Xây dựng thuật toán xác định tham số tối ưu cho bộ điều khiển PID cấp nước vào tuốc bin thủy điện

Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> XÂY DỰNG THUẬT TOÁN XÁC ĐỊNH THAM SỐ TỐI ƯU CHO BỘ<br /> ĐIỀU KHIỂN PID CẤP NƯỚC VÀO TUỐC BIN THỦY ĐIỆN<br /> Đặng Tiến Trung1,*, Phạm Tuấn Thành2<br /> Tóm tắt: Bài báo trình bày việc xác định các tham số tối ưu trong luật điều<br /> khiển PID cho van cấp nước vào tuốc bin nhà máy thủy điện vừa và nhỏ nhằm ổn<br /> định tần số điện áp phát trong điều kiện tải thay đổi.<br /> Từ khóa: Tối ưu, Tần số chuẩn.<br /> <br /> 1. MỞ ĐẦU<br /> Trong bài báo [2] đã trình bày mô hình toán mô tả quan hệ giữa góc quay cánh lái<br /> hướng của van cấp nước có thế năng và động năng cho tuốc bin của tổ hợp “tuốc bin+máy<br /> phát điện” trong nhà máy thủy điện vừa và nhỏ với việc thay đổi tần số quay của tuốc bin.<br /> Tuy nhiên, chưa trình bày thuật toán hình thành giá trị lệnh U nhằm ổn định tần số điện áp<br /> phát ở giá trị chuẩn 50 Hz. Hiện nay, ở các nhà máy thủy điện hiện có luật điều khiển van<br /> cấp nước thường được áp dụng là luật PID tín hiệu sai lệch giữa tần số quay hiện có của<br /> tuốc bin với tần số chuẩn 0 ( 0  2 f 0  2 50  100 ). Tuy nhiên, như bài báo [2]<br /> đã phân tích các tham số mô hình mô tả động học quay tuốc bin thủy điện vừa và nhỏ<br /> không có bể điều áp thường thay đổi, phụ thuộc vào cao trình của hồ chứa nước hoặc tốc<br /> độ dòng chảy. Điều này đòi hỏi phải thường xuyên chỉnh định tham số của luật điều khiển<br /> PID. Trong [2] cũng đã trình bày thuật toán nhận dạng tham số mô hình phụ thuộc vào cao<br /> trình của hồ chứa nước hoặc tốc độ dòng chảy. Việc có thông tin về các tham số mô hình<br /> cho phép định kỳ hiệu chỉnh tham số bộ điều khiển PID. Trong bài báo này sẽ tiếp tục<br /> trình bày thuật toán xác định giá trị bộ tham số tối ưu PID để sai số bám sát tần số chuẩn<br /> đạt giá trị nhỏ nhất.<br /> 2. XÂY DỰNG THUẬT TOÁN XÁC ĐỊNH THAM SỐ TỐI ƯU<br /> CHO BỘ ĐIỀU KHIỂN PID<br /> Trong bài báo [2] đã cho thấy mô hình mô tả quan hệ giữa tín hiệu điều khiển quay<br /> cánh lái hướng và tần số quay của tuốc bin như sau:<br /> d<br /> T    K  z1 (1)<br /> dt<br /> d 2 d<br /> T 2   K uU  z2 (2)<br /> dt dt<br /> Trong đó:  - Tần số quay của tuốc bin,  - Góc cánh lái hướng dòng nước cấp vào<br /> tuốc bin (khi   0 thì van đóng và ngừng nước cấp vào tuốc bin, còn khi    max thì<br /> van mở hết cỡ), các tham số T , T , K , K u phụ thuộc vào áp lực và tốc độ chảy của cột<br /> nước, tham số z2 phụ thuộc vào áp lực cột nước, tham số z1 ngoài sự phụ thuộc và áp lực<br /> và dòng chảy còn phụ thuộc vào tải tiêu thụ được phân bổ cho máy phát điện. Tần số<br /> chuẩn tuốc bin cần quay là:<br /> 0  2 f 0  2 50  100 (rađian/giây) (3)<br /> Nhiệm vụ điều khiển máy phát điện ở các nhà máy thủy điện gồm hai nhiệm vụ chính<br /> là điều khiển kích từ rotor máy phát để biên độ điện áp phát ra ổn định ở giá trị danh định<br /> và điều khiển cánh lái hướng dòng nước cấp cho tuốc bin quay rotor đảm bảo tần số điện<br /> <br /> <br /> 38 Đ. T. Trung, P. T. Thành, “Xây dựng thuật toán xác định tham số … tuốc bin thủy điện.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> áp phát ra ổn định ở giá trị danh định trong giải thay đổi của tải z1 do hệ thống điện lưới<br /> yêu cầu. Việc điều khiển phần kích từ đã nhiều công trình công bố, không được xem xét<br /> trong bài báo này. Đối với tất cả các máy phát thủy điện hiện có ở nước ta hiện nay thuật<br /> toán điều khiển cánh lái hướng thường áp dụng lệnh điều khiển PID [1] tín hiệu sai lệch<br /> giữa tần số thực và tần số chuẩn, tức là:<br /> t<br /> 1 de<br /> U (t )  K p (e(t )   e( )d  TD ) (4)<br /> TI 0 dt<br /> trong đó: e(t )   (t )  0 (5)<br /> Vấn đề chọn các giá trị cho các tham số Kp, TI, TD trong luật điều khiển (4) cần phải<br /> xem xét. Hiện nay, các giá trị này được xác định là các hằng số dựa trên bộ tham số danh<br /> định, không thay đổi trong quá trình tuốc bin hoạt động. Vì có thuật toán nhận dạng tham<br /> số mô hình động học, nên có thể định kỳ tự động hiệu chỉnh các tham số Kp, TI, TD để đạt<br /> hiệu quả ổn định tần số quay tuốc bin.<br /> Từ hai phương trình (1), (2) và luật điều khiển (4) có thể xây dựng sơ đồ chức năng mô<br /> tả quá trình điều khiển (hình 1).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Sơ đồ chức năng quá trình điều khiển quay tuốc bin máy phát điện.<br /> Vì hệ phương trình (1), (2) là tuyến tính, các tham số T , T , K , K u thay đổi theo cao<br /> trình của hồ chứa nước hoặc tốc độ dòng chảy (hoặc thay đổi theo cả hai yếu tố này). Tuy<br /> nhiên, có thể coi là hằng số cho một khoảng thời gian nhất định, vì vậy, có thể ứng dụng<br /> biến đổi Laplace để xây dựng hàm truyền cho các khối trong mô hình chức năng như hình<br /> 1 và cho luật điều khiển (4), khi đó, nhận được sơ đồ khối như sau (hình 2):<br /> Z2 Z1<br /> w0 Dw TI 1 a 1 w<br /> K p (1   TD p) Ku K<br /> p Ta p 2  p Tp  1<br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Sơ đồ khối hệ thống ổn định tần số quay tuốc bin nhà máy thủy điện.<br /> Khi tải của lưới điện phân cho máy phát thay đổi thì tần số quay của tuốc bin sẽ thay<br /> đổi, khi đó, luật điều khiển PID sẽ điều chỉnh dòng nước cấp vào tuốc bin nhằm đưa tuốc<br /> bin quay về tần số chuẩn. Cần xác định các giá trị bộ tham số Kp, TI, TD sao cho: Tích<br /> phân bình phương sai số bám sát tần số chuẩn đạt giá trị nhỏ nhất, tức là:<br /> <br /> Q   e 2 (t )dt  min (6)<br /> 0<br /> <br /> Từ hình 2 có thể nhận được:<br /> E( p)  D ( p)  0 ( p)   ( p)   0 ( p)  W0 ( p)E( p) (7)<br /> ở đây, W0 ( p ) là tích các hàm truyền bộ biến đổi PID với hàm truyền động học hệ thống<br /> quay tuốc bin, tức là:<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 53, 02 - 2018 39<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> TI KK u<br /> W0 ( P )  K p (1   TD P ) (8)<br /> P P(T P  1)(TP  1)<br /> Biến đổi (8) nhận được W0 ( p ) dưới dạng phân số phổ biến sau:<br /> K p (TD P 2  P  TI ) K 0<br /> W0 ( p)  (9)<br /> P 2 (T P  1)(TP  1)<br /> trong đó: K 0  KK u (10)<br /> 0 ( P )<br /> Từ (7) có: E ( P)  (11)<br /> 1  W0 ( P )<br /> Vì 0 (t ) là hằng số như biểu thức (3) nên có:<br /> 100<br /> 0 ( P)  (12)<br /> P<br /> Thay (9) và (12) vào (11) nhận được:<br /> 100 P[T TP 3  (T  T ) P 2  P ]<br /> E ( P)  (13)<br /> P [K p (TD P 2  P  TI ) K 0 +T TP 4  (T  T ) P 3  P 2 ]<br /> 100 T TP 3  100 (T  T ) P 2  100 P<br /> hoặc: E ( P)  (14)<br /> T TP 4  (T  T ) P 3  ( K p K 0TD  1) P 2  K p K 0 P  K p K 0TI<br /> Theo công thức Parseval [4] nếu tín hiệu e(t ) có biến đổi Laplace dưới dạng sau:<br /> b0  b1 P  ...  bn 1 P n 1<br /> E ( P)  (15)<br /> a0  a1 P  ...  an 1 P n 1  P n<br /> Thì Q tính theo (6) có thể được xác định như sau:<br />   j<br /> 2 1 2 1<br /> Q   e (t )dt   E ( j ) d   E ( P ) E ( P)dP<br /> 2 j j<br /> (16)<br /> 0<br /> 2 <br /> <br /> trong trường hợp n=4 (tra từ bảng 2.4 trang 150 tài liệu [4]) thì:<br /> b32 (a0 a1a2  a02 a3 )  (b22  2b1b3 )a0 a1  (b12  2b0b2 )a0 a3  b02 (a2 a3  a1 )<br /> Q (17)<br /> 2a0 (a1a2 a3  a0 a32  a12 )<br /> Để đưa phân số (14) về dạng (15) tiến hành chia cả tử số và mẫu số (14) cho giá trị<br /> T T và đổi chỗ các số hạng sẽ nhận được:<br /> 100 100 (T  T ) 2<br /> P+ P  100 P 3<br /> T T T T<br /> E ( P)  (18)<br /> K p K 0TI K p K 0 ( K K T  1) 2 (T  T ) 3<br />  P p 0 D P  P  P4<br /> T T T T T T T T<br /> Đối chiếu biểu thức (18) với biểu thức (15) cho thấy:<br /> 100 100 (T  T )<br /> b0  0 ; b1  ; b2  ; b3 =100 (19)<br /> T T T T<br /> <br /> <br /> 40 Đ. T. Trung, P. T. Thành, “Xây dựng thuật toán xác định tham số … tuốc bin thủy điện.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> K p K 0TI K p K0 ( K p K 0TD  1) (T  T )<br /> a0  ; a1  ; a2  ; a3  (20)<br /> T T T T T T T T<br /> Vì b0  0 nên Q xác định theo (17) sẽ là:<br /> <br /> b32 (a0 a1a2  a02 a3 )  (b22  2b1b3 )a0 a1  b12 a0 a3<br /> Q (21)<br /> 2a0 (a1a2 a3  a0 a32  a12 )<br /> b32 (a1a2  a0 a3 )  (b22  2b1b3 )a1  b12 a3<br /> hoặc: Q (22)<br /> 2(a1a2 a3  a0 a32  a12 )<br /> Như trên đã phân tích ứng với mỗi bộ tham số mô hình K 0 , T , T cần xác định giá trị<br /> các tham số Kp, TI, TD của bộ điều khiển PID sao cho Q đạt giá trị nhỏ nhất như yêu<br /> cầu nêu ra ở tiêu chuẩn (6). Từ các công thức của (19) và công thức thứ tư của (20) cho<br /> thấy các hệ số b1 ,b2, b3, a3 chỉ phụ thuộc vào các tham số mô hình ( T và T ) và có thể coi<br /> là không thay đổi trong chu kỳ “nhận dạng và điều khiển”. Từ ba công thức đầu của công<br /> thức (20) cho thấy 3 hệ số a0, a1, a2 ngoài phụ thuộc vào các tham số của mô hình K 0 , T ,<br /> T còn phụ thuộc vào các tham số Kp, TI, TD của luật điều khiển PID . Cần chọn các tham<br /> số này sao cho đạt yêu cầu trong biểu thức (6). Để tiện trong biến đổi các công thức toán<br /> học ta đặt:<br /> x  K p , y  TD , z  TI (23)<br /> K p K 0TI K p K0 ( K p K 0TD  1)<br /> a0   c1 xz ; a1   c1 x ; a2   c1 xy  c2 (24)<br /> T T T T T T<br /> K0 1<br /> trong đó: c1  ; c2  (25)<br /> T T T T<br /> Thay các hằng số a0 , a1 , a2 ở biểu thức (22) bằng các biểu thức (24) có:<br /> <br /> b32 [c1 x(c1 xy  c2 )  c1 xza3 ]  (b22  2b1b3 )c1 x  b12 a3<br /> Q (26)<br /> 2[c1 x(c1 xy  c2 )a3  c1 xza32  c12 x 2 ]<br /> <br /> b32 c12 x 2 y  b32 c1a3 xz  (b32 c2  b22  2b1b3 )c1 x  b12 a3<br /> Hoặc: Q (27)<br /> 2c12 a3 x 2 y  2c1a32 xz  2c12 x 2  2c1c2 a3 x<br /> Vì các hệ số b1 , b2 , b3 , a3 , c1 , c2 phụ thuộc vào tham số mô hình hoặc vào các con<br /> số cụ thể được tính theo các biểu thức (19), (20), (25) sẽ là những số cụ thể (không là biến)<br /> nên có thể đặt:<br /> d1  b32 c12 ; d 2  b32 c1a3 ; d3  (b32 c2  b22  2b1b3 )c1 ; d 4  b12 a3 (28)<br /> 2 2 2<br /> d5 =2c a ; d 6  2c a<br /> 1 3 1 3; d 7  2c ; d8  2c1c2 a3<br /> 1 (29)<br /> Khi này biểu thức (27) được viết gọn như sau:<br /> d1 x 2 y  d 2 xz  d3 x  d 4<br /> Q (30)<br /> d5 x 2 y  d 6 xz  d 7 x 2  d8 x<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 53, 02 - 2018 41<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> Từ (30) cho thấy hàm Q là hàm nhiều biến. Vì các hệ số d1 , d 2 , d3 , d 4 , d 5 ,<br /> d 6 , d 7 , d8 là các hằng số đã được xác định (phụ thuộc vào tham số mô hình động học mô<br /> tả sự quay của tuốc bin + máy phát điện), nên để cực tiểu hóa hàm Q ( x, y, z ) theo yêu cầu<br /> của tiêu chuẩn (6) theo lý thuyết đại số hàm đa biến [3] cần tìm các giá trị của các biến số<br /> x , y , z để có ba phương trình sau:<br /> Q Q Q<br />  0;  0; 0 (31)<br /> x y z<br /> Căn cứ vào hàm theo biểu thức(30) có thể xác định ba phương trình dạng (31) như sau:<br /> Q (2d1 xy  d 2 z  d3 )(d5 x 2 y  d 6 xz  d 7 x 2  d8 x)<br />  <br /> x (d5 x 2 y  d 6 xz  d 7 x 2  d8 x) 2<br /> (32)<br /> (2d5 xy  d 6 z  2d 7 x  d8 )(d1 x 2 y  d 2 xz  d3 x  d 4 )<br /> 0<br /> (d5 x 2 y  d 6 xz  d 7 x 2  d8 x) 2<br /> Q 2d1 x 2 (d5 x 2 y  d 6 xz  d 7 x 2  d8 x)  2d5 x 2 (d1 x 2 y  d 2 xz  d3 x  d 4 )<br />   0 (33)<br /> y (d5 x 2 y  d 6 xz  d 7 x 2  d8 x) 2<br /> Q d 2 x(d5 x 2 y  d 6 xz  d 7 x 2  d8 x)  d 6 x(d1 x 2 y  d 2 xz  d3 x  d 4 )<br />  0 (34)<br /> z (d5 x 2 y  d 6 xz  d 7 x 2  d8 x) 2<br /> Triển khai phương trình (32) nhận được:<br />  d1d 6 x 2 yz  d1d8 x 2 y  d 2 d5 x 2 yz  d3 d5 x 2 y<br /> 2d 4 d5 xy  d 4 d 6 z  d 2 d 7 x 2 z  2d 4 d 7 x  d 4 d8<br /> (d 2 d5  d1d 6 ) x 2 yz  (d1d8  d3 d5 ) x 2 y<br /> hoặc: (35)<br /> 2d 4 d5 xy  d 4 d 6 z  d 2 d 7 x 2 z  2d 4 d 7 x  d 4 d8  0<br /> Triển khai phương trình (33) nhận được:<br /> 2(d 2 d5  d1d 6 ) x 3 z  2d1d 7 x 4  2(d1d8  d3 d5 ) x 3  2d 4 d5 x 2  0<br /> hoặc (d 2 d5  d1d 6 ) xz  d1d 7 x 2  (d1d8  d3 d5 ) x  d 4 d5  0 (36)<br /> Triển khai phương trình (34) nhận được:<br />  d 2 d5 x 3 y  d 2 d 7 x 3  d 2 d8 x 2  d 6 d1 x 3 y  d3 d 6 x 2  d 4 d 6 x  0<br /> hoặc:  d 2 d5 x 2 y  d 2 d 7 x 2  d 2 d8 x  d 6 d1 x 2 y  d3 d 6 x  d 4 d 6  0<br /> hoặc: (d1d 6  d 2 d5 ) x 2 y  d 2 d 7 x 2  (d3 d 6  d 2 d8 ) x  d 4 d 6  0 (37)<br /> Từ ba phương trình (35), (36), (37) thiết lập hệ phương trình ba ẩn cần tìm:<br /> (d 2 d5  d1d 6 ) x 2 yz  (d1d8  d3d5 ) x 2 y<br /> 2d 4 d5 xy  d 4 d 6 z  d 2 d 7 x 2 z  2d 4 d 7 x  d 4 d8  0<br /> (38)<br /> (d 2 d5  d1d 6 ) xz  d1d 7 x 2  (d1d8  d3 d5 ) x  d 4 d5  0<br /> (d1d 6  d 2 d5 ) x 2 y  d 2 d 7 x 2  (d3d 6  d 2 d8 ) x  d 4 d 6  0<br /> Để thuận tiện trong biến đổi toán học tiếp tục đặt:<br /> <br /> <br /> 42 Đ. T. Trung, P. T. Thành, “Xây dựng thuật toán xác định tham số … tuốc bin thủy điện.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> d11  (d 2 d5  d1d 6 ) ; d12  (d1d8  d3d 5 ) ; d13  2d 4 d5 ; (39)<br /> d14  d 4 d 6 ; d15  d 2 d 7 ; d16  2d 4 d 7 ; d17  d 4 d8 (40)<br /> d 21  (d 2 d5  d1d 6 ) ; d 22  d1d 7 ; d 23  (d1d8  d3d5 ) ; d 24  d 4 d 5 (41)<br /> d31  (d1d 6  d 2 d5 ) ; d32  d 2 d 7 ; d33  (d3d 6  d 2 d8 ) ; d34  d 4 d 6 (42)<br /> Với các đặt các hệ số như (39), (40), (41), (42) hệ phương trình (38) được viết lại như sau:<br /> d11 x 2 yz  d12 x 2 y  d13 xy  d14 z  d15 x 2 z  d16 x  d17  0<br /> d 21 xz  d 22 x 2  d 23 x  d 24  0 (43)<br /> 2 2<br /> d31 x y  d32 x  d33 x  d34  0<br /> Hệ phương trình ba ẩn (43) là hệ phi tuyến nên không có lời giải dạng giải tích, vì vậy,<br /> phải ứng dụng một phương pháp số nào đó. Một trong các phương pháp số phổ biến<br /> thường dùng là phương pháp số Newton-Raphson [5]. Theo phương pháp này, hệ phương<br /> trinh phi tuyến:<br />  f1 ( x1 , x2 ,..., xn )  0 <br />  f ( x , x ,..., x )   <br />  2 1 2 n <br /> 0<br />  f3 ( x1 , x2 ,..., xn )  0 <br />    <br /> F ( X )  .   .  (44)<br /> .  . <br />    <br /> .  . <br />  f ( x , x ,..., x )  0 <br />  n 1 2 n   <br /> Được xác định nghiệm theo thuật toán truy hồi như sau:<br /> X ( i 1)  X ( i )  J q1 F ( X ( i ) ) (45)<br /> <br /> Trong đó, ma trận J q1 là ma trận nghịch đảo của ma trận Jacobi J q sau:<br />  f1 f1 f1 <br />  x ...<br /> x2 xn <br />  1 <br />  f 2 f 2 f 2 <br />  x ...<br /> x2 xn  (46)<br />  1 <br /> J q  . <br />  <br /> . <br /> . <br />  <br />  f n f n f n <br /> ...<br />  x1 x2 xn <br /> Việc thực hiện phép truy hồi (45) được dừng ở bước thứ N khi thỏa mãn điều kiện sau:<br /> fi ( X ( N ) )   , với mọi i  1, 2,..., n (47)<br /> Trong đó,  là số dương bé tùy ý (   0 ).<br /> Áp dụng thuật toán Newton-Raphson cho trường hợp giải hệ ba phương trình dạng (43)<br /> tiến hành xây dựng ba hàm số sau:<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 53, 02 - 2018 43<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> f1 ( x1 , y, z )  d11 x 2 yz  d12 x 2 y  d13 xy  d14 z  d15 x 2 z  d16 x  d17 (48)<br /> <br /> f 2 ( x1 , y, z )  d 21 xz  d 22 x 2  d 23 x  d 24 (49)<br /> <br /> f3 ( x1 , y, z )  d31 x 2 y  d32 x 2  d33 x  d34 (50)<br /> Tiến hành xác định ma trận Jacobi Jq cho hệ bậc ba (48), (49), (50) như sau:<br />  f1 f1 f1 <br />  x y z <br />    a11a12 a13 <br />  f 2 f 2 f 2   <br /> Jq      a21a22 a23  (51)<br />  x y z   a a a <br />  f3 f3 f3   31 32 33 <br />  <br />  x y z <br /> Từ các hàm số (48), (49), (50) các phần tử aij , i  1, 2,3 , j  1, 2,3 trong ma trận<br /> Jacobi Jq (51) sẽ được xác định:<br /> f1 ( x, y, z )<br /> a11   2d11 xyz  2d12 xy  d13 y  2d15 xz  d16 (52)<br /> x<br /> f ( x, y, z ) f ( x, y, z )<br /> a12  1  d11 x 2 z  d12 x 2  d13 x ; a13  1  d11 x 2 y  d14  d15 x 2 (53)<br /> y z<br /> f 2 ( x, y, z )<br /> a21   d 21 x  2d 22 x  d 23 (54)<br /> x<br /> f ( x, y, z ) f ( x, y, z )<br /> a22  2  0 ; a23  2  d 21 x (55)<br /> y z<br /> f3 ( x, y, z )<br /> a31   2d31 xy  2d32 x  d33 (56)<br /> x<br /> f ( x, y, z ) f ( x, y, z )<br /> a32  3  d31 x 2 ; a33  3 0 (57)<br /> y z<br /> Công thức truy hồi dạng (45) khi này sẽ là:<br />  x (i1)   x i  a a a 1  f (x i , y i , z i ) <br />  (i1)   i   11 12 13   1 i i i <br />  y    y   a21a22 a23   f 2 (x , y , z ) (58)<br />  (i1)   i     i i i<br /> <br />  z   z  a31a32 a33   f 3 (x , y , z ) <br /> Từ các diễn giải trên có thể xây dựng sơ đồ khối của thuật toán xác định các giá trị<br /> tham số luật điều khiển PID cho tuốc bin+máy phát điện trong nhà máy thủy diện công<br /> suất vừa và nhỏ (hình 3). Trong sơ đồ khối có việc đặt các giá trị ban đầu x (0) , y (0) , z (0) .<br /> Điều này được thực hiện trên cơ sở đánh giá các số K 0 , T , T thực tế cho mỗi lần cụ thể.<br /> Kết quả của thuật toán là nghiệm gần đúng của 3 phương trình (43) và theo cách đặt biến<br /> (23) nó chính là các tham số cần tìm K 0 , T , T của luật điều khiển PID (4).<br /> <br /> <br /> <br /> 44 Đ. T. Trung, P. T. Thành, “Xây dựng thuật toán xác định tham số … tuốc bin thủy điện.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 53, 02 - 2018 45<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> 3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG<br /> Mô hình mô phỏng:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Mô hình mô phỏng hệ thống.<br /> Tham số mô phỏng:<br /> T=0.02; Ta=2; K=1.5; Ku=0.2;<br /> - Trường hợp 1: K 0  0.3; T  2; T  0.02<br /> Chạy chương trình tính được Kp = 1.24; TI = 389.9; TD = 2514.9<br /> 60<br /> <br /> <br /> 50<br /> <br /> <br /> 40<br /> Tan so [Hz]<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 30<br /> <br /> <br /> 20<br /> <br /> <br /> 10<br /> <br /> <br /> 0<br /> <br /> <br /> -10<br /> 0 10 20 30 40 50<br /> Thoi gian [s]<br /> <br /> Hình 4. Tần số điện áp phát khi K 0  0.3;T  2;T  0.02 .<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Góc mở van cấp nước khi K 0  0.3;T  2;T  0.02 .<br /> - Trường hợp 2: K 0  0.6;T  2.5;T  0.08<br /> Chạy chương trình tính được Kp = 0.872; TI = 272.5; TD = 830.56<br /> <br /> <br /> <br /> 46 Đ. T. Trung, P. T. Thành, “Xây dựng thuật toán xác định tham số … tuốc bin thủy điện.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> 70<br /> <br /> 60<br /> <br /> 50<br /> <br /> 40<br /> Tan so [Hz]<br /> 30<br /> <br /> 20<br /> <br /> 10<br /> <br /> 0<br /> <br /> -10<br /> 0 10 20 30 40 50<br /> Thoi gian [s]<br /> <br /> Hình 6. Tần số điện áp phát khi K 0  0.6;T  2.5;T  0.08 .<br /> <br /> 25<br /> <br /> <br /> <br /> 20<br /> Goc mo van cap nuoc [do]<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 15<br /> <br /> <br /> <br /> 10<br /> <br /> <br /> <br /> 5<br /> <br /> <br /> <br /> 0<br /> <br /> 0 10 20 30 40 50<br /> Thoi gian [s]<br /> <br /> Hình 7. Góc mở van cấp nước khi K 0  0.6;T  2.5;T  0.08 .<br /> <br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Do tham số mô hình mô tả quá trình cấp nước làm quay tuốc bin nuôi máy phát điện ở<br /> các nhà máy điện vừa và nhỏ (không có bể ổn định thế năng cột nước) thay đổi phụ thuộc<br /> vào cao trình hồ chứa và tốc độ dòng chảy, nên cần phải thường xuyên hiệu chỉnh các<br /> tham số của luật điều khiển van cấp nước nhằm ổn định tần số điện áp phát ra. Bài báo đã<br /> áp dụng công thức Parseval và phương pháp Newton-Raphson tìm nghiệm hệ phương<br /> trình phi tuyến để xây dựng thuật toán xác định các tham số luật điều khiển kiểu PID<br /> tương ứng với bộ tham số mô hình đạt hiệu quả cao theo nghĩa, cực tiểu hóa tích phân bình<br /> phương sai số bám sát.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Lã Văn Út. “Phân tích và điều khiển ổn định hệ thống điện”. NXB Khoa học Kỹ<br /> thuật, Hà Nội, 2011.<br /> [2]. Đặng Tiến Trung, Phạm Tuấn Thành. “Xây dựng mô hình mô tả quá trình điều khiển<br /> cho các máy phát điện của nhà máy thủy điện vừa và nhỏ”. Tạp chí Nghiên cứu Khoa<br /> học và Công nghệ quân sự, số 50, xuất bản tháng 8, năm 2017.<br /> [3]. Nguyễn Doãn Phước. “Lý thuyết Điều khiển tuyến tính”, NXB Khoa học Kỹ thuật,<br /> Hà Nội, 2009.<br /> [4]. GRANINO A. KORN, THERESA M. KORN, “Mathematical Handbook”. New<br /> York, 1968.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 53, 02 - 2018 47<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> [5]. Ranbir Soram, Sudipta, Soram Rakesh Singh, Memeta Khomdram, Swavana Yaikhom,<br /> Sonamani (2013), “On the Rate of Convergence of Newton-Raphson Method”, The<br /> International Journal of Engineering and Science (IJES), Vol. 2, Issue 11.<br /> ABSTRACT<br /> AN EFFICIENT ALGORITHM TO DETERMINE OPTIMA PARAMETERS<br /> OF A PID CONTROLLER FOR HYDRO TURBINE INLET VALVES<br /> In this paper, an efficient algorithm to determine optimal parameters for a PID<br /> control law applied for turbine inlet valves in a small and medium hydroelectric<br /> power plant is presented. The PID controller proposed in this work aims to stabilize<br /> the frequency of generated voltage under load variation conditions.<br /> Keywords: Optimization, Standard frequency.<br /> <br /> <br /> Nhận bài ngày 13 tháng 11 năm 2017<br /> Hoàn thiện ngày 27 tháng 12 năm 2017<br /> Chấp nhận đăng này 26 tháng 02 năm 2018<br /> <br /> <br /> Địa chỉ: 1Khoa KTĐ - Đại học Điện lực;<br /> 2<br /> Học viện KTQS.<br /> *<br /> Email: dangtientrung@gmail.com.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 48 Đ. T. Trung, P. T. Thành, “Xây dựng thuật toán xác định tham số … tuốc bin thủy điện.”<br />