Thiết kế cấu trúc điều khiển trực tiếp bộ biến đổi DC DC BOOST

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Thiết kế cấu trúc điều khiển trực tiếp Bộ biến đổi DC/DC BOOST Giảng viên: TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat MỤC MỤC 1.Mơ hình hóa biến đổi Boost 2.Mơ hình trung bình tín hiệu lớn DC 3.Mơ hình trung bình tín hiệu nhỏ AC 4.Mơ mơ hình thiết kế điều khiển 5.Kết luận, đánh giá TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Mơ hình hố biến đổi BOOST iL L io D iC E u V C vc vo Sơ đồ biến đổi boost TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Mơ hình hố biến đổi BOOST Trạng thái 1: V dẫn, D khoá iL L D iL L io D iC iC E V u=1 C ioPhương trình trạng thái vc vo E V C  diL  vLo dt  E vc  ,  t  dTs C dvC   vC  dt R u=0 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Mơ hình hố biến đổi BOOST Trạng thái 2: V khoá, D dẫn 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  vc  vo  dt , dTs  t  Ts  C dvC  i  vC L  dt R u=0 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Mơ hình hố biến đổi BOOST Đưa vào hàm chứng nhận h1 h2 ([ ][ ] [ ] ) ¿ 𝑖˙𝐿 = ¿ 𝑣˙𝑐 [ ] ¿ 𝑖𝐿 ¿ + 𝐿 𝐸 h1 + − ¿ 𝑣𝑐 𝑅𝐶 ¿0 ([ 𝐶 ][ [ ] ) 1 𝐿 ¿𝑖 𝐿 ¿ + 𝐿 𝐸 h2 ¿ 𝑣 𝑐 − ¿0 𝑅𝐶 − ] Đưa vào đóng cắt u = {0,1} Chọn hàm đóng cắt U cho V dẫn u = 1, V khơng dẫn u = 0, thay h1 = u, h2 = – u [ ] ([ ][ ] [ ] ) 0 ¿ 𝑖𝐿 ¿ + 𝐿 𝐸 𝑢+ − ¿ 𝑣𝑐 𝑅𝐶 ¿0 ¿ 𝑖˙𝐿 = ¿ 𝑣˙𝑐 [ ] [ ¿ 𝑖˙𝐿 =  ¿ 𝑣˙𝑐 𝐶 ][ ] [ ([ 𝐶 𝐿 ¿𝑖 𝐿 + 1 ¿ 𝑣 𝑐 − − 𝑅𝐶 𝐶 − ][ ][ ] ) 1 𝐿 ¿ 𝑖𝐿 + ¿ 𝐿 𝐸 ( −𝑢 ) ¿ 𝑣𝑐 − ¿0 𝑅𝐶 − 𝐿 ][ [ ] 𝐸 ¿ 𝑖𝐿 ¿ 𝑢+ (Phương trình dạng bilinear) 𝐿 ¿ 𝑣 𝑐 ¿0 ] TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Mơ hình trung bình tín hiệu lớn DC • Mơ hình đóng cắt • Sau đơn giản hoá Đặt x1 = (iL )0, x2 = (vc )0, d = (u )0 • Mơ hình trung bình • Giá trị xác lập TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Mô hình trung bình tín hiệu nhỏ AC • Tuyến tính hoá quanh điểm làm việc cân với biến động nhỏ • Thay biến động vào phương trình trạng thái • Bỏ qua tích biến động nhỏ TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Mơ hình trung bình tín hiệu nhỏ AC • Viết lại dạng ma trận hệ phương trình trạng thái • Hàm truyền có dạng: Trong C ma trận đơn vị D ma trận không TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 10 Mơ hình trung bình tín hiệu nhỏ AC • Xét với biến đầu ra: Điện áp đầu Dòng qua cuộn cảm Ta thu hàm truyền : TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 11 Mơ hình mơ hình thiết kế điều khiển • Thơng số boost Điện áp vào Vg = 12V; Điện áp V0 = 48V Tải R = 48Ω, tần số phát xung f = 100KHz L = 200µH, C = 100µF Hệ số điều chế: D = - = 0.75 Dịng điện trung bình qua cuộn cảm : IL = = Độ đập mạch điện áp đầu ra: ΔV0 = = ( A) = 1.92 (V) () Độ đập mạch dòng điện qua cuộn cảm: = 0.48 (A) ( TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 12 Mơ hình mơ hình thiết kế điều khiển Mơ mơ hình biến đổi TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 13 Mơ hình mơ hình thiết kế điều khiển So sánh mơ hình tốn học mạch vật lý IL uC TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 14 Mơ hình mơ hình thiết kế điều khiển • Tính tốn hàm truyền Sử dụng matlab để tính hàm truyền: • rC=8e-3; %esr • rL=0; • C = 40e-6; %tu dien • L = 480e-6; %cuon cam • R = 10; %Tai thuan tro • Vo=20; %gia tri xac lap dien ap tren • Vg=12; %gia tri xac lap dien ap dau vao • D = 1-Vg/Vo; %He so dieu che • IL=Vo/((1-D)*R);%gia tri xac lap dong qua cuon cam • num=[-L*IL (1-D)*20] ; • den=[L*C L/R (1-D)^2]; • Gvd=tf(num,den); • Bode(Gvd) TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 15 Mơ hình mơ hình thiết kế điều khiển Đồ thị Bode Gvd TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 16 Mơ hình mơ hình thiết kế điều khiển Cần thiết kế bù loại lead – lag (bộ bù PID có điểm khơng điểm cực kết hợp với khâu tích phân để triệt tiêu sai lệch tĩnh) • Tần số cắt (fc) nên bé 1/10 tần số phát xung biến đổi • Tần số cắt (fc) nên bé 1/5 tần số RHP hàm truyền quan hệ điện áp đầu hệ số điều chế • Tần số cắt (fc) nên lớn tần số cộng hưởng hàm truyền quan hệ điện áp đầu hệ số điều chế  Từ chọn tần số cắt fc = 400Hz Độ dự trữ pha PM= 60 deg (1  Hàm truyền bù PID có dạng sau : Tần số điểm không điểm cực bù: GC ( s )  kc  s w )(1  L ) wz s s (1  ) wP   sin   f z  fc  sin     sin   f p  fc  sin    fc f  L  20  TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 17 Mơ hình mơ hình thiết kế điều khiển • Tính tốn hàm truyền Sử dụng matlab để tính hàm Gc: • 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; TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 18 Mơ hình mơ hình thiết kế điều khiển Đồ thị bode sau có bù • Độ dự trữ pha: 0.785 dB • Độ dự trữ pha: 57.1 deg Hệ ổn định TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 19 Mơ hình mơ hình thiết kế điều khiển Mơ kiểm chứng qua Matlab/Simulink với mơ sau TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 20 Mô thiết kế điều khiển Thay đổi điện áp đặt 15V => 20V • Thời gian xác lập: 25 ms • Độ đập mạch iL: 5% • Độ đập mạch uC: 1% Sau thay đổi điện áp đặt • Thời gian xác lập: ms • Độ đập mạch iL: 6% • Độ đập mạch uC: 2% TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 21 Mô thiết kế điều khiển Thay đổi tải R=10V => R=5V • Thời gian xác lập: 20 ms • Độ đập mạch iL: 6.4% • Độ đập mạch uC: 2% Sau thay đổi điện áp đặt • Thời gian xác lập: ms • Độ đập mạch iL: 2.7% • Độ đập mạch uC: 4% TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 22 Kết luận • Đã đưa cách thức mơ hình hóa biến đổi Boost phương pháp 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 mơ công Matlab/Simulink với trường hợp khác để thấy hiệu điều khiển TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 23 THANK YOU ! TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 24 .. .Thiết kế cấu trúc điều khiển trực tiếp Bộ biến đổi DC/ DC BOOST Giảng viên: TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat MỤC MỤC 1.Mơ hình hóa biến đổi Boost 2.Mơ hình... hình mơ hình thiết kế điều khiển Đồ thị Bode Gvd TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 16 Mơ hình mơ hình thiết kế điều khiển Cần thiết kế bù loại lead – lag (bộ bù PID có điểm... lý thuyết, nguyên lý hoạt động biến đổi Boost cách thức thiết kế, điều khiển biến đổi khác • Thực mơ công Matlab/Simulink với trường hợp khác để thấy hiệu điều khiển TIEU LUAN MOI download :