Đề tài mô hình hóa mạch boost converter

ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Đề tài: Mơ hình hóa mạch Boost Converter Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Trọng Minh Họ tên: MSSV Đồng Hữu Hùng 20166216 Trần Nam Trung 20166890 download by : skknchat@gmail.com 1.Mơ hình đóng cắt (mơ hình xác) Mạch Boost Coverter mạch tăng áp DC-DC Mạch làm việc trạng thái van ON van OFF download by : skknchat@gmail.com 1.Mơ hình đóng cắt (Mơ hình xác) Trạng thái 1: Khi khóa V – On; D - Off Ta có mạch chuyển tương đương sau download by : skknchat@gmail.com 1.Mơ hình đóng cắt (Mơ hình xác) Trạng thái 2: khóa V- Off, D - On Ta có mạch chuyển tương đương sau { [ ] [ 𝑖˙𝐿 = 𝑣˙𝐶 𝐶 { 𝐸 𝑣𝐶 ˙ 𝒊 𝑳= − 𝐿 𝐿 𝑖𝐿 𝑣𝑐 𝒗˙ 𝒄= − 𝐶 𝑅𝐶 𝐿 𝑑 𝑖 𝐿 =𝐸 − 𝑣 𝐶 𝑑𝑡 𝐶 𝑑 𝑣𝐶 𝑣𝑐 =𝑖𝐿 − 𝑑𝑡 𝑅 𝐿 − 𝑅𝐶 − ] [ ] 𝑖𝐿 + 𝐿 𝑣𝐶 [ ] download by : skknchat@gmail.com 𝐸 1.Mơ hình đóng cắt (mơ hình xác) • Đưa o hai hà m ng nhậ n h1, h2 = + • Đưa o hà m ng cắ t u ={0,1}, u = V on ; u = V off: = u + (1-u) • Biến đổ i phương trình nh ng bilinear: = + u + download by : skknchat@gmail.com 1.Mơ hình đóng cắt (mơ hình xác)  Mơ mơ hình đóng cắt Chọn thông số mạch điện sau: E = 12V, fx = 50kHz, R = 5Ω, D=0.5, L=160 uH, C=200 uH Ta xây dự ng đượ c mơ hình ng cắ t mạ ch điện sau: download by : skknchat@gmail.com 1.Mơ hình đóng cắt (mơ hình xác)  Mơ mơ hình đóng cắt download by : skknchat@gmail.com 1.Mơ hình đóng cắt (mơ hình xác)  Mơ hình vật lý Mơ mơ hình vật lý với thơng số tương tự mơ hình đóng cắt download by : skknchat@gmail.com 1.Mơ hình đóng cắt (mơ hình xác)  So sánh mơ hình đóng cắt mơ hình vật lý download by : skknchat@gmail.com 2.Mơ hình trung bình tín hiệu lớn (DC)  Xây dựng mơ hình Từ ma trận mơ hình đóng cắt ta có: = + Đặt với u={0;1} ta thu phương trình tín hiệu lớn DC download by : skknchat@gmail.com 2.Mơ hình trung bình tín hiệu lớn (DC)  Xây dựng mơ hình Ta có { 𝑥2 𝐸 ( 1− 𝑑 ) + 𝑥 ˙ 1=− 𝐿 𝐿 𝑥1 𝑥2 ( ) 𝑥 ˙ 2= 1− 𝑑 − 𝐶 𝑅𝐶 Với giá trị xác lập { 𝐸 (1 − 𝑑𝑒) 𝑅 𝐸 𝑥 𝑒= 1− 𝑑𝑒 𝑥1 𝑒= Trong de hệ số lấp đầy xung điểm làm việc cân download by : skknchat@gmail.com 2.Mơ hình trung bình tín hiệu lớn (DC)  Mơ mơ hình trung bình tín hiệu lớn (DC) download by : skknchat@gmail.com 2.Mơ hình trung bình tín hiệu lớn (DC)  Mơ mơ hình trung bình tín hiệu lớn (DC) download by : skknchat@gmail.com 2.Mơ hình trung bình tín hiệu lớn (DC)  So sánh mơ hình tín hiệu lớn mơ hình đóng cắt Điều khiển Điện Tử Cơng Suất download by : skknchat@gmail.com 3.Mơ hình trung bình tín hiệu nhỏ (AC) Tuyến tinh hóa quuanh điểm làm việc với biến động nhỏ tín hiệu xoay chiều sau: Thay biến động vào phương trình trạng thái { ~ ~ 𝐿~ 𝑥˙ =𝐸 − 𝑥 𝑒 − ~ 𝑥 +𝑥 𝑒 𝑑 𝑒+ 𝑥 𝑒 𝑑+ ~ 𝑥 𝑑 𝑒+ ~ 𝑥2 𝑑 ~ 𝑥 𝑥2 ~ ~ 𝑒 ~ ~ ~ ~ ˙ 𝐶 𝑥 2=𝑥 𝑒+ 𝑥 − 𝑥 𝑒 𝑑𝑒 − 𝑥 1𝑒 𝑑 − 𝑥1 𝑑 𝑒 − 𝑥1 𝑑 − − 𝑅 𝑅 { ~ ~ ˙ =𝑥 𝐿~ 𝑥 𝑒 𝑑 − (1 − 𝑑𝑒 ) 𝑥 Bỏ qua tích biến động nhỏ ý điểm làm ~ 𝑥2 ~ ~ ~ ˙ việc cân ta được: 𝐶 𝑥 2=(1 − 𝑑 𝑒 ) 𝑥1 − 𝑥1 𝑒 𝑑 − 𝑅 ~ ˙ = 𝑥 [ Viết lại dạng ma trận hệ phương trình trạng thái: − 𝑑 𝑒 𝐶 ] [ ] − 𝑑𝑒 𝐸 𝐿(1 − 𝑑 𝑒 ) ~ 𝐿 ~ 𝑥+ 𝑑 𝐸 − − 𝑅𝐶 𝑅𝐶 (1 − 𝑑𝑒 ) − download by : skknchat@gmail.com 4.Thiết kế điều khiển  Mơ hình trung bình tín hiệu nhỏ (AC) • Biểu diễn lại dạng hàm truyền: G(s) = C[sI-A]-1 B + D Hàm truyền điện áp có điểm zero nằm bên phải trục ảo, gây khó khăn điều khiển trực tiếp điện áp Hàm truyền dịng điện có điểm zero nằm bên trái trục ảo, nên dễ điều khiển mạch vòng download by : skknchat@gmail.com 4.Thiết kế điều khiển  Đồ thị Bode Gvd download by : skknchat@gmail.com 4.Thiết kế điều khiển  Đồ thị Bode Gid download by : skknchat@gmail.com 4.Thiết kế điều khiển  Thiết kế bù - Bộ bù loại có điểm khơng điểm cực bù hay sử dụng cấu trúc điều khiển trực tiếp cho biến đổi Boost Hàm truyền bù PID loại có dạng sau: w s (1  ).(1  L ) wz s G C(s)  k c s (1  ) wp - Ta thiết kế bù cho hệ có: fc = 5000Hz PM = 55 - Tần số điểm cực download : skknchat@gmail.com Vớ i fl =by 1/20 fc 4.Thiết kế điều khiển  Thiết kế bù download by : skknchat@gmail.com 4.Thiết kế điều khiển  Thiết kế bù Mơ hình điều khiển Vc Mơ hình vật lý biến đổi Boost Converter download by : skknchat@gmail.com 4.Thiết kế điều khiển  Thiết kế bù Xét kịch mô điều khiển: Ban đầu giá trị đặt điện áp đầu 15V Sau 0,15s thay đổi giá trị điện áp đầu 30 V Sau 0,2s giá trị tải giảm nửa Ta nhận đáp ứng hệ sau: download by : skknchat@gmail.com 4.Thiết kế điều khiển  Thiết kế bù Nhận xét: Điện áp Vc hay điện áp nhanh chóng bám theo giá trị đặt 0,05s thời điểm ban đầu sau thay đổi giá trị đặt, điện áp bám theo giá trị đặt khoảng 0,05s Sau tải thay đổi, điện áp biến động nhiên nhanh chóng bám theo giá trị đặt khoảng 0.025s Tuy nhiên, độ q điều chỉnh cịn lớn, cần hồn thiện điều khiển thêm download by : skknchat@gmail.com Cảm ơn thầy bạn lắng nghe download by : skknchat@gmail.com ...1.Mơ hình đóng cắt (mơ hình xác) Mạch Boost Coverter mạch tăng áp DC-DC Mạch làm việc trạng thái van ON van OFF download by : skknchat@gmail.com 1.Mơ hình đóng cắt (Mơ hình xác) Trạng... skknchat@gmail.com 1.Mơ hình đóng cắt (mơ hình xác)  Mơ mơ hình đóng cắt download by : skknchat@gmail.com 1.Mơ hình đóng cắt (mơ hình xác)  Mơ hình vật lý Mơ mơ hình vật lý với thơng số tương tự mơ hình đóng... skknchat@gmail.com 1.Mơ hình đóng cắt (mơ hình xác)  So sánh mơ hình đóng cắt mơ hình vật lý download by : skknchat@gmail.com 2.Mơ hình trung bình tín hiệu lớn (DC)  Xây dựng mơ hình Từ ma trận mơ hình đóng