BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
.......................................
Cao Thành Trung
Nghiên cứ đu ánh giá các phương pháp đ ềi u khiển
hi n n ệ đại cho các bộ ồ ngu đóng cắt.
LUẬN VĂ ẠN TH C SĨ Ọ KHOA H C
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : T.S Nguyễ ến Th Công
HÀ NỘI – 2010
1
LỜI NÓI ĐẦU
Mộ ữ ế ố ọ ả ảt trong nh ng y u t quan tr ng nh hưởng đến kh nă ệ ủng làm vi c c a
các thiết bị đ ệ i n tử công suất nói chung chính là phương pháp đ ềi u khiển được
chọn cho các bộ biến đổi đó. Từ trước đến này, các thuật toán đ ềi u khiển thiết bị
đ ệ ử ấ ủi n t công su t ch yế ựu d a trên kỹ thuậ đ ềt i u khiển tuyế đ ản tính. Khi ó kh năng
làm việc của các thiế ị đ ệ ử ấ ẽ ự ỏ ệ ủ ế ốt b i n t công su t s là s “th a hi p” c a hai y u t sau:
1) tính đơn gi n cả ủa việc giả thiết mô hình các thiết bị ế ạ là tuy n tính và 2) ph m vi
có hiệu lực của thuật toán đ ềi u khiển được chọn cho mô hình đó.
Để tránh được nhược đ ểi m nêu trên, chúng ta có thể sử dụng hai phương
pháp sau. Phương pháp thứ ấ ử nh t là s dụ ủ ế ị đ ệng mô hình chính xác c a các thi t b i n
t iử công suất và sau đó áp dụng các thuật toán đ ều khiển phù hợp với mô hình đó.
Tuy nhiên, phương pháp này tốn nhiều thời gian và khá phức tạp nếu các thiết bị
đ ệ ử ấ ế ố ủi n t công su t có tính phi tuy n cao và các thông s c a thiế ịt b không xác định
được. Phương pháp thứ ử hai là s dụ ỹ ậ ậng k thu t “suy lu n khám phá” (heuristic
reasoning) dựa trên kinh nghiệ ớm chuyên gia (expert experience) đối v i các các
thiết bị Đ ề ĩ đ ề ể ế ị ấ ẽ này. i u này có ngh a là phương pháp i u khi n các thi t b công su t s
dựa trên kinh nghiệm của người vận hành. Kinh nghiệm này thường là tập hợp của
các mệnh đề và quy tắ ởc dạ ữ ờ đ ểng ngôn ng , nh ó mà khâu mô hình hóa có th
được bỏ ế ế ộ đ ề ể ỉ ự qua và quy trình thi t k b i u khi n ch còn là s “chuyển đổi” của một
tập các quy tắc ngôn ngữ thành thuật toán đ ềi u khiển tự động. Ở đ ây, logic mờ
(fuzzy logic) đóng một vai trò quan trọng trong việc đưa ra một c t yơ ấ c u thiế ếu cho
việc thực hiện quy trình chuyển đổi trên.
Trong nhiều năm qua, các bộ biến đổi DC/DC được sử dụ ộng r ng rãi trong
các ứng dụng công nghiệp, thương mại và dân sự. Vì vậy trong luận văn này các bộ
bi n ế đổ đểi DC/DC là các đối tượng triển khai các thuật toán đ ềi u khiển trong lĩnh
v iực đ ện tử công suất. Do đó, luận văn này tổng hợp quy trình phát triển một hệ
đ ề ể ờ đ ề ể ộ ếi u khi n logic m và i u khi n PI cho các b bi n đổi DC/DC với các bước thiết
2
kế, phân tích, mô phỏ ờ ả ă ệ ủ ộ đ ề ểng đồng th i so sánh kh n ng làm vi c c a các b i u khi n
này.
Bố ụ ủ ậ ă ư c c c a lu n v n nh sau:
Chương 1: Tổng quan về các bộ biến đổi DC/DC có biến áp
Chương 2: Bộ biến đổi Flyback
Chương 3: Tổng quan về đ ề i u khiển mờ
Chương 4: Mô phỏng bộ biến đổi Flyback sử dụng MALAB Simulink và
Plecs
Trong quá trình làm đồ án em đã nhận được sự ẫ hướng d n giúp đỡ và chỉ ả b o
tận tình của thầy giáo TS. Nguyễn Thế Công. Em xin chân thành cảm ơn thầy và
toàn thể ầ ộ ế ị Đ ệ Đ ệ ử đ các th y cô giáo trong b môn Thi t b i n- i n t ã giúp đỡ em trong
quá trình học tập tại trường.
3
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.......................................................................................................................1
M ỤC LỤC .............................................................................................................................3
Chương 1: Tổng quan về các bộ biến đổi DC/DC có biến áp ...........................................5
1.1.Khái quát về ộ b biến đổi DC/DC.............................................................................5
1.2. Các bộ biến đổi có biến áp......................................................................................6
1.2.1.Bộ biến đổi thuận..............................................................................................6
1.2.2.Bộ biến đổi kiểu đẩy - kéo................................................................................6
1.2.3.Bộ biến đổi hồi tiếp...........................................................................................7
1.2.4.Bộ biến đổi cầu bán phần..................................................................................7
1.2.5Bộ biến đổi cầu toàn phần..................................................................................8
Chương 2:Bộ ế bi n đổi Flyback..........................................................................................9
2.1 Nguyên lý hoạt động................................................................................................9
2.1.1.Chế độ liên tục................................................................................................10
2.1.2.Chế độ gián đ ạo n ............................................................................................12
2.2 Tính toán thiết kế ộ b biế ởn đổi Flyback chế độ liên tục.......................................14
2.2.1 Yêu cầu thiết kế..............................................................................................14
2.2.2 Xem xét thiết kế ơ ộ s b ....................................................................................14
2.2.3 Thiết kế máy biến áp.......................................................................................15
2.2.4 Lựa chọn các van bán dẫn...............................................................................17
Chương 3:Tổng quan về đ ề i u khiển mờ..........................................................................19
3.1. Khái niệm về ậ t p mờ:............................................................................................19
3.1.1. Định nghĩa: ....................................................................................................19
3.1.2. Độ cao, miền xác định và miền tin cậy củ ậ ờa t p m :......................................20
3.2. Các phép toán trên tập mờ:...................................................................................21
3.2.1. Phép hợp: .......................................................................................................21
3.2.2. Phép giao: ......................................................................................................23
3.2.3. Phép bù: .........................................................................................................24
3.3. Luật hợp thành mờ:...............................................................................................25
3.3.1. M p thành: .......................................................................................25 ệ ợnh đề h
3.3.2. Mô tả ệ m nh đề h p thành: .............................................................................25 ợ
3.3.3. Lu :........................................................................................27 ật hợp thành mờ
3.4. Giải mờ: ................................................................................................................30
3.4.1. Phương pháp cực đại: ....................................................................................30
3.4.2. Phương pháp đ ểi m trọng tâm:........................................................................32
3.5. Bộ đ ề i u khiển mờ:.................................................................................................34
3.5.1. Bộ đ ề i u khiển mờ ơ ả c b n:..............................................................................34
3.5.2. Tổng h p bợ ộ đ ề i u khiển mờ:..........................................................................35
3.6 u khiĐ ềiển mờ áp dụng trong các bộ biến đổi DC/DC.........................................37
Chương 4: Sử d ch Flyback ......................39 ụng Matlab Simulink và Plecs mô phỏng mạ
4.1 Phần mềm mô phỏ đ ệng i n tử công suất Plecs........................................................39
4
4.2 Mô phỏng...............................................................................................................40
4.2.1 Sử ụ d ng b u khiộ đ ề i ển PI................................................................................41
4.2.1.1 Mô hình mô ph dỏng bộ biến đổi Flyback sử ụng bộ đ ề i u khiển PI ở chế
độ bình thường.....................................................................................................41
4.2.1.2 Mô hình mô ph dỏng bộ biến đổi Flyback sử ụng bộ đ ề i u khiển PI với tải
biến thiên..............................................................................................................44
4.2.1.3 Mô hình mô ph dỏng bộ biến đổi Flyback sử ụng bộ đ ề i u khiển PI với đ ệi n
áp đầu vào biến thiên ...............................................................................................47
4.2.2 Sử ụ d ng b u khiộ đ ề i ển mờ..............................................................................50
4.2.2.1Mô hình mô phỏng bộ biế ử ụ ộ đ ề ển đổi Flyback s d ng b i u khi n Fuzzy: ..50
4.2.2.2 Mô hình mô ph dỏng bộ biến đổi Flyback sử ụng bộ đ ề i u khiển Fuzzy với
tải biến thiên.........................................................................................................53
4.2.2.3 Mô hình mô ph dỏng bộ biến đổi Flyback sử ụng bộ đ ề i u khiển Fuzzy với
đ ệi n áp đầu vào biến thiên ...................................................................................56
4.3 So sánh:..................................................................................................................59
4.3.1 Tr ng: .................................................................59 ạng thái hoạt động bình thườ
4.3.2 Khi tải biến thiên.............................................................................................59
4.3.3 Khi đ ệi n áp đầu vào biến thiên .......................................................................60
4.4 Nhận xét đánh giá ..................................................................................................60
KẾT LUẬN..........................................................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................64