Thiết kế mạch vòng điều khiển cho bộ biến đổi buck boost theo phương pháp phản hồi trạng thái

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ TÀI: “Thiết kế mạch vòng điều khiển cho biến đổi Buck - Boost theo phương pháp phản hồi trạng thái” NHÓM 11 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Trọng Minh Sinh viên: • Phạm Văn Đồng - 20181397 • Nguyễn Văn Đức - 20181410 • Trương Thanh Hằng – 20181459 • Đào Mạnh Dương - 20173796 download by : skknchat@gmail.com Thiết kế điều khiển Buck-Boost u cầu thiết kế Mơ hình hóa Thiết kế điều khiển Mô Matlab Simulink kết luận download by : skknchat@gmail.com Yêu cầu thiết kế  Các thông số thiết kế: R=5; Uo = 15V; Uin = 30V; rL = rC = 0; Tần số phát xung fs =200Khz Với trường hợp:_ Nguồn thay đổi 10% _ Tải thay đổi download by : skknchat@gmail.com Yêu cầu thiết kế  Từ thơng số ta có:  Hệ số điều chế :   D Uo 15   Uo  Uin 15  30 Dòng điện qua tải: Uo 15 Io    3( A) R Độ đập mạch dòng điện qua cuộn cảm thườngIL : Chọn độ đập mạch 15% = (10 – 30)% => IL  (10 – 30)% DU i Ui fS I L  DTs L  1111 11( H ) L I L download by : skknchat@gmail.com Yêu cầu thiết kế  Đập mạch điện áp tụ thông thường 0.1 – 1% => Chọn 0.1% Uc  0.1%Uc  0.015V Io DTsIo Uc  DTs  C   333.33( F ) C Uc download by : skknchat@gmail.com Yêu cầu thiết kế Thiết kế theo chế độ phản hồi trạng thái với bước tiến hành sau:  Mô hình hóa biến đổi  Thiết kế mạch điều khiển  Mơ Matlab  Phân tích kết mô download by : skknchat@gmail.com Mô hình hóa biến đổi Buck-Boost converter  Sơ đồ biến đổi Buck - Boost: download by : skknchat@gmail.com Mơ hình hóa biến đổi Buck - Boost converter  Áp dụng định luật Kirchhoff { Trường hợp 1:  V dẫn  D khóa 𝒅 𝒊𝑳 𝑳 =𝒖 𝒊𝒏 𝒅𝒕 𝒅 𝒖𝑪 𝟏 𝑪 =− 𝒖𝑪 𝒅𝒕 𝑹 𝒖 𝒐 =𝒖 𝑪    i L  0   i L   uin     0       L     u C       RC   uc  download by : skknchat@gmail.com (1) Mơ hình hóa biến đổi Buck - Boost converter Trường hợp 2:  D dẫn  V khóa { 𝒅 𝒊𝑳 =−𝒖 𝒐 𝒅𝒕 𝒅 𝒖𝑪 𝟏 𝑪 = 𝒊𝑳 − 𝒖 𝒅𝒕 𝑹 𝑪 𝒖 𝒐 =𝒖 𝑪 𝑳    i L  0   i L   uin     0       L     u C       RC   by : skknchat@gmail.com c udownload (2) 10 Mơ hình hóa biến đổi Buck - Boost converter Như biến đổi Buck - Boost mô tả không gian trạng thái sau:    1  (1  d )     d   i   L iL     L       L uin    (1  d ) uc     uC   C RC    iL    0 1  u o  uC   download by : skknchat@gmail.com 16 Quỹ đạo điểm cực đối tượng với điểm cực download by : skknchat@gmail.com Bode Diagram 20 System: sys Gain Margin (dB): -4.12 At frequency (kHz): 3.7 Closed loop stable? No -20 -40 -60 360 Phase (deg) 17 Magnitude (dB) 40 System: sys Phase Margin (deg): -10.4 Delay Margin (sec): 0.000203 At frequency (kHz): 4.79 Closed loop stable? No 270 180 90 -2 10 10 -1 10 10 Frequency (kHz) 10 10 Đồ thị bode hệ hở chưa thêm khâu tích phân  Đồ thị bode có độ dự trữ pha âm; hệ khơng ổn định download by : skknchat@gmail.com  Hàm truyền hệ – đối tượng điều chỉnh tính sau: 18 Nhờ matlab ta tính được: download by : skknchat@gmail.com 19  Tính hệ số • Để đảm bảo khơng có sai lệch tĩnh bám thay đổi chậm lượng đặt  Cần khâu tiền xử lý có dạng khâu tích phân (chọn tần số cắt ) Xác định hệ số để hệ hở có biên độ tần số cắt : =1 • Sử dụng lệnh: [mag,phase] = bode(sys,2*pi*fc) [mag1,phase1] = bode(tf(1,[1 0]),2*pi*fc) Kc = 1/(mag*mag1)  8384 download by : skknchat@gmail.com Bode Diagram Magnitude (dB) 50 System: untitled1 Gain Margin (dB): 7.15 At frequency (kHz): 0.894 Closed loop stable? Yes -50 -100 Phase (deg) -150 270 20 System: untitled1 Phase Margin (deg): 41.7 Delay Margin (sec): 0.000232 At frequency (kHz): 0.5 Closed loop stable? Yes 180 90 -2 10 10 -1 10 10 Frequency (kHz) 10 Đồ thị bode hàm truyền hệ hở thêm khâu tích phân download by : skknchat@gmail.com 10 21 Mô  Sơ đồ điều khiển matlab: download by : skknchat@gmail.com  Sơ đồ mạch Buck - Boost converter 22 download by : skknchat@gmail.com 23 download by : skknchat@gmail.com  Điện áp qua tụ Uo = 15V 24  Nhận xét:  Khơng có độ q điều chỉnh  Giá trị điện áp đầu bám sát giá trị đặt, điện áp đập mạch 0.03V = 0.2%  Đáp ứng nhanh 0.008s download by : skknchat@gmail.com  Khi thay đổi điểm làm việc (tại 0,02s Uo từ 15V tăng lên 40V) 25 Nhận xét:  Khơng có độ q điều chỉnh  Giá trị điện áp đầu bám sát giá trị đặt, điện áp đập mạch 0.14V = 0.35%  Đáp ứng nhanh 0.025s  download bycầu, : skknchat@gmail.com Bộ điều khiển đáp ứng yêu giá trị bấn sát giát trị đặt ...2 Thiết kế điều khiển Buck- Boost Yêu cầu thiết kế Mơ hình hóa Thiết kế điều khiển Mô Matlab Simulink kết luận download by : skknchat@gmail.com Yêu cầu thiết kế  Các thông số thiết kế: R=5;... độ phản hồi trạng thái với bước tiến hành sau:  Mơ hình hóa biến đổi  Thiết kế mạch điều khiển  Mô Matlab  Phân tích kết mơ download by : skknchat@gmail.com Mơ hình hóa biến đổi Buck- Boost. .. by : skknchat@gmail.com c udownload (2) 10 Mơ hình hóa biến đổi Buck - Boost converter Như biến đổi Buck - Boost mô tả không gian trạng thái sau:    1  (1  d )     d   i   L