Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện

Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện

TỔNG QUAN

CÁC NGHIÊN CỨU TRƯỚC ĐÂY

Nhu cầu sử dụng hệ thống quang điện ngày càng tăng và việc lắp đặt được mở rộng trên toàn cầu nhờ vào công nghệ tiên tiến và sự hỗ trợ từ chính phủ Tuy nhiên, vẫn tồn tại những thách thức như hiệu suất mạng lưới điện bị giảm do che khuất và độ tin cậy của hệ thống điện PV Hệ thống theo dõi điểm công suất cực đại (MPPT) đóng vai trò quan trọng trong hệ điện mặt trời, do đó cần thử nghiệm các thuật toán MPPT để nâng cao hiệu suất Việc thử nghiệm các tấm pin năng lượng mặt trời là rất cần thiết để giải quyết những vấn đề này.

Các đặc tính đầu ra của mô đun PV chịu ảnh hưởng chủ yếu từ bức xạ mặt trời, nhiệt độ và điện áp của tế bào quang điện Nhiều mô hình toán học đã được nghiên cứu và áp dụng để mô phỏng hiệu suất của các tấm pin mặt trời, với hầu hết các mô hình này tập trung vào việc phân tích tác động của các yếu tố như bức xạ và nhiệt độ hoạt động Để mô hình hóa chính xác các tấm pin mặt trời, cần có kiến thức vững về thông số kỹ thuật của pin PV nhằm đảm bảo chất lượng và hiệu suất Nghiên cứu sử dụng MATLAB/Simulink đã phát triển một mô hình mô phỏng đặc điểm I-V và P-V của pin năng lượng mặt trời, cho phép các nhà nghiên cứu đánh giá tác động của bức xạ và nhiệt độ đến hoạt động của pin.

Điện năng từ các mô đun quang điện (PV) thương mại được tạo ra từ dòng điện và điểm công suất tối ưu Bài viết đề xuất một bộ mô phỏng quang điện dựa trên mạch đơn giản nhằm kiểm tra hiệu suất hoạt động của các mô đun này.

Trong nghiên cứu của Lâm Quang Thái Trang, bộ theo dõi điểm công suất cực đại (MPPT) được phát triển dựa trên các đặc tính I-V và P-V đã được thực nghiệm và mô phỏng trên MATLAB/Simulink Nghiên cứu sử dụng các tham số từ nhà sản xuất như điện áp, dòng điện lớn nhất, dòng điện ngắn mạch, điện áp mạch hở và đường cong I-V, mặc dù thiếu các phương trình toán học cụ thể Mục tiêu chính là lập mô hình tế bào quang điện (PV) nhằm tìm ra đường cong IV tối ưu cho tấm pin PV Mặc dù các nghiên cứu trước đó đã đề xuất các phương pháp xây dựng mô phỏng pin quang điện, nhưng vẫn thiếu hệ thống kiểm chứng tính chính xác, độ tin cậy và sai số trong việc kiểm tra đặc tính của pin quang điện.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Năng lượng tái tạo hiện nay đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của con người, với năng lượng mặt trời là nguồn tài nguyên dồi dào và gần như vô hạn Tại Việt Nam, năng lượng mặt trời có sẵn quanh năm, ổn định, thân thiện với môi trường và miễn phí, phân bố rộng rãi trên các vùng miền Hệ thống pin quang điện đã được sử dụng rộng rãi, tạo ra dòng điện trực tiếp mà không gây ô nhiễm môi trường Pin quang điện là thiết bị bán dẫn không có bộ phận chuyển động, giúp giảm chi phí hoạt động và bảo trì Đặc tính đầu ra của mô đun PV phụ thuộc vào bức xạ mặt trời, nhiệt độ và điện áp của tế bào quang điện Các mô hình toán học PV đã được nghiên cứu và phát triển để mô phỏng các đặc tính đầu ra, cho thấy sự ảnh hưởng của bức xạ mặt trời, nhiệt độ hoạt động và điện áp tải khi tích hợp các tấm pin vào hệ thống.

Hệ thống theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT) đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất của tấm pin mặt trời Việc thử nghiệm các thuật toán MPPT là cần thiết để nâng cao hiệu suất năng lượng Do đó, kiểm tra các hệ thống pin mặt trời là rất quan trọng để nghiên cứu và giải quyết các vấn đề liên quan.

Việc điều khiển hệ thống pin mặt trời đang thu hút sự chú ý từ nhiều nhóm nghiên cứu Mô phỏng trên máy tính là bước đầu tiên quan trọng trong thiết kế và đánh giá hệ thống, nhưng để đạt được độ chính xác cao, cần thực hiện thí nghiệm trên hệ thống thực Tuy nhiên, việc kiểm nghiệm pin mặt trời hiện đại với công suất lớn trong phòng thí nghiệm gặp nhiều khó khăn do yêu cầu không gian rộng, chi phí cao và khả năng tạo điều kiện thời tiết đa dạng như bóng che, cường độ bức xạ và nhiệt độ hạn chế Khi các điều kiện thí nghiệm được đảm bảo, việc sử dụng tấm pin cũng có thể dẫn đến giảm thời gian sử dụng và tăng chi phí do hư hỏng trong quá trình thí nghiệm Do đó, thiết kế hệ thống mô phỏng tấm pin quang điện là giải pháp hiệu quả, cần thiết và tiết kiệm chi phí nhất.

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Việc kiểm tra hoạt động của hệ thống pin quang điện gặp nhiều khó khăn do các yếu tố khách quan như cường độ bức xạ, nhiệt độ và hiện tượng bóng che Để khắc phục điều này, việc phát triển một hệ thống mô phỏng các đặc tính I-V, P-V của pin quang điện là cần thiết, giúp kiểm nghiệm các giải thuật liên quan một cách độc lập trong phòng thí nghiệm Điều này không chỉ tiết kiệm chi phí nghiên cứu mà còn nâng cao hiệu quả trong việc giải quyết các vấn đề liên quan đến hệ thống pin quang điện Tôi đã tiến hành nghiên cứu và thực hiện luận văn dưới sự hướng dẫn tận tình của Thầy TS Quách Thanh Hải.

“Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện”

HVTH: Lâm Quang Thái Trang 4

MỤC TIÊU

Sau khi đọc và nghiên cứu các tài liệu tổng quan, luận văn đề ra các mục tiêu sau:

- Thiết kế hệ thống mô phỏng các đặc tính I-V, P-V cho tấm pin quang điện

- Thiết kế giao diện phần mềm cho hệ thống

- Xây dựng bộ điều khiển và lập trình cho mạch điều khiển

- Tiến hành thực nghiệm và đánh giá dựa trên dữ liệu từ tấm pin thực tế.

PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Phạm vi nghiên cứu tập trung chủ yếu giải quyết các vấn đề sau:

- Mô hình toán học cho pin quang điện

- Thiết kế phần cứng và phần mềm cho hệ thống mô phỏng

- Xây dựng lưu đồ giải thuật, thiết kế và mô phỏng trên Matlab và PSIM

- Lập trình điều khiển trên vi điều khiển.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Tham khảo các tài liệu liên quan

- Phân tích, xây dựng phương trình toán học tấm pin PV

- Phân tích, tính toán để thiết lập sơ đồ nguyên lý và phương án điều khiển hệ thống

- Thi công và thực nghiệm mạch trong thực tế.

Ý NGHĨA VÀ NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN VĂN

Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện là cần thiết để kiểm tra và đánh giá độc lập các đặc tính kỹ thuật của thuật toán MPPT trong phòng thí nghiệm, mà không cần sử dụng tấm pin quang điện thực tế Việc hoàn thiện hệ thống kiểm tra MPPT đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng, góp phần vào xu hướng phát triển bền vững.

HVTH: Lâm Quang Thái Trang 5 đang phát triển mạnh mẽ, đặc biệt tại Việt Nam, trong việc sử dụng năng lượng tái tạo để thay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt và gây ô nhiễm môi trường.

Sản phẩm của luận văn là một hệ thống mô hình vật lý mô phỏng pin quang điện, cho phép nghiên cứu đặc tính I-V và P-V của pin mặt trời trong các điều kiện thời tiết khác nhau Độ tin cậy của hệ thống được xác định thông qua các thí nghiệm thực tế.

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN

Để xác định vấn đề cấp thiết cần giải quyết, cần tham khảo và nghiên cứu tài liệu tổng quan trong nước và thế giới Qua đó, chúng ta sẽ xác định được đối tượng nghiên cứu và đề tài thực hiện một cách rõ ràng.

• Tham khảo, nghiên cứu tài liệu tổng quan trong và ngoài nước liên quan đến đề tài

Nghiên cứu và phân tích mô hình đề tài là bước quan trọng để lựa chọn phương án điều khiển phù hợp Qua đó, việc xác định các phương án điều khiển sẽ giúp chọn ra giải pháp tối ưu cho bộ điều khiển của đề tài.

Đối với phần cứng, cần nghiên cứu tổng quan về các mô hình mạch liên quan đến đề tài, từ đó lựa chọn mô hình phù hợp Sau khi chọn được mô hình, tiến hành mô phỏng mạch trên phần mềm PSIM để kiểm tra hoạt động của nó.

Nghiên cứu các phương án truyền thông giữa vi điều khiển và máy tính là rất quan trọng trong phát triển phần mềm Điều này bao gồm việc tìm hiểu các tài liệu và tập lệnh của vi điều khiển, cũng như thiết kế giao diện người dùng hiệu quả.

• Thi công mạch động lực và điều khiển để thực nghiệm

• Thiết kế giao diện phần mềm

• Xây dựng lưu đồ thuật toán, viết chương trình điều khiển cho vi điều khiển và phần mềm trên máy tính

• Thực hiện nạp chương trình cho vi điều khiển, kết nối giữa phần cứng và máy tính, chạy hệ thống để tiến hành thực nghiệm, đánh giá

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

2.1.1 Tầm quan trọng của việc sử dụng năng lượng tái tạo

Năng lượng tái tạo là nguồn năng lượng vô hạn từ các nguồn như năng lượng mặt trời, gió, thủy triều, sóng biển và địa nhiệt, có mặt ở khắp nơi trên thế giới Việc khai thác năng lượng tái tạo không chỉ không gây ô nhiễm môi trường mà còn giúp giảm phát thải từ năng lượng truyền thống Hơn nữa, sử dụng năng lượng tái tạo còn giảm sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch, nguồn tài nguyên đang dần cạn kiệt.

Hình 2.1 Một số nguồn năng lượng tái tạo phổ biến hiện nay

Sử dụng năng lượng tái tạo là giải pháp hiệu quả để bảo vệ môi trường, chống lại biến đổi khí hậu và bảo tồn nguồn nguyên liệu hóa thạch Đây là xu hướng phát triển bền vững cho ngành năng lượng toàn cầu trong tương lai Hình 2.1 minh họa một số nguồn năng lượng tái tạo phổ biến hiện nay.

2.1.2 Phương pháp thu nhận năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời là một trong những nguồn năng lượng tái tạo phổ biến nhất, được con người sử dụng từ xa xưa để sưởi ấm và làm khô thực phẩm Hiện nay, năng lượng mặt trời được khai thác đa dạng, đặc biệt là trong hệ thống sản xuất điện Để sản xuất điện từ năng lượng mặt trời, người ta chuyển đổi năng lượng này thành nhiệt năng bằng cách tập trung ánh sáng qua hệ thống gương, từ đó đun sôi nước để quay tuabin và phát ra điện.

Phương pháp khai thác năng lượng mặt trời thứ hai là sử dụng các tấm pin quang điện để chuyển đổi trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện năng Giải pháp này không chỉ dễ dàng triển khai mà còn ít ảnh hưởng đến cảnh quan môi trường.

Hiện nay, nhờ sự tiến bộ trong ngành công nghiệp vật liệu, các tấm pin quang điện không chỉ có hiệu suất cao mà còn có giá thành giảm, mang lại nhiều ưu điểm tiềm năng.

2.1.3 Tiềm năng phát triển hệ thống thu năng lượng mặt trời trên thế giới và tại Việt Nam

Hiện nay, hệ thống thu năng lượng mặt trời bằng pin quang điện đang phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu, với sự gia tăng số lượng nhà máy sản xuất pin Các cánh đồng pin mặt trời được xây dựng rộng rãi, nổi bật như Nhà máy quang điện Topaz tại California, Mỹ, với công suất 550 MW.

HVTH: Lâm Quang Thái Trang 9 là dự án năng lượng mặt trời tại các bang Nam Úc, với công suất ước tính đạt 330MW, tương tự như công viên năng lượng mặt trời Longyangxia ở Trung Quốc.

Việt Nam có tiềm năng lớn về năng lượng mặt trời, đặc biệt ở miền Trung và miền Nam, với các tấm pin thường được lắp đặt trên mái nhà để tối ưu hóa việc hấp thụ ánh sáng Nguồn năng lượng này được chuyển đổi và kết nối với lưới điện để phục vụ nhu cầu của hộ gia đình Ngày 25/09/2012, Chính phủ Việt Nam phê duyệt “Chiến lược năng lượng xanh”, góp phần quan trọng vào việc phát triển năng lượng điện mặt trời Các doanh nghiệp trong lĩnh vực này đang ngày càng phát triển, thúc đẩy sự phổ biến của điện mặt trời tại Việt Nam Một số dự án điện mặt trời nổi bật bao gồm hệ thống trên quần đảo Trường Sa và dự án Ninh Thuận Nội dung đồ án nghiên cứu về bộ chuyển đổi năng lượng cho pin mặt trời nhằm mở rộng giải pháp khai thác năng lượng mặt trời cho hộ gia đình ở Việt Nam.

TÌM HIỂU VỀ PIN QUANG ĐIỆN (PV)

Pin mặt trời là thiết bị chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng thông qua hiệu ứng quang điện Tấm pin năng lượng mặt trời có bề mặt lớn và thường được cấu tạo từ nhiều tế bào quang điện.

Công suất đầu ra của tấm pin mặt trời HVTH: Lâm Quang Thái Trang 10 được xác định bởi cường độ ánh sáng và nhiệt độ môi trường hoạt động của nó.

Hình 2.5 Hình ảnh một tế bào quang điện thông dụng được làm từ tinh thể silicon

Các pin quang điện thường được lắp đặt trên mái nhà để tận dụng tối đa ánh sáng mặt trời và kết nối với hệ thống điện Hiện nay, các tấm pin mặt trời lớn được trang bị bộ phận tự động điều khiển, cho phép chúng xoay theo hướng ánh sáng để tối ưu hóa hiệu suất thu năng lượng.

2.2.2 Cấu Tạo Và Nguyên Lý Pin Quang Điện a) Cấu tạo

Pin mặt trời tinh thể silic là loại pin phổ biến hiện nay, với cấu tạo từ tinh thể silic Trong trạng thái tinh khiết, nguyên tử silic có số electron và số lỗ trống bằng nhau, tạo ra trạng thái trung hòa về điện Để chế tạo pin mặt trời, cần tạo ra hai loại bán dẫn: loại p và loại n Việc ghép chúng lại với nhau tạo ra lớp tiếp giáp p-n, là nền tảng cho tế bào pin mặt trời.

Bán dẫn được tạo ra từ phiến bán dẫn tinh khiết bằng cách pha thêm nguyên tử tạp Nguyên tử silic (Si) có 4 electron ngoài cùng, liên kết với 4 nguyên tử Si xung quanh Để tạo ra bán dẫn loại n, người ta pha thêm nguyên tử có 5 electron ngoài cùng như photpho, dẫn đến cấu trúc bán dẫn có thừa electron sau khi pha tạp.

Để tạo ra bán dẫn loại p, cần pha tạp một nguyên tử có 3 electron ngoài cùng, như bo (B), dẫn đến việc thiếu một electron để tạo đủ 4 liên kết Kết quả là bán dẫn này sẽ có một lỗ trống mang điện dương Việc kết hợp công nghệ giữa hai loại bán dẫn này là rất quan trọng trong lĩnh vực điện tử.

Trong bán dẫn, cấu trúc p-n được hình thành khi bán dẫn loại n tiếp xúc với bán dẫn loại p, dẫn đến sự di chuyển của electron từ bán dẫn n sang p để lấp đầy các lỗ trống Kết quả là xuất hiện một vùng nghèo, nơi thiếu electron và lỗ trống, tạo ra hiệu thế tại tiếp xúc p-n khoảng 0,6V đến 0,7V Hiệu thế này gây ra điện trường tại lớp tiếp giáp, đóng vai trò quan trọng trong nguyên lý hoạt động của các linh kiện bán dẫn.

Dưới ánh sáng mặt trời, photon ánh sáng truyền năng lượng tới các electron trong pin, khiến chúng chuyển động tự do Nhờ điện trường, electron di chuyển từ lớp p sang lớp n qua lớp tiếp xúc p-n Khi mạch được nối kín, dòng electron sẽ chảy từ cực n qua tải sang cực p, tạo ra dòng điện chạy từ cực p qua tải sang cực n.

Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động của pin quang điện c) Phân loại pin quang điện

Về cơ bản có hai loại pin quang điện đó là loại tinh thể (crystalline) và loại màng mỏng (thin-film)

- Trong đó loại tinh thể được phân thành 2 loại:

Đơn tinh thể (mono crystalline) là loại silicon được sản xuất từ các tế bào cắt ra từ thỏi silicon hình ống, với hiệu suất chuyển đổi ánh sáng mặt trời đạt khoảng 18% Quy trình sản xuất phức tạp khiến giá thành của loại pin này tương đối cao.

Đa tinh thể (Polycrystalline) được sản xuất từ các thỏi silicon nung chảy được làm nguội và làm rắn cẩn thận Mặc dù pin đa tinh thể thường có giá thành rẻ hơn so với pin đơn tinh thể, nhưng hiệu suất chuyển đổi ánh sáng mặt trời của chúng chỉ đạt khoảng 14% Tuy nhiên, ưu điểm của pin đa tinh thể là khả năng tạo thành các tấm vuông, giúp che phủ bề mặt hiệu quả hơn, bù đắp cho hiệu suất thấp của chúng.

Màng mỏng được tạo ra từ các miếng phim silicon nóng chảy có cấu trúc đa tinh thể, thường có hiệu suất chuyển đổi ánh sáng mặt trời thấp nhất (khoảng 2-10%) Tuy nhiên, loại này là lựa chọn rẻ nhất vì không cần cắt từ thỏi silicon Màng mỏng PV phổ biến nhất được sản xuất từ vật liệu a-Si (silicon vô định hình), cùng với một số vật liệu khác như CIGS (đồng indium/gallium selenide), CIS (đồng indium selenide) và CdTe (Cadmium Teluride).

Hình 2.7 Các loại pin quang điện

2.2.3 Mô hình và phương trình toán học pin PV

Phần tử cơ bản của pin quang điện là chuyển tiếp p-n bán dẫn, nơi ánh sáng chiếu vào tạo ra năng lượng từ photon, dẫn đến sự hình thành các điện tích tự do được phân tích bởi điện trường Kết quả là một nguồn điện một chiều, tạo ra dòng quang điện khi kết nối với mạch ngoài Dòng quang điện Ipv tỷ lệ thuận với cường độ bức xạ ánh sáng Sơ đồ tương đương của tế bào quang điện lý tưởng bao gồm một nguồn dòng và một diode, trong khi thực tế, tế bào quang điện được mô tả bằng mạch tương đương với nguồn dòng, diode, điện trở song song và điện trở nối tiếp.

Mô hình tổng quát của tế bào quang điện [15]:

Hình 2.8 Mô hình tổng quát của tế bào quang điện

Dòng bão hòa qua diode (I0) được xác định bởi điện tích nguyên tố (q) với giá trị q = -1,6 x 10^-19 C, cùng với hằng số Boltzmann (k) có giá trị k = 1,38 x 10^-23 J/K Hệ số diode lý tưởng (a) nằm trong khoảng từ 1 đến 1,5.

Khi các đầu ra ngắn mạch, điện áp trên diode sẽ bằng 0 và toàn bộ dòng quang điện Ipv đạt giá trị cực đại do ánh sáng mặt trời tạo ra Nếu điện trở tải tăng, điện áp trên chuyển tiếp p-n sẽ giảm theo tỷ lệ với dòng điện Trong trường hợp tải hở mạch, dòng qua tải bằng 0 và toàn bộ dòng quang điện sẽ chạy qua diode Mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp có thể được xác định từ phương trình đặc tính diode.

Phương trình đặc tính điện áp - dòng điện của một tế bào quang điện pin mặt trời được tính bằng công thức:

RS: điện trở nối tiếp ()

RP: điện trở song song ()

R_s và R_p là các điện trở trong, thể hiện tổn hao công suất khi pin quang điện hoạt động Để mô hình hóa chính xác, cần xác định thêm các thông số liên quan.

I I R Theo [2], ta có thể làm được điều này dựa vào hệ thống phương trình và thuật toán lặp dưới đây:

2.2.4 Đặc Tính Làm Việc Và Ứng Dụng Của PV a) Đặc tính làm việc:

CÁC BỘ CHUYỂN ĐỔI DC – DC

Bộ biến đổi Boost là một loại nguồn DC-DC có khả năng nâng cao điện áp đầu ra vượt mức điện áp đầu vào Thiết bị này bao gồm ít nhất hai thành phần chuyển mạch, thường là một diode và một transistor, cùng với ít nhất một phần tử lưu trữ năng lượng như tụ điện, cuộn dây hoặc cả hai.

Hình 2.10 Sơ đồ mạch Boost DC

Trong bộ biến đổi lý tưởng, mọi thành phần đều được tính toán một cách hoàn chỉnh Khi tỷ lệ thời gian dẫn ton so với chu kỳ Ts thay đổi, giá trị điện áp ngõ ra VO của mạch cũng sẽ thay đổi, điều này được minh họa qua giản đồ thời gian.

Hình 2.11 Dạng sóng điện áp và dòng điện mạch Boost

Ts: thời gian chuyển đổi

IL: dòng điện sạc trung bình

Io: dòng điện đầu ra

Vd: điện áp một chiều đầu vào

Vo: điện áp một chiều đầu ra

Nguyên lý hoạt động của mạch:

Hình 2.12 Trạng thái ON mạch Boost

Khi khóa được kích đóng, dòng điện từ nguồn vào chạy qua cuộn cảm, dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng của dòng điện trong cuộn cảm Lúc này, dòng điện không đi qua diode và tụ điện phóng điện cung cấp năng lượng cho tải Chiều dòng điện được thể hiện trong hình 2.12 Trạng thái này được gọi là OFF.

Hình 2.13 Trạng thái OFF mạch Boost

Khi khóa kích ngắt, cuộn dây đạt trạng thái cân bằng điện áp với điện áp đầu vào Điện áp này kết hợp với điện cảm của cuộn cảm tích lũy năng lượng từ trường, qua diode cung cấp cho tải và nạp cho tụ điện Kết quả là điện áp đầu ra lớn hơn điện áp đầu vào, dòng qua tải được cấp bởi nguồn đầu vào, như mô tả trong Hình 2.13.

Buck là bộ chuyển đổi nguồn DC-DC có chức năng giảm điện áp đầu ra thấp hơn điện áp đầu vào Thiết bị này bao gồm các thành phần cơ bản như mạch BOOST với khóa chuyển mạch gồm một transistor, một diode, một cuộn dây và một tụ điện.

Trong giản đồ thời gian này, ta có:

Nguyên lý hoạt động của mạch:

Hình 2.14 Dạng sóng điện áp và dòng điện mạch Buck

Rõ ràng, đây là bộ giảm áp vì 0 ≤ D ≤ 1

Trong thời gian T dẫn, năng lượng tích trữ trên cuộn cảm Trong thời gian T ngắt, năng lượng cuộn cảm phóng thích qua C, R và D

Hình 2.15 Trạng thái ON mạch Buck

Khi khóa kích đóng, dòng điện từ nguồn đi qua cuộn cảm, làm tăng dòng điện trong cuộn cảm Đồng thời, tụ điện cũng được nạp và cung cấp dòng điện cho tải Hướng dòng điện được thể hiện trong Hình 2.15.

Hình 2.16 Trạng thái OFF mạch Buck

Khi khóa kích ngắt, nguồn cung cấp bị ngắt khỏi mạch, khiến cuộn cảm tích trữ năng lượng từ trường và tụ điện phóng năng lượng qua tải Cuộn cảm có xu hướng duy trì dòng điện không đổi và giảm dần theo thời gian Chiều của dòng điện trong trường hợp này được thể hiện trong Hình 2.16.

Mạch Buck – boost là một loại mạch chuyển đổi điện áp, cho phép tạo ra điện áp trái dấu với đầu vào DC Điện áp đầu ra có thể có trị tuyệt đối lớn hơn hoặc nhỏ hơn điện áp đầu vào, với nguyên lý hoạt động cơ bản như sau.

Hình 2.18 Sơ đồ mạch Buck - Boost DC

Khi công tắc đóng, điện áp vào Vin khiến dòng đi qua cuộn dây tăng lên Lúc này dòng cấp cho tải chỉ là dòng do tụ phóng ra

Hình 2.19 Trạng thái ON của mạch Buck – Boost

Khi công tắc mở, điện áp vào Vin bị ngắt, dẫn đến dòng điện qua cuộn dây giảm dần và làm tăng điện áp trên cuộn dây Điện áp này được nạp vào tụ, đồng thời mở diode D, cho phép dòng điện phóng ra từ cuộn dây cung cấp nguồn cho tải.

Hình 2.20 Trạng thái OFF của mạch Buck – Boost

Khi điện áp của tấm pin quang điện thay đổi từ 0V đến điện áp hở mạch (Voc), dòng điện sẽ giảm từ dòng điện ngắn mạch (Isc) đến 0A Bộ chuyển đổi boost không thể tạo ra điện áp đầu ra thấp hơn điện áp đầu vào, do đó không phù hợp với đặc tính của PV, vì dòng đầu ra phải nhỏ hơn dòng đầu vào Ngược lại, bộ buck-boost yêu cầu điều khiển phức tạp hơn và có điện áp đầu ra trái dấu, dẫn đến thiết kế bộ đo khó khăn và chi phí cao Sử dụng bộ biến đổi cách ly như flyback sẽ làm tăng kích thước và chi phí cho máy biến áp một cách không cần thiết.

Dựa trên các phân tích, bộ chuyển đổi buck được ứng dụng phổ biến trong thiết kế hệ thống mô phỏng pin quang điện nhằm đáp ứng các đặc tính của PV.

[18] Vì vậy luận văn đề xuất sử dụng mạch chuyển đổi giảm áp một chiều buck cho hệ thống mô phỏng

TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA328P

2.4.1 Giới thiệu về họ vi điều khiển AVR

AVR là dòng vi điều khiển do hãng Atmel (Mỹ) sản xuất, nổi bật với kiến trúc RISC (Reduced Instruction Set Computer) và khả năng xử lý 8 bits Các chip AVR phổ biến bao gồm ATmega16, ATmega161, ATmega162, ATmega163, ATmega169, ATmega32, ATmega323, ATmega103, AT86RF401, cũng như các dòng ATmega64, ATmega128, ATmega2560 và ATmega2561.

Hình 2.21 Vi điều khiển ATmega328P

ATmega 328 là một bộ vi điều khiển 8 bít dựa trên kiến trúc RISC của Atmel có những thông số kỹ thuật được trình bày ở bảng sau:

Bảng 2.1 Bảng các thông số, đặc điểm của ATmega328P

Chức năng, đặc điểm Mô tả

Xung nhịp lớn nhất 20Mhz

Bộ nhớ chương trình (FLASH) 32KB

Bộ nhớ RAM 2KB Điện áp hoạt động rộng 1.8V – 5.5V

Số kênh xung PWM 6 kênh

28 (Có 23 chân có thể sử dụng cho các kết nối vào hoặc ra I/O)

Hình 2.22 Sơ đồ khối của ATmega328P

Hình 2.23 Sơ đồ chân của ATmega328P

Bảng 2.2 Mô tả các chân của vi điều khiển

VCC Chân cấp nguồn dương cho vi điều khiển

GND Chân nối nguồn âm cho vi điều khiển

Cổng B là cổng ra I/O hai chiều 8-bit với điện trở kéo trong (được chọn cho mỗi bit)

Cổng C là cổng ra I/O hai chiều 7-bit với điện trở kéo trong (được chọn cho mỗi bit)

Cổng D là cổng ra I/O hai chiều 8-bit với điện trở kéo trong (được chọn cho mỗi bit)

AVCC Chân cấp điện áp cho bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC)

Chân này cần phải kết nối với VCC bên ngoài, ngay cả khi không sử dụng ADC Nếu sử dụng bộ ADC, chân này nên được kết nối với VCC thông qua một bộ lọc thông thấp.

AREF Chân dùng tham chiếu tương tự cho bộ chuyển đổi ADC.

GIỚI THIỆU VỀ KIT ARDUINO UNO

2.5.1 Sơ lược lịch sử Arduino

Arduino là một mạch vi xử lý giúp xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau và môi trường xung quanh Phần cứng của Arduino bao gồm một board mạch nguồn mở dựa trên vi xử lý AVR Atmel 8bit hoặc ARM Atmel 32-bit Các mẫu hiện tại được trang bị 1 cổng USB, 6 chân đầu vào analog và 14 chân I/O kỹ thuật số, tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau.

Hình 2.24 Một số Kit Arduino phổ biến hiện nay

Arduino được phát triển lần đầu tiên tại Italy vào năm 2005 tại Viện Thiết kế Tương tác, nhằm cung cấp một công cụ dễ sử dụng và tiết kiệm cho sinh viên và những người đam mê công nghệ Được giới thiệu bởi giáo sư Massimo Banzi, Arduino cho phép người dùng tạo ra các thiết bị tương tác với môi trường thông qua cảm biến và cơ cấu chấp hành Những dự án phổ biến cho người mới bắt đầu bao gồm robot đơn giản, hệ thống điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động Arduino đi kèm với một môi trường phát triển tích hợp (IDE) cho phép lập trình bằng ngôn ngữ C hoặc C++ trên máy tính cá nhân.

Arduino là nền tảng mã nguồn mở dựa trên mạch mẫu điện tử, bao gồm vi điều khiển, ngôn ngữ lập trình và IDE Công cụ này giúp thực hiện các ứng dụng tương tác, được thiết kế để đơn giản hóa các tác vụ cho những người mới bắt đầu sử dụng vi điều khiển.

2.5.2 Chi tiết về Arduino Uno

Arduino UNO, với vi điều khiển ATmega328, là dòng sản phẩm phổ biến và dễ sử dụng nhất trong các loại Arduino hiện nay Hiện tại, dòng mạch này đã phát triển đến thế hệ thứ 3, được biết đến với tên gọi Arduino UNO R3.

Hình 2.25 Kit Arduino UNO Bảng 2.3 Các thông số cơ bản của Arduino UNO

Vi điều khiển ATmega328P (họ 8bit) Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Tần số hoạt động 16 MHz

Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12VDC Điện áp vào giới hạn 6-20VDC

Số chân Digital I/O 14 chân (trong đó có 6 chân PWM)

Số chân Analog 8 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

Dòng ra tối đa (5V) 500 mA

Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA

Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader

2.5.3 Tập lệnh cơ bản cho Arduino a) Nhập xuất tín hiệu số (Digital I/O)

➢ Hàm pinMode(): cấu hình 1 pin quy định hoạt động như là một đầu vào hoặc đầu ra

Cú pháp: pinMode(pin, mode);

Thông số: pin: Số của chân digital mà bạn muốn thiết đặt mode: INPUT, INPUT_PULLUP hoặc OUTPUT

Giá trị trả về: không có

HVTH: Lâm Quang Thái Trang 30 int ledPin = 13; void setup() { pinMode(ledPin, OUTPUT);

} void loop() { digitalWrite(ledPin, HIGH); delay(1000); digitalWrite(ledPin, LOW); delay(1000);

Các chân Analog cũng có thể được sử dụng dưới dạng Digital I/O Ví dụ: A0, A1,

Hàm digitalWrite() cho phép xuất tín hiệu ra các chân digital với hai giá trị là HIGH hoặc LOW Khi một pin được thiết lập là OUTPUT qua pinMode(), việc sử dụng digitalWrite sẽ tạo ra điện thế 5V (hoặc 3,3V trên mạch 3,3V) khi tín hiệu là HIGH và 0V khi tín hiệu là LOW Ngược lại, nếu pin được thiết lập là INPUT, digitalWrite sẽ điều khiển hệ thống điện trở pullup nội bộ, bật (HIGH) hoặc tắt (LOW) Để sử dụng tính năng này, nên áp dụng INPUT_PULLUP trong lệnh trình.

Cú pháp: digitalWrite(pin,value);

Thông số: pin: Số của chân digital mà bạn muốn thiết đặt value: HIGH hoặc LOW

Ví dụ: int ledPin = 13; void setup() { pinMode(ledPin, OUTPUT);

HVTH: Lâm Quang Thái Trang 31 void loop()

{ digitalWrite(ledPin, HIGH); // bật đèn led delay(1000); // dừng trong 1 giây digitalWrite(ledPin, LOW); // tắt đèn led delay(1000); // dừng trong 1 giây }

➢ Hàm digitalRead(): đọc tín hiệu điện từ một chân digital (được thiết đặt là INPUT) Trả về hai giá trị HIGH hoặc LOW

Thông số: pin: giá trị của digital muốn đọc

Ví dụ: int ledPin = 13; // chân led 13 int inPin = 2; // button tại chân 2 int val = 0; void setup() { pinMode(ledPin, OUTPUT);

HVTH: Lâm Quang Thái Trang 32 pinMode(inPin, INPUT);

} void loop() { val = digitalRead(inPin); digitalWrite(ledPin, val);

- Nếu chân input không được kết nối với bất kỳ một thứ gì thì hàm digitalRead() sẽ trả về tín hiệu HIGH hoặc LOW một cách random

- Các chân Analog cũng có thể dùng được digitalRead với các cổng pin có tên như là: A0, A1, b) Nhập xuất tín hiệu tương tự (Analog I/O)

➢ Hàm AnalogReference(): hàm analogReference() có nhiệm vụ đặt lại mức

Khi sử dụng hàm analogRead để đọc tín hiệu, điện áp tối đa cần được xác định chính xác Ví dụ, nếu tín hiệu analog có điện áp từ 0-1,1V, việc sử dụng điện áp tối đa mặc định của hệ thống là 5V sẽ làm giảm độ chính xác do khoảng giá trị ngắn hơn Do đó, hàm này giúp cải thiện độ chính xác khi đọc tín hiệu analog.

Trong đó: type là một trong các kiểu giá trị sau: DEFAULT, INTERNAL, INTERNAL1V1, INTERNAL2V56…

Bảng 2.4 Bảng thông số các kiểu giá trị của hàm analogReference

Kiểu Chức năng Ghi chú

DEFAULT Đặt mức điện áp tối đa là 5V (nếu trên mạch dùng nguồn 5V làm nuôi chính) hoặc là 3,3V (nếu trên mạch dùng nguồn 3,3V làm nguồn nuôi chính)

INTERNAL Đặt lại mức điện áp tối đa là 1,1V

(nếu sử dụng vi điều khiển

ATmega328 hoặc ATmega168) Đặt lại mức điện áp tối đa là 2,56V (nếu sử dụng vi điều khiển ATmega8)

INTERNAL1V1 Đặt lại mức điện áp tối đa là 1,1V Chỉ có trên Arduino

INTERNAL2V56 Đặt lại mức điện áp tối đa là 2,56 V Chỉ có trên Arduino

EXTERNAL Đặt lại mức điện áp tối đa BẰNG với mức điện áp được cấp vào chân AREF

Chỉ được cấp vào chân AREF một điện áp nằm trong khoảng 0-5V Giá trị trả về: không có

Khi sử dụng kiểu EXTERNAL cho hàm analogReference, cần cung cấp nguồn điện từ 0-5V cho chân AREF Sau khi đã cấp nguồn phù hợp, phải gọi lệnh analogReference(EXTERNAL) trước khi thực hiện analogRead().

Có thể sử dụng một điện trở 5kΩ nối trước chân AREF và cấp nguồn điện ngoài với điện áp mong muốn Chân AREF có một nội điện trở khoảng 32kΩ, giúp tạo ra mạch giảm áp đơn giản nhất, bảo vệ chân AREF khỏi hư hỏng khi nguồn cấp vượt quá 5V.

Hàm analogRead() trên Arduino Nano có nhiệm vụ đọc giá trị điện áp từ các chân Analog (ADC), với 8 chân được đánh dấu từ A0 đến A5 Các mạch khác cũng có chân tương tự với tiền tố "A" và số hiệu tương ứng Kết quả trả về của lệnh analogRead() là một số nguyên trong khoảng từ 0 đến 1023, tương ứng với thang điện áp từ 0 đến 5V, có thể điều chỉnh bằng hàm analogReference() Thời gian thực hiện của hàm analogRead() là 100 micro giây.

Cú pháp: analogRead([chân đọc điện áp]);

HVTH: Lâm Quang Thái Trang 34 int voltage = analogRead(A0);

Chân A0 là chân dùng để đọc điện áp trong mạch Nếu chưa kết nối chân này, hàm analogRead() sẽ trả về giá trị ngẫu nhiên từ 0 đến 1023 Để khắc phục tình trạng này, cần thêm một điện trở lớn (khoảng 10k ohm trở lên) hoặc một tụ điện 104 từ chân đọc điện áp xuống GND.

Hàm analogWrite() trên mạch Arduino có chức năng xuất tín hiệu analog thông qua phát xung PWM, thường được sử dụng để điều chỉnh độ sáng của đèn LED hoặc hướng quay của động cơ servo Đặc biệt, không cần gọi hàm pinMode() để thiết lập chân phát xung PWM ở chế độ OUTPUT.

Cú pháp: analogWrite([chân phát xung PWM],[giá trị xung PWM]);

Ví dụ: int led = 11; void setup() {} void loop() { for (int i = 0; i

{ digitalWrite(ledPin, HIGH); } else { digitalWrite(ledPin, LOW);

Khi có hai số A và B, với B lớn hơn A (B > A), phép trừ A - B sẽ cho kết quả là một số âm Tuy nhiên, khi ép kiểu sang unsigned long, một kiểu số nguyên dương không cho phép số âm, giá trị trả về sẽ là một số nguyên dương lớn.

Hàm micros() trong Arduino trả về thời gian tính theo micro giây kể từ khi chương trình bắt đầu, với khả năng tràn sau 70 phút Trên mạch 16MHz như Duemilanove và Nano, mỗi đơn vị micros() tương đương 4 micro giây, nghĩa là giá trị 10 tương ứng với 40 micro giây Đối với mạch 8MHz như LilyPad, mỗi đơn vị tương đương 8 micro giây Cần lưu ý rằng 1 giây bằng 1 triệu micro giây.

Giá trị trả về: một số nguyên kiểu unsigned long là thời gian kể từ lúc thương trình Arduino được khởi động

Ví dụ: unsigned long time; void setup(){

Serial.print("Time: "); time = micros(); delay(1000);

➢ Hàm Delay(): delay có nhiệm vụ dừng chương trình trong thời gian mili giây Và cữ mỗi 1000 mili giây = 1 giây

Thông số: ms: thời gian ở mức mili giây ms có kiểu dữ liệu là unsigned long

➢ Hàm delayMicroseconds(): hàm delayMicroseconds() có nhiệm vụ dừng chương trình trong thời gian micro giây Và cứ mỗi 1000000 micro giây = 1 giây

Thông số micro trong Arduino đo thời gian ở mức micro giây và có kiểu dữ liệu là unsigned int Đây là giá trị tối đa mà hệ thống Arduino có thể xử lý, với khả năng điều chỉnh tăng trong tương lai Để dừng chương trình lâu hơn, người dùng cần sử dụng hàm delay.

Ví dụ: int outPin = 8; void setup() { pinMode(outPin, OUTPUT);

} void loop() { digitalWrite(outPin, HIGH); delayMicroseconds(50); digitalWrite(outPin, LOW); delayMicroseconds(50);

Ví dụ trên cho ta một cách để tạo một xung PWM tại chân số 8

Bảng 2.5 Các toán tử logic

Toán tử Ý nghĩa Ví dụ and (&&) Và

TỔNG QUAN CÁC THIẾT BỊ DÙNG ĐỂ XÂY DỰNG HỆ THỐNG

TLP250 là một opto tổ hợp với mạch khuếch đại tích hợp Cấu tạo của nó bao gồm một LED phát sáng đối diện với một photodiode, trong đó photodiode được kết nối với hai ngõ vào của một opamp Tùy thuộc vào trạng thái của photodiode, opamp sẽ bão hòa âm hoặc dương Đầu ra của opamp được sử dụng để kích hoạt hai transistor nhằm thực hiện chức năng khuếch đại.

IC TLP250 nổi bật hơn các loại opto thông thường nhờ vào khả năng đóng ngắt nhanh, điều này đạt được nhờ tín hiệu được so sánh bằng opamp Đặc biệt, ngõ ra của opto luôn duy trì trong trạng thái bão hòa âm hoặc bão hòa dương.

Hình 2.27 Sơ đồ cấu trúc IC TLP250 2.6.2 Cảm biến dòng điện ACS712

Cảm biến dòng điện ACS712 là thiết bị sử dụng hiện tượng Hall để đo dòng điện AC/DC, với kích thước nhỏ gọn và dễ dàng kết nối Thiết bị này cung cấp điện áp analog tuyến tính tương ứng với cường độ dòng điện, giúp việc lập trình với vi điều khiển trở nên thuận tiện ACS712 nổi bật với độ chính xác cao, độ nhiễu thấp và độ nhạy từ 180 đến 190mV/A, cùng với điện áp đầu ra ổn định Thời gian tăng của đầu ra phản ứng nhanh chóng chỉ trong 5µs, làm cho cảm biến này trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng đo lường dòng điện.

Hình 2.28 Cảm biến dòng điện ACS712

Bảng 2.4 Bảng thông số kĩ thuật

Nguồn cấp 5V Điện trở dây dẫn trong 1.2mΩ Độ nhạy đầu ra 94 - 104mV/A

Thời gian đáp ứng ngõ vào 5us

Dòng đo được AC và DC

Phương pháp điều chế độ rộng xung

Hình 2.29 Đồ thị dạng xung điều chế PWM

Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation) là kỹ thuật điều chế điện áp dựa trên việc thay đổi độ rộng của xung trong chuỗi vuông, từ đó làm thay đổi giá trị trung bình của điện áp đầu ra.

PWM là phương pháp phổ biến trong điều khiển động cơ và các bộ xung áp, điện áp Nó cho phép điều chỉnh tốc độ của động cơ và duy trì sự ổn định trong quá trình hoạt động.

PWM không chỉ được sử dụng trong điều khiển và ổn định tải mà còn tham gia vào việc điều chế các mạch nguồn như Boot, Buck, và nghịch lưu một pha cũng như ba pha PWM rất phổ biến trong các mạch điều khiển thực tế, đặc biệt là trong việc điều khiển các phần tử điện tử công suất với đặc tính tuyến tính khi có nguồn một chiều cố định Để tạo ra sóng vuông bằng phương pháp so sánh, cần phải có hai điều kiện nhất định.

+ Tín hiệu răng cưa: xác định tần số PWM

+ Tín hiệu tựa (Ref): xác định mức công suất điều chế (Tín hiệu DC)

Xét sơ đồ mạch sau:

Hình 2.30 Tạo xung vuông bằng phương pháp so sánh

Chúng ta sử dụng một bộ so sánh điện áp và đưa vào 2 đầu so sánh một cung răng của Saw và một điện áp một chiều Ref

- Khi Saw < Ref thì Output = 0V

- Khi Saw > Ref thì Output = Uramax

Khi thay đổi giá trị Ref, chuỗi xung đầu ra sẽ có độ rộng D thay đổi theo tần số xung vuông, tương ứng với tần số xung răng cưa Vi điều khiển tạo ra chuỗi xung này bằng cách điều chỉnh mức điện áp xuất ra cổng, với mức 0 tương ứng với 0V và mức 1 tương ứng với 5V.

Thời gian giữ chậm khi xuất các mức điện áp sẽ tạo ra tần số xung, từ đó cho phép tạo ra chuỗi xung điều khiển tải bằng vi điều khiển.

Bộ điều khiển PID

Bộ điều khiển PID (Tỷ lệ - Vi phân - Tích phân) là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển phổ biến trong các hệ thống công nghiệp Nó hoạt động bằng cách tính toán sai số giữa giá trị đo thực tế và giá trị đặt mong muốn, từ đó điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào để giảm thiểu sai số một cách tối đa.

Hình 2.31 Điều khiển sử dụng bộ điều khiển PID 2.8.1 Bộ điều khiển PID liên tục

Bộ điều khiển PID là một công cụ phổ biến trong việc điều khiển các hệ thống SISO, hoạt động dựa trên nguyên lý điều khiển hồi tiếp Sự phổ biến của bộ PID đến từ cấu trúc đơn giản và nguyên lý hoạt động hiệu quả của nó Bộ điều khiển này có khả năng đưa sai lệch e(t) của hệ thống về giá trị 0, đồng thời đảm bảo quá trình quá độ đáp ứng các yêu cầu chất lượng cơ bản.

- Nếu sai lệch e(t) cằng lớn thì thông qua thành phần tỉ lệ up(t), tín hiệu điều chỉnh u(t) càng lớn

- Nếu sai lệch e(t) chưa bằng 0 thì qua thành phân tích phân u1(t), tín hiệu điều chỉnh vẫn được bộ PID tạo ra

- Nếu sự thay đổi của sai lệch e(t) cằng lớn thì thông quá thành phần vi phân uD(t), phản ứng tích hợp của u(t) sẽ càng nhanh

Bộ điều khiển PID được mô tả bằng hình toán học vào ra như sau:

Trong hệ thống điều khiển, e(t) là tín hiệu đầu vào, trong khi u(t) là tín hiệu đầu ra Hệ số khuếch đại được ký hiệu là Kp, hằng số tích phân là T1, và hằng số vi phân là TD.

Từ đó có ảnh Laplace của bộ điều khiển PID như sau:

Điều khiển tỷ lệ P với hệ số khuếch đại Kp giúp giảm thời gian đáp ứng quá độ và giảm độ lệch tĩnh đến mức tối thiểu, nhưng không thể loại trừ hoàn toàn Điều khiển tích phân I với hệ số Kt có khả năng loại trừ độ lệch tĩnh, tuy nhiên lại làm cho đáp ứng quá độ trở nên kém hơn Trong khi đó, điều khiển vi phân D với hệ số KD tăng cường tính ổn định của hệ thống, giảm hiện tượng quá điều chỉnh (overshoot) và cải thiện đáp ứng quá độ.

Chất lượng của hệ thống phụ thuộc vào các thông số Kp, T1 và TD Để đạt được chất lượng hệ thống như mong muốn, cần phân tích đối tượng và lựa chọn các tham số phù hợp Có nhiều phương pháp xác định các tham số này cho bộ điều khiển PID, trong đó các phương pháp phổ biến nhất thường được áp dụng.

- Phương pháp sử dụng mô hình xấp xỉ bậc nhất của đối tượng

- Phương pháp xác định tham số theo tổng T

Không phải tất cả các trường hợp đều cần xác định các tham số như khâu tích phân Nếu đối tượng đã có khâu tích phân sẵn, bộ điều khiển không cần thêm khâu tích phân mới để triệt tiêu sai số tĩnh Do đó, chỉ cần sử dụng bộ điều khiển PD là đủ.

Khi T1 = ∞ hoặc khi tín hiệu trong hệ thống thay đổi chậm, bộ điều khiển PI là lựa chọn phù hợp, vì nó không yêu cầu phản ứng nhanh với sự thay đổi của sai lệch e(t).

(TD = 0) có hàm truyền đạt như sau:

2.8.2 Bộ điều khiển PID số

Bộ điều khiển PID số sử dụng tín hiệu vào và ra dạng số, không liên tục và rời rạc Tín hiệu đầu ra {uk} từ bộ điều khiển ID số được gửi đến điều khiển đối tượng có hàm truyền đạt liên tục S(s) Để chuyển đổi tín hiệu rời rạc {uk} thành tín hiệu điều khiển cho đối tượng liên tục, cần thực hiện quá trình hóa tín hiệu trong miền thời gian.

HVTH: Lâm Quang Thái Trang 53 sử dụng bộ biến đổi số tương tự ZOH với hàm truyền đạt GZOH(s) Khi xem GZOH(s) như S(s) trong hệ điều khiển không liên tục, đối tượng này sẽ có hàm truyền đạt tương ứng.

Để xác định mô hình không liên tục của bộ PID số, ta cần bắt đầu từ mô hình liên tục của nó trong miền thời gian.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

Trong chương 2, luận văn cung cấp cái nhìn tổng quát về pin quang điện và các loại mạch chuyển đổi DC-DC phổ biến hiện nay Bên cạnh đó, chương cũng trình bày thông tin về họ vi điều khiển AVR, đặc biệt là vi điều khiển Atmega328p và Kit Arduino Uno.

Giới thiệu tổng quan về phương pháp điều chế xung PWM, giải thuật PID áp dụng cho bộ điều khiển

XÂY DỰNG HỆ THỐNG MÔ PHỎNG

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

Tiêu đề	Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống Mô Phỏng Pin Quang Điện
Người hướng dẫn	TS. Quách Thanh Hải
Thể loại	luận văn

Định dạng
Số trang	127
Dung lượng	5,55 MB