điều khiển điện tử công suất

THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ BIẾN ĐỔI BUCK Vũ Hồng Phương 11/2015 NỘI DUNG TRÌNH BÀY  Nhiệm vụ: Thiết kế bù cho biến đổi kiểu Buck có thơng số sau: điện áp nguồn 28V, điện áp 15V cho dòng tải 5A (R = 3Ω), L =50µH, C= 500µF, tần số phát xung 100kHz  Điều khiển theo điện áp (Voltage mode)  Điều khiển theo dòng điện (Current mode)  Nhận xét 11/2015 ĐIỀU KHIỂN THEO ĐIỆN ÁP  Hàm truyền điện áp đầu hệ số điều chế viết lại dạng sau: G  s  vd uˆ  s  G dˆ  s  o vdo  s  s 1   Q   0 Trong đó: G  V  28V vdo in f     1kHz 2 2 LC Q R C  9,5  (19,5dB) L 11/2015 ĐIỀU KHIỂN THEO ĐIỆN ÁP Hàm truyền điện áp đầu điện áp đầu vào G  vg v  s  DR  v  s  R  Ls  RLCs o in  Cấu trúc điều khiển trực tiếp cho biến đổi kiểu buck uˆin uˆo* 11/2015 ˆ Gc  s  d Gvg  s  Gvd  s  uˆo Cấu trúc điều khiển trực tiếp biến đổi kiểu buck với tín hiệu nhỏ ĐIỀU KHIỂN THEO ĐIỆN ÁP Bode Diagram 60 System: Gvd Frequency (Hz): 101 Magnitude (dB): 29 Magnitude (dB) 40 System: Gvd Peak gain (dB): 48.5 At f requency (Hz): 1e+003  Hàm truyền Gvd(s) có tần số cắt xấp xỉ 5,5kHz độ dự trữ pha PM = 1,160 20 System: Gvd Frequency (Hz): 5.44e+003 Magnitude (dB): -0.0481 -20 Phase (deg) -45 System: Gvd Phase Margin (deg): 1.16 Delay Margin (sec): 5.95e-007 At f requency (Hz): 5.42e+003 Closed Loop Stable? Yes -90 -135 -180 10 10 10 Frequency (Hz) Đồ thị Bode hàm truyền đạt Gvd(s)  Mục tiêu: Thiết kế bù có cấu trúc theo để có tần số cắt fc = 10kHz PM = 550 11/2015 ĐIỀU KHIỂN THEO ĐIỆN ÁP  Cấu trúc bù (Compensator) Lead (PD):  s 1   G  s  G   s     c1 z co p        Cấu trúc bù PID:  s          s   G  s  G   s  1      L z c2 co p 11/2015 ĐIỀU KHIỂN THEO ĐIỆN ÁP – LEAD(PD)  Biên độ tần số 10kHz hàm truyền đạt Gvd (s) tính là: f  G    0.28  -11.0568dB f  vdo c  Sử dụng lệnh : [mag,phase]=bode(Gvd,2*pi*10e+3)  0, 2866  G  j    arcG  j     vd    10 e 3 vd    10 3    10 e   -179.3859 11/2015 ĐIỀU KHIỂN THEO ĐIỆN ÁP – LEAD(PD)  Pha điều chỉnh tần số cắt: arc G  j  c  arc G  j  c   180    arc G  C PM dt  j   C  53,85  C  Tần số điểm không điểm cực bù tính sau:   sin  53,84   3, 26kHz f  f  sin 53,84      sin  53,84     30,63kHz f f   sin 53,84    z c 0 p 11/2015 c ĐIỀU KHIỂN THEO ĐIỆN ÁP – LEAD(PD)  Gco_PD có giá trị để thỏa mãn biên độ hàm truyền hở tần số cắt (tần số cắt hệ hở fc ): f f  G   1 f f  G p co _ PD vdo z c  G  1,13 co Note: dùng câu lệnh Matlab để tính Gco_PD 11/2015 ĐIỀU KHIỂN THEO ĐIỆN ÁP – LEAD(PD) Bode Diagram Magnitude (dB) 50  Tìm cấu trúc tham số bù System: sys Frequency (Hz): 9.89e+003 Magnitude (dB): 0.0574 -50  Kiểm chứng cấu trúc điều khiển DC/DC theo điện áp -100 45 Phase (deg) System: sys Phase Margin (deg): 54.5 Delay Margin (sec): 1.52e-005 At f requency (Hz): 9.94e+003 Closed Loop Stable? Yes -45 -90 -135 -180 10 10 10 10 10 Frequency (Hz) Đồ thị Bode hàm truyền đạt Gc(s)*Gvd(s) 11/2015 10 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – LEAD (PD) 150 25 uC(ref) 20 iL(a) Dong dien qua cuon cam (A) uC(s) Dien ap (V) uC(a) 15 10 100 50 iL(s) 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 t(s) -50 0.01 Điện áp 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 t(s) 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01 Dòng điện chảy qua cuộn cảm Kết mô Buck converter 11/2015 11 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – LEAD (PD) 25 14.56 uC(ref) 14.55 20 uC(s) uC(a) Dien ap (V) Dien ap (V) 14.54 15 10 14.53 14.52 14.51 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 t(s) 0.06 0.07 Điện áp 0.08 0.09 0.1 14.5 0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 t(s) 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04 Đập mạch điện áp (zoom) Kết mô Buck converter điện áp nguồn có đập mạch với biên độ 1V, tần số 100Hz 11/2015 12 ĐIỀU KHIỂN THEO ĐIỆN ÁP – PID Bode Diagram 100 fL ≤ 1/10 tần số cắt fc Magnitude (dB) 50 fL, fL giữ nguyên giống PD -50 -100 Phase (deg)  Gco tính: System: sys Phase Margin (deg): 51.6 Delay Margin (sec): 1.45e-005 At f requency (Hz): 9.88e+003 Closed Loop Stable? Yes -45 -90 G -135 L co _ PID -180 10 f  1   f  c 10 10 10 10 10 Frequency (Hz) f f  G   1 f f  p vdo z c  G  1,12 co Đồ thị Bode hàm truyền đạt Gc2(s)*Gvd(s) Hoặc dùng lệnh Matlab 11/2015 13 ĐIỀU KHIỂN THEO ĐIỆN ÁP – PID Ảnh hưởng điện áp nguồn tác động điện áp BBĐ Buck uˆin uˆo*  Gvg  s  ˆ Gc  s  d uˆo Gvd  s   Hàm truyền điện áp đầu điện áp đầu vào T s  v  s  v  s  g 11/2015  o v0*  s  0 G  s 1 G  s G  s vg c vd 14 ĐIỀU KHIỂN THEO ĐIỆN ÁP – PID  Sử dụng lệnh [mag,phase]=bode(T,2*pi*100) ta có:  0,0033  T  j    arcT  j        100    100    100  76,77  Sử dụng lệnh [mag,phase]=bode(Gvg,2*pi*100) ta có:  0,54  G  j    arcG  j     vg    100 vg    100  0,61    100 11/2015 15 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – PID 30 150 25 iL(a) uC(a) Dong dien qua cuon cam (A) uC(s) Dien ap (V) 20 uC(ref) 15 10 100 50 iL(s) -50 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 t(s) 0.006 0.007 Điện áp 0.008 0.009 0.01 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 t(s) 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01 Dòng điện chảy qua cuộn cảm Kết mơ Buck converter 11/2015 16 KẾT QUẢ MƠ PHỎNG – PID 15.008 30 15.006 25 uC(a) 15.004 uC(s) Dien ap (V) Dien ap (V) 20 15 15.002 15 10 14.998 14.996 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 t(s) 0.06 0.07 0.08 0.09 Điện áp 0.1 14.994 0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 t(s) 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04 Đập mạch điện áp (zoom) Kết mô Buck converter điện áp nguồn có đập mạch với biên độ 1V, tần số 100Hz 11/2015 17 NHẬN XÉT Chất lượng điều khiển: độ điều khiển, sai lệch tĩnh, ảnh hưởng nhiễu tác động (điện áp nguồn tải thay đổi)….? Giới hạn dịng điện? Tương thích với phần tử thực hiện: tương tự, số? 11/2015 18