bộ
điều khiển xử lý thành tín hiệu u, tín hiệu u so sánh với sóng tam

Footer Page 14 of 126.


13

Header Page 15 of 126.
giác có tần số rất cao tạo thành chuỗi xung có chu kì bằng Ttam giác
nhưng độ rộng xung thay đổi phụ thuộc vào tín hiệu u. Chuỗi xung
này qua khâu relay tạo thành tín hiệu điều khiển các van của nghịch
lưu. Phương pháp điều chế PWM được thực hiện như hình 3.9
max

Tín hiệu ra từ
bộ

điều khiển
Sóng
(u)tam giác
PW
M

ma
x
Ttam giác

Hình 3.9. Phương pháp điều chế PWM

3.3. TÍNH CÁC THÔNG SỐ CỦA BỘ LỌC AF
3.3.1. Chọn nguồn điện một chiều cho bộ nghịch lƣu:
Theo tài liệu [6], qua phân tích sơ đồ mạch nghiên cứu ta chọn
E = 1.2*2,45*220

660(V)

3.3.2. Tính chọn giá trị điện cảm L
Áp dụng theo tài liệu [9] ta có:
Giá trị điện cảm L được xác định bằng biểu thức sau:

L

Vf

Vs

4 ft

E Vs
(3.9)
4 ft

Như vậy ta có giá trị điện cảm L là:

L

660 220
4.10.10000

1.1.10 3 ( H )

3.3.3. Tính chọn giá trị tụ điện C.
Áp dụng theo tài liệu [9] ta có: Công thức tính điện dung C:

C

S
1
.
E. U 2 1

Footer Page 15 of 126.

(3.10)


14

Header Page 16 of 126.
Trong đó : S là công suất biểu kiến của bộ lọc; E là giá trị
sức điện động một chiều cấp cho mạch nghịch lưu; ΔU độ biến thiên
điện áp trên tụ (lấy khoảng 5%E)
Ta có:

U

5%E

5%.660 33(V ) .

I n2
n 2

Ta có: THD

,

I1

61

I n2

THD.I1 197.7 * 27.06% 53.5( A) ;

n 2

Công suất biểu kiến của bộ lọc là:

S

3U p I p

3.220.53.5 35310(VA)

Vậy giá trị điện dung C là:

C

S
1
.
E. U 2

1

35310
1
.
660.33 2.2 .50

2.58.10 3 ( F )

3.3.4. Xác định và lựa chọn thông số van điều khiển
Với tản nhiệt có tiết diện đủ lớn và điều kiện làm mát bằng
quạt ta có thể chọn van với dòng định mức qua van là:
Iđm = 2Imax= 2 2 .53,5=151,3 (A)
Như vậy sơ bộ ta có thể chọn các van IGBT với dòng 200 (A).
3.4. XÂY DỰNG CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN
3.4.1. Bộ điều khiển PID
Từ cấu trúc của hệ thống: Sử dụng hình 3.3 cấu trúc bộ điều
khiển AF
Ta có sơ đồ sơ khối các hàm truyền.

Footer Page 16 of 126.


15

Header Page 17 of 126.
Iref(s)

If(s)
R(s)

+

GLPF(s)

GNL(s)

GL(s)

-

Hình 3.12. Sơ đồ khối cấu trúc điều khiển bộ AF
Trong đó:
R(s) là bộ điều khiển.
GNL(s) là hàm truyền của bộ nghịch lưu trong AF có

K NL
66
TNL s 1 1.67.10 3 s 1

hàm truyền . GNL ( s)
H(s)

K
s 1

GLPF ( s)

là

1
Ls

truyền

của

bộ

lọc

LPF:

1
5,3.10 5 s 1

GL(s)

GL ( s)

hàm

là

hàm

truyền

của

cuộn

1
.
1,1.10 3 s

Biến đổi hàm trên ta được hàm tuyền tương đương như sau:

G( s)

60000
là khâu tích phân quán tính bậc 2.
s(1.723.10 3 s 1)

Iref(s)
R(s)

+

60000
s(1.723.10 3 s 1)

-

Hình 3.13. Sơ đồ khối hàm truyền của hệ thống

Footer Page 17 of 126.

If(s)

L:


16

Header Page 18 of 126.
Với đối tượng điều khiển là tích phân như trên ta có thể sử
dụng phương pháp tối ưu đối xứng để tính toán bộ điều khiển. Với
phương pháp này và với hàm truyền đối tượng ta chọn bộ điều khiển
tương ứng là bộ PI.
Với hàm truyền của bộ điều khiển PI là:

R( s )

K P (1

1
)
TI s

Trong đó :
- Xác định 4 > a >1 từ độ quá điều chỉnh σmax cần có của hệ
kín, hoặc chọn a > 1 từ yêu cầu chất lượng đề ra. a càng lớn, độ quá
điều chỉnh càng nhỏ. a ≥4: hệ không có dao động. a ≤1: hệ kín
không ổn định.

Chọn vùng làm việc ở tần số trung bình và cao a=3,6
Vậy ta có :

TI

aT

3,6.1.72310 3

KP

T
KT a

KI

KP
TI

6,2028.10 3
1
60000*1,723.10 3. 3,6

5,1.10 3
6,2028.10 3

5,1.10 3

0.822

Vậy bộ điều khiển PI là:

R( s )

K P (1

1
1
) 5,1.10 3 (1
)
TI s
6.2028.10 3 s

3.4.2. Điều điều khiển trƣợt.
a. Cơ sở thiết kế bộ điều khiển trượt.
Nguyên lý chung của điều khiển trượt theo sơ đồ:

Footer Page 18 of 126.


17

Header Page 19 of 126.
e
w
Mặt
trượt
-

s(e)

u

ĐK
trượt

Đối
tượng ĐK

y

Hình 3.15. Sơ đồ khối nguyên lý chung điều khiển trượt
b. Thiết kế bộ điều khiển theo mô hình của đề tài.
b.1 Sơ đồ tổng hợp
Ta có sơ đồ của hệ thống: Sử dụng hình 3.3. Cấu trúc điều
khiển AF và hình 3.12. Sơ đồ khối cấu trúc điều khiển bộ AF
Từ sơ đồ cấu trúc ta có đối tượng điều khiển có hàm truyền

G( s)

60000
là khâu tích phân quán tính bậc 2.
s(1.723.10 3 s 1)
Iref(s)

R(s)

+

60000

s(1.723.10 3 s 1)

If(s)

Sử dụng hình 3.13. Sơ đồ khối hàm truyền của hệ thống
b.2. Xây dựng phương trình trạng thái:
Ta xây dựng mô hình trạng thái của hệ thống như sau:

x1
x 2

0
1
3
34823.10
580.3
dx
A( x ) Bu
hay
dt

.

x1 (t )
x 2 (t )

+

0
34823 .10 3

u(x)

Thế các thông tin trên vào ta có hệ phương trình trạng thái:

x1
x2

x2 (t )
34823.103 x1 (t ) 580.3x2 (t ) 34823u
c. Xét tính ổn định.

Footer Page 19 of 126.

và y = x1(t)


18

Header Page 20 of 126.
Để xét tính ổn định của hệ thống ta áp dụng tiêu chuẩn
Lyapunov. Hệ thống ổn định tiệm cận Lyapunov tại 0 với miền ổn
định O
d. Xây dựng bộ điều khiển trượt
Trên cơ sở phân tích trên, áp dụng thực tế cho đề tài.
Sai lệch tín hiệu: e1 = iref – if.
Xác định mặt trượt S

ke1 e2

ke1

de1
dt

Điều kiện trượt:

dS
sgn( S ) [ke1 iref
dt

A(i f , if ) Bu ]sgn( S ) 0

Chọn tín hiệu đầu vào theo công thức sau :

u

B 1[ke1 iref

A(i f , if )

sgn(S )]

Tuy nhiên với công thức như trên, cấu trúc như trên bộ
điều khiển phức tạp. Để đơn giản ta có thể áp dụng theo tài liệu [3].
Khi đó ta có bộ điều khiển phản hồi tín hiệu như sau:

u

(k

de
dt

d 2w
)
dt

sgn(ke

de
dt

). với mọi > 0.

Áp dụng điều này cho bài toán trong đề tài ta đề xuất bộ điều
khiển:

u

Footer Page 20 of 126.

~
B 1[(ke

iref )

sgn(S )]

19

Header Page 21 of 126.
CHƢƠNG 4
MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ
4.1. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
4.1.1. Mô phỏng khi sử dụng bộ điều khiển PID
4.1.2. Mô phỏng khi sử dụng bộ điều khiển trƣợt
4.1.3. Các thông số mô phỏng trên matlab/simulink
Nguồn
es, fs, Rs, Ls 220V; 50Hz; 0,2 ; 0,5.10-3H
Tải
Rđc; Lđc
0,2 ; 3.10-3H
Rd; Ld
0,03 ; 0,09.10-3H
Bộ lọc tích
660V; 0,0005 ; 1,1.10-3H;
E; r ; L; C
cực
2,83.10-3(F)
BPF và LPF
0.707; 1; 5,5.10-3
; K;
Biên độ,
PWM
10, 10KHz
tần số
4.2. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
4.2.1. Khi chƣa sử dụng các bộ điều khiển điều khiển

- Dạng sóng dòng điện

Hình 4.5. Dạng sóng dòng điện khi chưa sử dụng các bộ điều khiển
- Phổ dòng điện và độ méo dạng THD

Hình 4.6. Phổ dòng điện và độ méo dạng THD khi chưa sử dụng các
bộ điều khiển

Footer Page 21 of 126.


20

Header Page 22 of 126.
Khi chưa có điều khiển dạng sóng dòng điện bị biến dạng
mạnh và độ méo dạng cao THD = 27,06%.
4.2.2. Khi sử dụng Bộ điều khiển PID
- Dạng sóng dòng điện

Hình 4.7. Dạng sóng dòng điện khi sử dụng PID
- Phổ dòng điện và độ méo dạng THD

Hình 4.8. Phổ dòng điện và độ méo dạng THD khi sử dụng PID
Như vậy khi sử bộ điều khiển PID độ méo dạng của dòng điện
giảm xuống chỉ còn 4.61%.
4.2.3. Khi sử dụng bộ điều khiển trƣợt.
- Dạng sóng dòng điện :

Hình 4.9. Dạng sóng dòng điện khi dùng điều khiển trượt
- Phổ dòng điện và độ méo dạng THD

Footer Page 22 of 126.


21

Header Page 23 of 126.

Hình 4.10. Phổ dòng điện và độ méo dạng THD khi dùng điều khiển
trượt
Như vậy ta thấy khi sử dụng bộ điều khiển trượt điều khiển bộ
lọc thì độ méo dạng THD giảm xuống chỉ còn 4.56% so với khi chưa
sử dụng bộ lọc(27.06%).
4.2.4. Mô phỏng một số trƣờng hợp khi tải thay đổi
Khi hoạt động các thông số điện trở và hệ số tự cảm L của tải
bị biến thiên thay đổi có ảnh hưởng đến chất lượng lọc, khi đó bộ
điều khiển có khả năng điều khiển sao cho lọc được lượng hài tốt
nhất.
4.2.5. Nhận xét
Qua các mô phỏng trên ta đi đến một số nhận xét như sau:
- Trường hợp đầu tiên cùng giá trị tính toán, qua mô phỏng ta
thấy khi chưa gắng bộ lọc độ méo dạng THD = 27,06% , khi gắng bộ
lọc tích cực với bộ PID thì độ méo dạng THD còn 4,61%, khi gắng
bộ lọc tích cực với bộ điều khiển là bộ điều khiển trượt thì độ méo
dạng THD còn 4.56%.
- Khi các thông số của tải thay đổi có ảnh hưởng đến chất
lượng bộ lọc, tuy nhiên bộ đã thể hiện được vai trò loạc hài của mình
luôn hạn chế được lượng hài cho hệ thống điện, qua các mô phỏng
trên ta thấy khi hệ số tự cảm thay đổi ảnh hưởng mạnh đến lượng hài

Footer Page 23 of 126.


22

Header Page 24 of 126.
được lọc, còn điện trở thay đổi lượng biến thiên của dộ méo dạng
THD không đáng kể.
- Qua các các kết quả mô phỏng trên cho thấy bộ điều khiển
trượt đáp ứng tốt đối với việc điều khiển bộ lọc tích cực cho việc
giảm sóng hài đối với tải phi tuyến.

Footer Page 24 of 126.


23

Header Page 25 of 126.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Như vậy khi đối chiếu với tiêu chuẩn IEEE std 519 và tiêu
chuẩn IEC 1000-3-4 trong trường hợp khi chưa sử dụng bộ lọc AF
các thành phần sóng điều hòa trong dòng điện tải đều vượt quá tiêu
chuẩn cho phép được quy định theo bảng tiêu chuẩn.
Khi lắp thêm bộ lọc tích cực thì hệ số méo dạng dòng điện
THD của dòng điện nguồn isa trong hai trường hợp (dùng bộ điều
khiển PI: 4,61%; dùng bộ điều khiển trượt 4,54%). Ta thấy cả hai
trường hợp đều đạt yêu cầu của tiêu chuẩn IEEE std 519 và tiêu
chuẩn IEC 1000-3-4. Ngoài ra trong quá trình hoạt động nếu phụ tải
có thay đổi thì bộ lọc vẫn đảm bảo hạn chế được lượng hài gây ra và

độ méo dạng THD% đảm bảo trong giới hạn cho phép.
Qua các phân tích và mô phỏng kết quả cho thấy sử dụng điều
khiển trượt điều khiển bộ lọc AF cho ra được kết quả tốt, đáp ứng
được yêu cầu kỹ thuật.
Kiến nghị:
- Hạn chế của luận văn
 Trong quá trình làm việc lượng hài thay đổi chưa có bộ
phận nhận dạng, đo lường sự biến thiên của nó theo thời gian liên
tục. Trong đề tài mới đưa ra một số biến đổi tĩnh từ các thay đổi của
tải phi tuyến để mô phỏng.
 Chỉ mới xây dựng bộ điều khiển ở mức cơ bản, chưa đưa ra
biện pháp nâng cao chất lượng điều khiển và biện pháp để giảm hiện
tượng chartering.
 Trong quá trình thực hiện đề tài chưa thực hiện được mô
hình thực để kiểm chứng, các kết quả chỉ mới mô phỏng trên
MatLab/Simulink.

Footer Page 25 of 126.