Bài giảng Điều khiển số máy điện: Chương 5 - TS. Nguyễn Thanh Sơn

Bài giảng Điều khiển số máy điện: Chương 5 Điều khiển số các bộ biến đổi công suất cung cấp cho người học những kiến thức như: Phạm vi ứng dụng điều khiển số; Cơ sở lý thuyết của điều khiển số; Phân loại các bộ biến đổi AC/DC công suất; Phân loại tải của các bộ AC/DC công suất;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Điều khiển số máy điện: Chương 5 - TS. Nguyễn Thanh Sơn Chương 5. Điều khiển số các bộ biến đổi công suất1 Giới thiệu Các thiết bị điện tử công suất hay các bộ biến đổi công suất bao gồm 1. Các bộ biến đổi AC/DC, 2. Các bộ biến đổi DC/AC, 3. Các bộ biến đổi DC/DC, 4. Các bộ biến đổi AC/AC và AC/DC/AC. được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp, thương mại và dân sự. 22 1 Giới thiệu Từ đầu những năm 1960 đến cuối những năm 1970, các thiết bị điện tử công suất được điều khiển dựa trên lý thuyết điều khiển tương tự (analog control theory) với công nghệ phần cứng tích hợp tương tự. Từ đầu những năm 1980 trở đi chất lượng điều khiển các thiết bị điện tử công suất được nâng cao đáng kể nhờ có các công nghệ điều khiển số triển khai trên các phần cứng xử lý số (digital processors): MCU, DSP, ARM,... 33 Giới thiệu Từ đầu những năm 1990 các phương pháp điều khiển số hiện đại bao gồm điều khiển phi tuyến theo mô hình và điều khiển thông minh được ứng dụng phổ biến trong điều khiển thiết bị điện tử công suất. Phân tích và mô phỏng quá trình làm việc của các thiết bị điện tử công suất cùng các bộ điều khiển đi kèm đóng một vai trò quan trọng trong quy trình thiết kế chính xác các hệ thống điện tử công suất. 44 2 Giới thiệu Nội dung của chương này bắt nguồn từ nhu cầu phát triển và phân tích các thuật toán điều khiển số cho các thiết bị điện tử công suất bao gồm: 1. Điều khiển số tuyến tính một vào-một ra (SISO) 2. Điều khiển số phi tuyến một vào-nhiều ra (SIMO) 55 1. Phạm vi ứng dụng điều khiển số  Điều khiển điện tử công suất và truyền động điện  Điều khiển các hệ thống điện nhiệt, thủy lực, khí nén, máy gia công cắt gọt CNC.  Điều khiển tối ưu (điều khiển thông minh) về tiêu thụ năng lượng (BMS, nhà máy xử lý nước, nhà máy xi măng).  Điều khiển tự động (điều khiển thông minh) các phương tiện giao thông (máy bay, tàu thủy).  ... 66 3 2. Cơ sở lý thuyết của điều khiển số  Tín hiệu số và mã hóa  Các thiết bị lấy mẫu và giữ mẫu  Chuyển đổi tương tự sang số  Chuyển đổi số sang tương tự  Chuyển đổi dữ liệu: Giữ bậc không (ZOH)  Chuyển đổi dữ liệu: Giữ bậc nhất (FOH)  Chuyển đổi dữ liệu: Giữ bậc hai (SOH)  Biến đổi Laplace  Biến đổi z 77 2. Cơ sở lý thuyết của điều khiển số  Ánh xạ từ mặt phẳng p vào mặt phẳng z Mặt phẳng p (mặt phẳng s) Mặt phẳng z 88 4 2. Cơ sở lý thuyết của điều khiển số  Giữ bậc không (ZOH/Zero-Order Hold) 99 2. Cơ sở lý thuyết của điều khiển số Tham khảo: 1. D. Ibrahim, Microcontroller Based Applied Digital Control: Wiley, 2006. 2. F. L. Luo, H. Ye, and M. Rashid, Digital Power Electronics and Applications, Elsevier Academic Press, 2005. 1010 5 3. Phân loại các bộ biến đổi AC/DC công suất Các bộ biến đổi AC/DC nguồn dòng: chỉnh lưu điều khiển tiristo (phase-controlled rectifiers/SCR rectifiers). Các bộ biến đổi AC/DC nguồn áp: Chỉnh lưu điốt một pha không hoặc có bù công suất phản kháng (Power Factor Correction) và bù méo hài dòng điện, chỉnh lưu cầu MOSFET-D hay IGBT-D có bù công suất phản kháng và bù sóng hài. 1111 4. Phân loại tải của các bộ AC/DC công suất Tải bậc nhất (First-Order Load) Tải bậc nhất kết hợp với phần tử tích phân (First- Order Load with Integral Element) 1212 6 4.1 Tải bậc nhất khi điều khiển vòng hở Tải bậc nhất có dạng hàm truyền trong miền p như sau: K1 N  p G1  p    (4.1) 1  p 1 D  p  Từ phương trình đặc tính D(p) = 0 ta thấy hệ luôn ổn định vì có duy nhất một cực nằm bên trái mặt phẳng p. Cực có giá trị phần thực ...