BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRẦN QUẾ SƠN
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG LÀM VIỆC
CỦA BỘ NGUỒN TẦN SỐ 400Hz CHO MÁY BAY
DÙNG PIN LITHIUM-ION
Ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
Mã số: 9520216
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
Hà Nội – 2025
Công trình được hoàn thành tại:
Đại học Bách khoa Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Nguyễn Quang Địch
2. PGS.TS. Nguyễn Kiên Trung
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ
cấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp tại Đại học Bách khoa Hà
Nội
Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Đại học Bách khoa Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp hàng không
dẫn đến bài toán phát triển công nghệ trở nên cấp bách. Một trong
những điểm nhấn trong quá trình phát triển này là việc sử dụng các
động cơ và hệ thống điện tử công suất, thay thế cho các kết cấu cơ
khí lỗi thời [1-4]. Bên cạnh đó, những quy định về bảo vệ môi
trường, cũng đặt ra những yêu cầu mới cho ngành công nghiệp hàng
không trong việc giảm thiểu sử dụng nguyên liệu đốt trong. Do đó,
nguồn cung cấp bên ngoài hiệu suất cao là cần thiết để cung cấp
năng lượng cho máy bay trong thời gian dừng đỗ ở trên sân bay
phục vụ cho công tác bảo trì, bảo dưỡng, kiểm tra, giám sát, sửa
chữa [5], [28]-[31].
Bộ nguồn mặt đất tần số 400Hz (GPU) là một bộ nguồn chuyên
dụng cung cấp cho các máy bay trong thời gian dừng trên mặt đất,
giúp giảm thiểu việc sử dụng nguyên liệu chạy động cơ, đồng thời
không gây ô nhiễm môi trường, giảm thiểu tiếng ồn của động cơ.
Trong quá trình vận hành, các máy bay cần được duy tu và thay
thế thường xuyên thiết bị GPU, tuy nhiên, giá thành nhập ngoại các
thiết bị này rất đắt. Do đó, việc làm chủ công nghệ và hướng đến
chế tạo GPU ở trong nước để thay thế sẽ có ý nghĩa quan trọng, giúp
phát triển nền khoa học và công nghệ và tiết kiệm chi phí.
Như vậy, thiết kế bộ nguồn GPU là một bài toán phức tạp với
nhiều biến đầu vào, và cũng là một hướng nghiên cứu rất thiết thực.
Để đạt được một bộ nguồn với hiệu suất, hiệu quả sử dụng cao, giá
thành giảm so với các sản phẩm thị trường, vai trò của cấu trúc điều
khiển là rất to lớn. Song song với việc tối ưu hóa cấu trúc phần cứng,
các thuật toán điều khiển cũng rất cần thiết phải được nghiên cứu,
áp dụng cho bộ GPU với mục đích nâng cao chất lượng đáp ứng
động học, đảm bảo chỉ tiêu sóng hài điện áp đầu ra. Trong luận án
này, tác giả tập trung nghiên cứu, đề xuất các giải pháp điều khiển
nhằm giải quyết một số hạn chế còn tồn tại trong hệ thống nguồn
GPU, và qua đó cải thiện chất lượng hoạt động của hệ thống.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Cấu trúc phần cứng, hệ điều khiển cho
bộ nguồn mặt đất tần số 400Hz sử dụng trong lĩnh vực hàng không.
2
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu, phát triển cấu trúc phần cứng,
hệ điều khiển cho bộ nguồn tần số 400Hz cấu trúc 3 pha đơn kết
hợp. Cụ thể, nghiên cứu, đề xuất phương án thiết kế phần cứng, các
giải pháp điều khiển, kết hợp với điều chế nhằm giải quyết một số
vấn đề kỹ thuật còn tồn tại trong hệ thống, nâng cao chất lượng điện
áp đầu ra của bộ nguồn..
3. Mục tiêu nghiên cứu
- Nâng cao chất lượng làm việc cho bộ nguồn GPU trong các điều
kiện làm việc với phụ tải ba pha không đối xứng, phụ tải phi tuyến,
và sự cố quá tải.
- Nâng cao chất lượng làm việc cho bộ nguồn GPU trong điều
kiện các tham số của hệ thống và phụ tải thay đổi.
- Điều khiển giới hạn dòng điện DC cung cấp từ hệ thống pin
Lithium đầu vào trong các trường hợp hoạt động với phụ tải 1 pha,
và trường hợp hoạt động với phụ tải 3 pha
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án là kết hợp nghiên
cứu, phát triển cơ sở lý thuyết về hệ thống, điều khiển, tối ưu hóa, với
mô phỏng kiểm chứng SIL trên phần mềm chuyên dụng Matlab, mô
phỏng trên thiết bị thời gian thực HIL, và thực nghiệm trên mô hình.
- Cách tiếp cận sử dụng xuyên suốt quá trình nghiên cứu là kết
hợp Phân tích/Tổng hợp cho quá trình mô hình hóa đối tượng điều
khiển với cách tiếp cận Hệ thống/Cấu trúc cho quá trình xây dựng
và phát triển phương pháp điều khiển.
5. Những đóng góp mới của luận án
Các đóng góp mới của luận án cụ thể như sau:
a) Đề xuất lựa chọn cấu trúc mạch nghịch lưu 3 cầu H đơn kết
hợp cho bộ nguồn GPU cùng với thiết kế bộ điều khiển cộng hưởng
tỷ lệ PR mạch vòng điện áp nhằm giảm méo dạng sóng hài gây ra
bởi phụ tải phi tuyến, không cân bằng giữa các pha.
b) Đề xuất ứng dụng bộ điều khiển PR thích nghi mô hình tham
chiếu và bộ điều khiển thích nghi với bộ quan sát nhiễu trạng thái
nhằm nâng cao chất lượng bộ điều khiển và ổn định chất lượng điện
áp đầu ra, khi có sai lệch tham số mô hình và biến động của tải.
3
c) Đề xuất ứng dụng điều khiển MPC nhằm hạn chế dòng DC
cho trường hợp hoạt động độc lập từng pha và phương pháp giới
hạn dòng DC tổng 3 pha dựa trên kỹ thuật điều chế 3D-SVM cải
tiến, cho trường hợp quá dòng khi sử dụng phụ tải 3 pha.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học:
+ Luận án có ý nghĩa khoa học rõ rệt khi giải quyết vấn đề khoa
học cấp thiết trong lĩnh vực điện tử công suất ứng dụng cho các bộ
cấp nguồn mặt đất cho máy bay trong điều kiện các phụ tải trên máy
bay yêu cầu chất lượng và độ tin cậy ngày càng cao. Luận án đã góp
phần thúc đẩy hướng nghiên cứu ứng dụng pin và bộ biến đổi điện
tử công suất trong các bộ nguồn GPU, thay thế cho các máy phát
điện quay hoặc nguồn điện lưới trước đây.
- Ý nghĩa thực tiễn:
+ Các kết quả nghiên cứu của luận án đều được kiểm chứng một
cách cẩn thận, chi tiết thông qua cơ sở lý thuyết chắc chắn, mô
phỏng kiểm chứng SIL, công cụ mô phỏng thời gian thực HIL tin
cậy, hầu hết được thực nghiệm trên hệ thống được xây dựng đúng
theo tiêu chuẩn thiết kế của bộ nguồn GPU trong công nghiệp. Do
đó, tất cả các nghiên cứu của luận án đều có tính thực tế cao, có thể
áp dụng trực tiếp cho bộ nguồn GPU trong thực tế.
7. Bố cục và nội dung của luận án
Luận án bao gồm 4 chương và phần kết luận chung:
Chương 1: Đặt vấn đề nghiên cứu
Trình bày tổng quan về bộ nguồn GPU ứng dụng trong ngành
hàng không. Tìm hiểu, phân tích và đánh giá các công trình nghiên
cứu trong nước cũng như trên thế giới trong lĩnh vực liên quan, qua
đó, lựa chọn các mục tiêu nghiên cứu nhằm khắc phục các vấn đề
còn tồn tại của bộ nguồn GPU, mà chưa được giải quyết, hoặc chưa
được giải quyết triệt để trong các công trình nghiên cứu đã công bố
trước, đóng góp những giải pháp mới trong việc nghiên cứu nâng
cao chất lượng của bộ nguồn GPU.
Chương 2: Điều khiển nâng cao chất lượng điện áp của bộ nguồn
GPU trong các điều kiện phụ tải mất cân bằng, phụ tải phi tuyến, và
quá dòng điện phụ tải
