การสร้างเสถียรภาพเชิงปรับตัวของระบบไฟฟ้ากำลังบนเครื่องบิน
บทคัดย่อ
เครื่องบินที่ใช้ไฟฟ้ามากขึ้นเป็นแนวคิดและแนวโน้มที่สำคัญของวิศวกรรมการบินและอวกาศยานสมัยใหม่ที่มีความเป็นไปได้ด้วยความก้าวหน้าและการประยุกต์ใช้งานเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งวงจรแปลงผันกำลังที่ถูกนำมาใช้งานอย่างมากมาย ซึ่งทำให้โหลดโดยส่วนใหญ่ของระบบไฟฟ้ากำลังบนเครื่องบินที่ใช้ไฟฟ้ามากขึ้นเป็นวงจรแปลงผันกำลังที่มีการควบคุมการทำงาน แต่วงจรแปลงผันกำลังเมื่อมีการควบคุมจะมีพฤติกรรมเปรียบเสมือนโหลดกำลังไฟฟ้าคงตัวที่ส่งผลกระทบต่อเสถียรภาพของระบบ โดยการขาดเสถียรภาพของระบบไฟฟ้ากำลังบนเครื่องบินนอกจากจะส่งผลต่อสมรรถนะการทำงานของระบบควบคุมหรืออาจส่งผลให้เกิดความเสียหายต่อระบบโดยรวมที่มีผลต่อความปลอดภัยของผู้โดยสารภายในเครื่องบินแล้วยังส่งผลทำให้ระบบไม่สามารถทำงานต่อได้จนถึงระดับกำลังไฟฟ้าที่ค่าพิกัด ดังนั้นงานวิจัยวิทยานิพนธ์นี้ จึงนำเสนอการสร้างเสถียรภาพเชิงปรับตัวของระบบไฟฟ้ากำลังบนเครื่องบินที่ใช้ไฟฟ้ามากขึ้นที่มีระบบจำหน่ายแบบไฟฟ้ากระแสตรง แบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเดี่ยวและบัสเดี่ยว โดยเริ่มต้นการศึกษาวิจัยจากการวิเคราะห์เสถียรภาพด้วยวิธีการทำให้เป็นเชิงเส้นร่วมกับทฤษฎีบทค่าเจาะจงที่อาศัยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของระบบที่พิสูจน์หาได้ด้วยวิธีดีคิวสำหรับคาดเดาจุดการขาดเสถียรภาพของระบบ เพื่อแสดงให้เห็นว่า ระบบไฟฟ้ากำลังบนเครื่องบินที่พิจารณาเกิดการขาดเสถียรภาพขึ้นอันเนื่องมาจากโหลดกำลังไฟฟ้าคงตัว จากนั้นจะดำเนินการบรรเทาการขาดเสถียรภาพของระบบด้วยการแก้ไขทางด้านแหล่งจ่ายโดยใช้วิธีการป้อนกลับแบบไม่เป็นเชิงเส้นที่อาศัยเทคนิคลูปยกเลิก ซึ่งได้ถูกเพิ่มเข้าไปในระบบควบคุมเดิมที่มีอยู่แล้วของระบบไฟฟ้ากำลังบนเครื่องบินที่พิจารณา เพื่อทำให้ระบบที่ขาดเสถียรภาพกลับมามีเสถียรภาพและสามารถทำงานต่อได้ แต่อย่างไรก็ตามการบรรเทาการขาดเสถียรภาพไม่เพียงพอที่จะทำให้ระบบทำงานได้อย่างมีเสถียรภาพจนถึงระดับกำลังไฟฟ้าที่ค่าพิกัด ด้วยเหตุนี้การสร้างเสถียรภาพเชิงปรับตัวของระบบไฟฟ้ากำลังบนเครื่องบินที่พิจารณาจึงได้รับการต่อยอดพัฒนาและนำเสนอในงานวิจัยวิทยานิพนธ์ โดยได้ประยุกต์ใช้วิธีการบรรเทาการขาดเสถียรภาพด้วยเทคนิคลูปยกเลิกร่วมกับการใช้สมการสร้างเสถียรภาพเชิงปรับตัว ซึ่งเป็นสมการอย่างง่ายที่สามารถคำนวณค่าอัตราขยายป้อนกลับของเทคนิคลูปยกเลิกที่แปรเปลี่ยนค่าได้ตามระดับกำลังไฟฟ้าของโหลดที่มีการเปลี่ยนแปลง โดยสมการดังกล่าวได้มาจากการหาสมการโพลิโนเมียลด้วยการเลือกเส้นกราฟที่เหมาะสมที่อาศัยเส้นแนวโน้มการขาดเสถียรภาพหรือเส้นอเสถียรภาพจากการวิเคราะห์เสถียรภาพผ่านแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของระบบที่พิสูจน์หาได้ด้วยวิธีดีคิว ซึ่งการตรวจสอบผลของการสร้างเสถียรภาพเชิงปรับตัวที่อาศัย ผลการวิเคราะห์ทางทฤษฎีด้วยวิธีการทำให้เป็นเชิงเส้นร่วมกับทฤษฎีบทค่าเจาะจง การจำลองสถานการณ์บนคอมพิวเตอร์ และผลที่ได้จากชุดทดสอบซึ่งสร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการของสถาบันเทคโนโลยีการบินและอวกาศมหาวิทยาลัยนอตทิงแฮม สหราชอาณาจักร ที่มีความสอดคล้องและตรงกัน แสดงให้เห็นว่า วิธีการสร้างเสถียรภาพ เชิงปรับตัวที่นำเสนอสามารถทำให้ระบบไฟฟ้ากำลังบนเครื่องบินที่พิจารณาทำงานได้อย่างมีเสถียรภาพตลอดย่านการทำงานภายใต้เงื่อนไขระดับกำลังไฟฟ้าที่ค่าพิกัดได้ และผลการตอบสนองของแรงดันไฟฟ้าที่ บัสไฟฟ้ากระแสตรงทั้งในสภาวะชั่วครู่และในสภาวะอยู่ตัวภายหลังจากการสร้างเสถียรภาพเชิงปรับตัวก็เป็นไปตามมาตรฐาน MIL-STD-704F ดังนั้นจึงเป็นการยืนยันได้ว่า การสร้างเสถียรภาพเชิงปรับตัวที่นำเสนอเป็นวิธีการ ที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งสามารถใช้เพื่อรับประกันการทำงานอย่างมีเสถียรภาพของระบบไฟฟ้ากำลังแบบกระแสตรงในเครื่องบินที่ใช้ไฟฟ้ามากขึ้นได้