THIẾT kế bộ điều KHIỂN CHO bộ BIẾN đổi BOOST

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ BIẾN ĐỔI BOOST Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Trần Trọng Minh Sinh viên thực hiện: Nhóm: Quế Anh Tùng : 20174351 Nguyễn Văn Long : 20181619 Trần Quang Huy : 20181537 NỘI DUNG TRÌNH BÀY I Mơ hình hóa cho biến đổi II Thiết kế điều khiển III Mô kiểm chứng IV Kết luận I Mơ hình hóa cho biến đổi Mơ hình xác (Exact Model) Sơ đồ Boost Converter Khi van dẫn, D khóa Khi van khóa, D dẫn I Mơ hình hóa cho biến đổi  Trạng thái 1: Van dẫn, D khóa  diL  L dt  E ,  t  dTs  C dvC   vC  dt R  g  0  1 i L i     L   g   L  E   0   vC    v  C  RC  0    Trạng thái 2: Van khóa, D dẫn  diL  L dt  E  vc , dTs  t  Ts  C dvC  i  vC L  dt R  g 0 iL    g vC      C  1  i L  L       L E  vC     0  RC   I Mơ hình hóa cho biến đổi o Đưa vào hàm chứng nhận h1, h2:  g   0  1  i L i      L   L  E  h   g 1      0      v  C vC    0  CR             C  L     RC    1    iL    v  L  E h2    C 0   o Đưa vào hàm đóng cắt u = {0,1}:  g   0  E i L i  L          g   0   v    L  u  C vC     CR             C  L     RC    E   iL       L  (1  u)    vC     I Mơ hình hóa cho biến đổi Biến đổi phương trình thành dạng bilinear:  g 0 i L    g1 vC      C    L  iL      vC   RC   0   1  C 1  L  0  E   iL    u L    vC  0 I Mơ hình hóa cho biến đổi Mơ hình trung bình tín hiệu lớn (DC) • Mơ hình trung bình thể đặc tính q trình mức độ xác đó, phù hợp với yêu cầu xem xét khoảng thời gian định • Bỏ qua ảnh hưởng q trình đóng cắt nên dễ dàng cho việc phân tích mạch - Cơ sở phép trung bình hóa phép lấy trung bình trượt: x(t ) k  T t T  x( ) e  jk d t Trong đó: x( )    I Mơ hình hóa cho biến đổi  Phương trình trạng thái tổng qt mơ hình đóng cắt là: p d x  Ax   ( Bk x  bk ).uk  d dt k 1 Lấy trung bình hai vế hệ phương trình: d x dt p  Ax   ( Bk x  bk ).uk  d k 1 • Chú ý: Mơ hình trung bình tín hiệu lớn tính tới giá trị DC phân tích Fourier, nghĩa lấy hệ số với k=0 Tính chất: I Mơ hình hóa cho biến đổi • Mơ hình đóng cắt Boost Conv:  g 0 iL    g1 vC      C •  L   iL      vC   RC    0   1  C 1 L  0  E i    L  u L     vC  0   g   (1  u ) i   iL  L   L     g1   vC  vC   (1  u )     C RC  Đặt: • Mơ hình trung bình: x2 E  & x   (1  d )   L L   x&  x1 (1  d )  x2  C RC Giá trị xác lập: E  x   1e (1  d ) R  e  x  E  e  d e E  L    0 I Mơ hình hóa cho biến đổi Mơ hình trung bình tín hiệu nhỏ (AC) • Tuyến tính hóa quanh điểm làm việc cân với biến động nhỏ: x% i  xi u% k  uk  xie , i  1, , n x% i  xie , i  1, , n  uke , k  1, , p d  d e  d% u% k  uke , k  1, , p x1  x1e  x% x2  x2 e  x% • Thay biến động vào phương trình trạng thái: % x%d  x%d%  Lx& % %  E  x  x  x d  x d 2e 2e e 2e e   & x2 e x% % % % % % % Cx  x  x  x d  x d  x d  x d    1e 1e e 1e e  R R II Thiết kế điều khiển Yêu cầu thiết kế : Thiết kế cấu trúc điều khiển trực tiếp cho biến đổi DC/DC Boost có thơng số định mức sau : Tham số Giá trị Điện áp vào Vg 10V Điện áp Vo 18V Điện cảm L 400µH Tụ điện C 20µF Tần số phát xung fx 20kHz Tải R 6Ω II Thiết kế điều khiển Cấu trúc điều khiển trực tiếp điện áp đầu cho BBĐ Boost • Hàm truyền điện áp qua tụ dòng qua cuộn cảm: v% (1  D) x2 e  ( Lx1e ) s o  s Gvd  s    % d  s  LC.s  L s  (1  D) R i% (Cx2 e ) s  2(1  D) x1e L  s Gid  s    d% s  LC.s  L s  (1  D) R II Thiết kế điều khiển • Thực tìm hàm truyền Matlab: II Thiết kế điều khiển • Đồ thị Bode: Đồ thị Bode Gvd(s) Độ dự trữ biên: -30,2 dB Độ dự trữ pha: -87,2 deg • Gvd có độ trữ biên pha nhỏ  Gây khó khăn cho điều khiển • Gid có độ trữ biên, pha lớn dễ điều khiển Đồ thị Bode Gid(s) Độ dự trữ pha: 80,8 deg II Thiết kế điều khiển  Thiết kế bù: Bộ bù loại II có điểm khơng điểm cực kết hợp với khâu tích phân để triệt tiêu sai lệch tĩnh Hàm truyền bù PID có dạng sau: s w (1  )(1  L ) wz s GC ( s)  kc  s (1  ) wP • Tần số điểm không điểm cực bù :   f z  fc    f p  fc   fL    sin   sin   sin   sin  f  c 20 II Thiết kế điều khiển Hàm truyền bù 18 II Thiết kế điều khiển Đồ thị Bode hệ sau có bù: Ta thiết kế bù có cấu trúc PID để có tần số cắt đạt fc = 500Hz có độ dự trữ pha mong muốn 50 deg  Độ trữ biên độ: Gm = 3.13dB >  Độ trữ pha: Pm = 47,1 deg ( Mong muốn 50 deg) => Hệ ổn định Đồ thị Bode bù Gc III Mơ kiểm chứng  Mơ hình đóng cắt mơ hình tín hiệu lớn DC 20 III Mô kiểm chứng  Từ mô ta thấy điện áp đầu cường độ dòng điện qua cuộn cảm mơ hình đóng cắt trung bình bám sát 21 III Mô kiểm chứng Sơ đồ mô Simulink Sơ đồ Boost Converter 22 III Mô kiểm chứng Kết mô R = 6Ω Vref=20V Vref=15V 23 III Mô kiểm chứng Kết mô tải R = 10Ω 24 III Mô kiểm chứng  Nhận xét: + Khi R = 6Ω : Điện áp V0 nhanh chóng đạt 14V 0.025s Khi thay đổi giá trị đặt 18V điện áp đầu bám theo khoảng 0.005s + Khi R = 10Ω : Điện áp V0 nhanh chóng đạt 14V 0.015s Khi thay đổi giá trị đặt 18V điện áp đầu bám theo khoảng 0.005s 25 ... khăn điều khiển điện áp • Hàm truyền dịng điện điều khiển? ?có điểm zero bên trái trục ảo nên khơng ảnh hưởng đến tính ổn định dễ thiết kế điều khiển 12 II Thiết kế điều khiển Yêu cầu thiết kế : Thiết. .. khó khăn cho điều khiển • Gid có độ trữ biên, pha lớn dễ điều khiển Đồ thị Bode Gid(s) Độ dự trữ pha: 80,8 deg II Thiết kế điều khiển  Thiết kế bù: Bộ bù loại II có điểm khơng điểm cực kết hợp...NỘI DUNG TRÌNH BÀY I Mơ hình hóa cho biến đổi II Thiết kế điều khiển III Mô kiểm chứng IV Kết luận I Mơ hình hóa cho biến đổi Mơ hình xác (Exact Model) Sơ đồ Boost Converter Khi van dẫn, D khóa