Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động ổn định tần số máy phát Diezel

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

VÕ VĂN HÙNG

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU KHIỂN

CHUYỂN ĐỘNG ỔN ĐỊNH TẦN SỐ MÁY PHÁT DIEZEL

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

THÁI NGUYÊN-2020

ii

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

VÕ VĂN HÙNG

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU KHIỂN

CHUYỂN ĐỘNG ỔN ĐỊNH TẦN SỐ MÁY PHÁT DIEZEL

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Mã số: 852 02 16

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Giáo viên hướng dẫn

PGS.TS. Võ Quang Lạp

THÁI NGUYÊN - 2020

iii

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Võ Văn Hùng

Sinh ngày: 22 tháng 02 năm 1969

Học viên lớp CĐK17A – KTĐK&TĐH, Trường Đại học Công nghệ thông tin và

Truyền thông - Đại học Thái Nguyên.

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu nêu trong

luận văn là trung thực. Những kết luận trong luận văn chưa từng được công bố trong

bất kỳ công trình nào. Mọi thông tin trích dẫn trong luận văn đều chỉ rõ nguồn gốc.

Thái nguyên, tháng 11 năm 2020

Tác giả luận văn

Võ Văn Hùng

iv

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Võ Quang

Lạp- người đã hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này.

Tôi xin trân thành cảm ơn các thầy cô giáo ở Khoa Công nghệ tự động hóa trường

Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông Thái Nguyên đã đóng góp nhiều ý kiến

và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn.

Tôi xin chân thành cảm ơn Phòng Đào Tạo, các phòng ban, Khoa sau đại học,

xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường đại học công nghệ thông tin và truyền

thông Thái Nguyên đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất về mọi mặt để tôi hoàn

thành khóa học.

Thái nguyên, tháng 11 năm 2020

Tác giả luận văn

Võ Văn Hùng

v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

STT Tên ký hiệu Ý nghĩa

1 F- Đ: Hệ truyền động máy phát động cơ điện một chiều

2 T-Đ Hệ truyền động thysirtor động cơ điện một chiều

3 PID Bộ điều chỉnh tỷ lệ vi tích phân

4 P Bộ điều chỉnh tỷ lệ

5 I Bộ điều chỉnh tích phân

6 PI Là bộ điều chỉnh tỷ lệ tích phân

7 PD Là bộ điều chỉnh tỷ lệ vi phân

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

(hình vẽ, ảnh chụp, đồ thị ...)

Hình 1. 1. Sơ đồ khối bộ điều chỉnh tần số thứ cấp ....................................................4

Hình 1. 2. Sơ đồ cơ cấu đo tần số (a); Biểu đồ vectơ điện áp (b) ...............................4

Hình 1. 3. Đường đặc tính tĩnh của Diezel (1,2,3) và phụ tải (1’

,2’

,3)........................6

Hình 1. 4. Giới thiệu hệ điều tốc máy phát Diezen...................................................10

Hình 1. 5. Đồ thị công chỉ thị....................................................................................10

Hình 1. 6. Sơ đồ khối hệ truyền động trong bộ điều tốc Diezel ...............................13

Hình 1. 7. Sơ đồ khối hệ thống truyền động điều chế độ rộng xung động ...............14

Hình 1. 8. Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi PWM dạng .................................................15

Hình 1. 9. Đồ thị điện áp của bộ biến đổi PWM dạng H ..........................................15

Hình 2. 1. Sơ đồ khối hệ điều chỉnh vị trí 18

Hình 2. 2. Sơ đồ tổng hợp hệ truyền động PWM-Đ 19

Hình 2. 3. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động PWM - D 19

Hình 2. 4 .Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện 21

Hình 2. 5. Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện 22

Hình 2. 6. Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ 23

Hình 2. 7. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động xung điện áp động cơ 24

Hình 2. 8. Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động điện 25

Hình 2. 9. Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng vị trí 27

Hình 3. 1. Quan hệ giữa



và ω………………………………………………….32

Hình 3. 2. Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ.............................................................33

Hình 3. 3. Mô hình chuyển đổi hiểu biết của con người và hệ mờ...........................37

Hình 3. 4.Ví dụ chọn tập dữ liệu vào/ra....................................................................38

Hình 3. 5. Hệ điều khiển mờ theo luật I....................................................................43

Hình 3. 6. Hệ điều khiển mờ theo luật PD................................................................43

Hình 3. 7. Hệ điều khiển mờ theo luật PI..................................................................44

Hình 3. 8. Hệ điều khiển mờ PID..............................................................................45

vii

Hình 3. 9. Mô hình bộ điều khiển mờ lai kinh điển ..................................................47

Hình 3. 10. Mô hình bộ điều khiển mờ bù ................................................................47

Hình 3. 11. Mô hình bộ điều khiển mờ lai chỉnh định mờ tham số bộ điều khiển PID

...................................................................................................................................49

Hình 3. 12. Cấu trúc bên trong bộ chỉnh định mờ.....................................................50

Hình 3. 13. Định nghĩa các biến vào ra của bộ điều khiển mờ lai PD......................53

Hình 3. 14 .Định nghĩa các tập mờ cho biến ET của bộ điều khiển mờ lai PD........53

Hình 3. 15. Định nghĩa các tập mờ cho biến DET của bộ điều khiển mờ lai PD .....53

Hình 3. 16 . Định nghĩa các tập mờ cho biến U của bộ điều khiển mờ lai PD.........54

Hình 3. 17. Xây dựng các luật điều khiển cho bộ điều khiển mờ lai PD..................54

Hình 3. 18. Bề mặt đặc trưng cho quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ lai PD......54

Hình 3. 19. Quan sát tín hiệu vào ra của bộ mờ lai PD.............................................55

Hình 3. 20. Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển mờ lai PD nối song song......................55

Hình 3. 21. Đáp ứng vị trí bộ điều chỉnh mờ lai PD nối song song..........................56

Hình 3. 22. Đáp ứng tốc độ bộ điều chỉnh mờ lai PD nối song song. ......................56

Hình 3. 23. Đáp ứng mô men bộ điều chỉnh mờ lai PD nối song song. ...................56

Hình 3. 24 . Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển mờ lai PD nối nối tiếp.........................57

Hình 3. 25. Đáp ứng vị trí bộ điều chỉnh mờ lai PD nối nối tiếp..............................57

Hình 3. 26. Đáp ứng tốc độ bộ điều chỉnh mờ lai PD nối nối tiếp. ..........................57

Hình 3. 27. Đáp ứng mô men bộ điều chỉnh mờ lai PD nối nối tiếp. .......................57

Hình 3. 28. Sơ đồ mô phỏng so sánh chất lượng bộ điều khiển PID........................58

Hình 3. 29. Đáp ứng vị trí với khoảng dịch chuyển 0.01rad.....................................58

Hình 3. 30. Đáp ứng tốc độ với khoảng dich chuyển 0.01 rad .................................59

Hình 3. 31 Đáp ứng mô men với khoảng dich chuyển 0.01 rad ...............................59

Hình 3. 32. Đáp ứng vị trí với khoảng dịch chuyển 0.1rad.......................................60

Hình 3. 33. Đáp ứng tốc độ với khoảng dich chuyển 0.1 rad ...................................60

Hình 3. 34. Đáp ứng mô men với khoảng dich chuyển 0.1 rad ................................60

Hình 3. 35. Đáp ứng vị trí với khoảng dịch chuyển 1rad..........................................61

Hình 3. 36. Đáp ứng tốc độ với khoảng dich chuyển 1 rad ......................................61

viii

Hình 3. 37. Đáp ứng mô men với khoảng dich chuyển 1 rad ...................................62

Hình 3. 38. Đáp ứng vị trí với khoảng dịch chuyển 10 rad.......................................62

Hình 3. 39. Đáp ứng tốc độ với khoảng dich chuyển 10 rad ....................................63

Hình 3. 40. Đáp ứng mô men với khoảng dich chuyển 10 rad .................................63