THIẾT kế cấu TRÚC điều KHIỂN TRỰC TIẾP bộ BIẾN đổi DCDC BOOST điều khiển điện tử công suất

THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP BỘ BIẾN ĐỔI DC/DC BOOST Điều khiển Điện tử cơng suất Nhóm Nội dung trình bày I Mơ hình hóa biến đổi Boost II Mơ hình trung bình tín hiệu lớn DC III Mơ hình trung bình tín hiệu nhỏ AC IV Mơ mơ hình thiết kế điều khiển V Kết luận I Mơ hình hóa biến đổi Boost iL L io D iC E u V C vc vo Sơ đồ biến đổi kiểu Boost I Mơ hình hóa biến đổi Boost Trạng thái 1: V dẫn, D khóa iL L D io iL L D iC iC E V u=1 C io vc vo E V C vc Phương trình trạng thái  diL L E  vo  dt ,  t  dTs  C dvC   vC  dt R u=0 I Mơ hình hóa biến đổi Boost Trạng thái 2: V khóa, D dẫn iL L D io iL L D V u=1 Phương trình trạng thái iC iC C io vc vo E V C vc vo  diL  L dt  E  vc , dTs  t  Ts  C dvC  i  vC L  dt R u=0 I Mơ hình hóa biến đổi Boost ● Đưa vào hàm chứng nhận iL L D iC E u ][ [ ] ) ¿ 𝑖 ¿ 𝐿 + 𝐿 𝐸 h1 + − ¿ 𝑣𝑐 𝑅𝐶 ¿0 ] ● Đưa vào đóng cắt vc C V ([ [ ] ¿ 𝑖˙𝐿 = io ¿ 𝑣˙𝑐 vo ([ ][ [ ] 1 𝐿 ¿𝑖 𝐿 + ¿ 𝐿 𝐸 ¿ 𝑣 𝑐 − ¿0 𝑅𝐶 − 𝐶 ] Chọn hàm đóng cắt cho V dẫn =1, V khơng dẫn =0; thay [ ] ([ ¿ 𝑖˙𝐿 = ¿ 𝑣˙𝑐 ][ ] [ ] ) ¿ 𝑖𝐿 + ¿ 𝐿 𝐸 𝑢+ − ¿ 𝑣𝑐 𝑅𝐶 ¿0 ([ 𝐶 ][ ][ ] ● Biến đổi phương trình dạng bilinear [ ] [ ¿ 𝑖˙𝐿 = ¿ 𝑣˙𝑐 𝐶 ][ ] [ ][ 𝐿 ¿𝑖 𝐿 + 1 ¿ 𝑣 𝑐 − − 𝑅𝐶 𝐶 − 𝐿 [ ] 𝐸 ¿ 𝑖𝐿 ¿ 𝑢+ 𝐿 ¿ 𝑣 𝑐 ¿0 ] ) 1 𝐿 ¿ 𝑖𝐿 + ¿ 𝐿 𝐸 ( − 𝑢) ¿ 𝑣𝑐 − ¿0 𝑅𝐶 − ) II Mơ hình trung bình tín hiệu lớn DC ● Mơ hình đóng cắt ● Đặt: x1  iL , x2  vC , d  u      E    i i iL       L L L L     u   L              v C     vC     vC     C RC   C         d A B ● Sau đơn giản hóa     u E    i iL   L    L    L   v C   1  u    vC  0     C  RC        d Mơ hình trung bình x2 E   x    d     L L   x  x1 1  d   x2  C RC Giá trị xác lập E  x   1e  d R    e  x  E  e 1  d e   A III 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 uk  uke , k  1, , p ● Thay biến động vào phương trình trạng thái   Lx1  E  x2 e  x2  x2 e d e  x2e d  x2 d e  x2 d      Cx2  x1e  x1  x1e de  x1e d  x1de  x1d  x2 e / R  x2 / R ● Bỏ qua tích hai biến động nhỏ  Lx1  x2e d  1  d e  x2   Cx2  1  d e  x1  x1e d  x2 / R III Mô hình trung bình tín hiệu nhỏ AC ● Viết lại dạng ma trận hệ phương trình trạng thái ● Hàm E   1  de      L 1  d   0  e L  d  x   x      1  d e        RC  d   RC   C e   y s  1 G s   C  sI  A  B+D   truyền có dạng: u s  Trong đó:  1 de   E  0    L 1  de   L    d x A= x    1  de          C RC   RC 1  de    1 de   E  0    L 1  de   L    d x B= x   1  de     2     C RC   RC 1  de   C ma trận đơn vị D ma trận khơng III Mơ hình trung bình tín hiệu nhỏ AC ● Xét với hai biến đầu ra: Điện áp đầu Dòng qua cuộn cảm Thu hai hàm truyền sau: vo  s  1  D  x2 e   Lx1e  s Gvd  s    d  s  LCs  L s   D   R iL  s  Cx2 e  s  1  D  x1e Gid  s    d  s  LCs  L s   D   R ● Phân tích đặc điểm hàm truyền: Cả hai có mẫu số khâu bậc hai Hàm truyền điện áp -> điều khiển có điểm zero bên phải trục ảo Vậy khâu không tối thiểu góc pha, gây nên khó khăn điều khiển trực tiếp điện áp Hàm truyền dòng điện -> điều khiển có dạng đơn giản Như dẫn đến phương pháp thiết kế điều khiển gián tiếp, gồm hai mạch vòng, mạch vòng dòng điện bên mạch vịng điện áp bên ngồi 10 IV Mơ mơ hình thiết kế điều khiển Sử dụng matlab để tính tốn cho kết hàm truyền sau thêm bù %Ham truyen sau co bo bu fc=400; PM=60; [mag1,phase1]=bode(Gvd,2*pi*fc); theta=PM-(phase1+180); fz=fc*sqrt((1-sin(theta*pi/180)) /(1+sin(theta*pi/180))) fp=fc*sqrt((1+sin(theta*pi/180)) /(1-sin(theta*pi/180))) fl=fc/20 numc=[1/(2*pi*fz) 1]; denc=[1/(2*pi*fp) 1]; Gc1=tf(numc,denc)*tf([1 2*pi*fl],[1 0]); [mag2,phase2]=bode(Gc1,2*pi*fc); kc=1/(mag1*mag2) Gc=kc*Gc1 Gh=Gc*Gvd; k=bodeplot(Gh); margin(Gh); setoptions(k,'FreqUnits','Hz'); 17 IV Mơ mơ hình thiết kế điều khiển Sử dụng matlab để tính tóan cho kết hàm truyền sau thêm bù Độ dự trữ biên độ: Gm=0.785 dB Độ dự trữ pha: Pm=57.1 deg (mong muốn 60 deg) Hệ ổn định 18 IV Mơ mơ hình thiết kế điều khiển Mô kiểm chứng qua Matlab/Simulink với mơ sau 19 IV Mơ mơ hình thiết kế điều khiển Kết mơ thực với trường hợp lượng đặt điện áp đầu 15V khoảng thời gian (0s-0,25s) 20V khoảng (0,25s-0,5s) cho kết hình 20 IV Mơ mơ hình thiết kế điều khiển Thời gian xác lập s 7ms s 7ms Ban đầu Khi thay đổi giá trị đặt 21 IV Mơ mơ hình thiết kế điều khiển Độ đập mạch 5.3% 6% 2% 1% Ban đầu Khi thay đổi giá trị đặt 22 IV Mô mơ hình thiết kế điều khiển Trường hợp 2: Đặt điện áp đầu 20V với tải R=10 khoảng (0-0,25) tài R=5 (0,25s-0,5s) 23 IV Mơ mơ hình thiết kế điều khiển Thời gian xác lập s 7ms 7ms s Ban đầu Khi giảm tải 24 IV Mơ mơ hình thiết kế điều khiển Độ đập mạch 2,7% 6,4% 2% Ban đầu % Khi giảm tải 25 IV Mơ mơ hình thiết kế điều khiển Trường hợp 3: Điện áp đầu vào Vg=20V với tải R=10 khoảng (0-0,25) tải R=15 (0,25s-0,5s) 26 IV Mơ mơ hình thiết kế điều khiển Thời gian xác lập ms s ms s Ban đầu Khi tăng tải 27 IV Mô mô hình thiết kế điều khiển Độ đập mạch 5,3% 5% 1.4% Ban đầu 2% Khi tăng tải 28 V Kết luận ● Đã đưa cách thức mơ hình hóa biến đổi Boost phương phao mơ hình trung binh tín hiệu lớn DC, trung binh tín hiệu nhỏ AC, từ đề xuất điều khiển thiết kế bù lead-lag (bộ bù PID) để hệ thống hoạt động ổn định ● Hiểu sâu lý thuyết, nguyên lý hoạt động biến đổi Boost cách thức thiết kế, điều khiển biến đổi khác ● Thực mô công Matlab/Simulink với trường hợp khác để thấy hiệu điều khiển 29 ... cuộn cảm: (A) ( 11 IV Mơ mơ hình thiết kế điều khiển ● Mơ mơ hình biến đổi IV Mơ mơ hình thiết kế điều khiển ● Mơ mơ hình biến đổi 13 IV Mơ mơ hình thiết kế điều khiển ● Tính tốn hàm truyền Sử... phương pháp thiết kế điều khiển gián tiếp, gồm hai mạch vòng, mạch vòng dòng điện bên mạch vịng điện áp bên ngồi 10 IV Mơ mơ hình thiết kế điều khiển ● Chọn thơng số Boost Điện áp vào: ; Điện áp... mơ hình thiết kế điều khiển ● Tính tốn hàm truyền Sử dụng matlab để tính hàm truyền 15 IV Mơ mơ hình thiết kế điều khiển Cần thiết kế bù loại lead-lag (bộ bù PID có điểm khơng điểm cực kết hợp