(TIỂU LUẬN) mô hình hóa và thiết kế điều khiển bộ biến đổi buck converter

Mơ hình hóa thiết kế điều khiển biến đổi Buck Converter Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Trần Trọng Minh Sinh viên thực : Vũ Mạnh Hùng - 20181513 Đỗ Tuấn Quang - 20181710 Nội dung Cơ sở lý thuyết Mơ hình hóa Thiết kế điều khiển trực tiếp Thiết kế điều khiển gián tiếp Cơ sở lý thuyết a Sơ đồ Buck Converter Thông số yêu cầu iin Điện áp đầu vào ( ) L V Điện áp đầu ( 0) Dòng điện đầu ( 0) Tần số đóng cắt ( ) Độ đập mạch dịng điện (∆ ) Độ đập mạch điện áp (∆ 0) vg D rL iL Cơ sở lý thuyết b Tính tốn tham số Chu kì đóng cắt : Độ tự cảm L : Hệ số điều chế : Điện trở : Dòng qua L : Dòng đập mạch : Điện dung C : Điện áp qua tụ : Điện áp đập mạch : Cơ sở lý thuyết c Dạng dòng áp qua phần tử mạch Nội dung Cơ sở lý thuyết Mô hình hóa Thiết kế điều khiển trực tiếp Thiết kế điều khiển gián tiếp Mơ hình hóa a Mơ hình trạng thái đóng cắt (Mơ hình xác – Exact model) + Khi ≤ < L C : Van dẫn, Diod khóa + Khi ≤ < : Van khóa, Diod dẫn L diL dt vC diL dt dvC dt C dv C v i , dT s t Ts (2) C L R Mơ hình hóa a Mơ hình trạng thái đóng cắt (Mơ hình xác – Exact model) • Đưa vào hai hàm chứng nhận h1, h2 : h h iL v • C Đưa vào hàm đón g cắt u= {0,1} : L R A (3) (4) Thiết kế điều khiển gián tiếp a Tính tốn thơng số : • Từ mơ hình trung bình tín hiệu nhỏ AC, ma trận hệ phương trình trạng thái : (17) • Chuyển sang dạng hàm truyền : 28 Thiết kế điều khiển gián tiếp a Tính tốn thơng số : Sử dụng Matlab để tính hàm truyền : 29 Thiết kế điều khiển gián tiếp a Tính tốn thơng số : Hàm truyền điện áp đầu ra: Hàm truyền dòng điện qua cuộn cảm: Nhận xét : Cả hai hàm truyền có mẫu số khâu dao động bậc hai • Với hàm truyền điện áp : hàm truyền điện áp đầu hệ số điều chế khơng có điểm zero • Với hàm truyền dòng điện : điểm zero bên trái trục ảo, nên điều khiển đơn giản Phương pháp thiết kế điều khiển gián tiếp, gồm hai mạch vòng, mạch vòng dòng điện mạch vòng điện áp ngồi •  30 Thiết kế điều khiển gián tiếp a Tính tốn thơng số : Sử dụng cơng cụ matlab để tính hàm truyền : Thơng số yêu cầu Điện áp đầu vào ( ) Điện áp đầu ( 0) Điện cảm (L) Điện dung (C) Điện trở (R) Tần số đóng cắt ( ) 31 Thiết kế điều khiển gián tiếp b Bộ điều khiển dịng điện • Đồ thị bode hàm truyền Gid Hàm truyền có độ dự trữ pha PM=o tần số cắt 34.8kHz • Điểm cực hàm truyền Gid Hàm truyền có hai điểm cực điểm zero 32 Thiết kế điều khiển gián tiếp b Bộ điều khiển dịng điện • • Hàm truyền có hai điểm cực điểm zero nên ta sử dụng bù loại 2,ta thiết kế bù để có tần số cắt đạt fc = 3kHz (bằng 1/10 tần số phát xung) có độ dự trữ pha mong muốn 60 o Cấu trúc bù : (21) • Tần số điểm khơng điểm cực bù : (22) Trong đó: θ góc pha bù loại II tần số cắt 33 Thiết kế điều khiển gián tiếp b Bộ điều khiển dòng điện Hàm truyền bù dòng điện : (23) Ta tìm đại lượng bù : 34 Thiết kế điều khiển gián tiếp c Bộ điều khiển điện áp Hàm truyền điện áp đầu dòng điện cuộn cảm: (24) Þ Hàm truyền Gvi khâu dao động bậc Þ Sử dụng điều khiển PI có cấu trúc : (25) Hàm truyền điều khiển điện áp : • Tần số cắt : • Hệ số chọn để : (27) (26) 35 Mô điều khiển gián tiếp d Sơ đồ mô 36 Mô điều khiển gián tiếp b Đồ thị 37 Mô điều khiển gián tiếp e Đồ thị Lý thuyết Nhận xét : • • Mơ sát với tín thuyết, sai số bé Độ đập mạch dị điện áp nhỏ, khơn ảnh hưởng đ khiển 38 Mô điều khiển gián tiếp e Đồ thị Nhận xét : • Độ điều chỉnh nhỏ • Thời gian đáp ứng nhanh (~0.028s) 39 Kết luận • • Bài trình bày đưa cách mơ hình hóa theo : mơ hình đóng cắt, mơ hình trung bình Từ đó, thiết kế điều khiển theo phương pháp: Điều khiển trực tiếp: thiết kế điều khiển điện áp theo cấu trúc điều khiển PID + Điều khiển gián tiếp: thiết kế điều khiển mạch vòng dòng điện theo bù loại II điều khiển điện áp theo điều khiển PI + • Kết tính tốn mô phương pháp sát với lý thuyết, sai số nhỏ chấp nhận Tuy nhiên, phương pháp điều khiển trực tiếp cho kết có độ chính xác cao 40 Cảm ơn thầy bạn theo dõi 41 42 ... tiếp Thiết kế điều khiển gián tiếp 15 Thiết kế điều khiển trực tiếp a Mô hình cấu trúc điều khiển: Cấu trúc điều khiển DC/DC theo điện áp Cấu trúc điều khiển DC/DC theo điện áp dựa mơ hình tín... (~0.028s) 39 Kết luận • • Bài trình bày đưa cách mơ hình hóa theo : mơ hình đóng cắt, mơ hình trung bình Từ đó, thiết kế điều khiển theo phương pháp: Điều khiển trực tiếp: thiết kế điều khiển điện... loại II tần số cắt 33 Thiết kế điều khiển gián tiếp b Bộ điều khiển dòng điện Hàm truyền bù dịng điện : (23) Ta tìm đại lượng bù : 34 Thiết kế điều khiển gián tiếp c Bộ điều khiển điện áp Hàm truyền