Bài giảng điều khiển bộ biến đổi điện tử công suất theo phương pháp tuyến tính hóa chính xác Thiết kế hệ thông điều khiển điện tử công suất

Thiết kế hệ thống điều khiển điện tử công suất Điều khiển biến đổi ĐTCS theo phương pháp tuyến tính hóa xác TS Vũ Hồng Phương BM Tự động hóa Cơng Nghiệp – Đại học Bách Khoa Hà Nội 07/2014 Nội dung trình bày Cơ sở lý thuyết phuong pháp tuyến tính hóa xác (TTHCX) Ví dụ cho biến đổi DC/DC Buck Ví dụ cho biến đổi DC/DC Boost Kết luận Bài tập 07/2014 CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP TTHCX Nếu đối tượng affine mô tả  dx   f  x  h  xu  dt  y  g  x  Có bậc tương đối r = n tồn điều khiển phản hồi trạng thái tuyến tính hóa xác đối tượng thành tuyến tính Quan hệ biến trạng thái cũ x đối tượng biến trạng thái z  g x    L g x    z  m x        L g x   f n 1 Xét riêng với trường hợp hệ SISO f L g  x u   L L g  x L L g x n f n 1 h 07/2014 f n 1 h f CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP TTHCX  0   d z     dt  0     y  z Hệ tuyến tính thu có dạng  0 0       z      Az  B  1 0 1       z  Az  B   y  Cz  u  p  x  q  x u dx f x h x u dt y g  x  g x     Lf g  x   z Điều khiển tuyến tính hóa xác quan hệ vào – kết hợp với thuật tốn điều khiển tuyến tính 07/2014 VÍ DỤ CHO BỘ BIẾN ĐỔI BUCK Mơ hình tốn học biến đổi Buck  di  L dt  u  dE  C du  i  u  dt R L C C c L ud x  x x Sơ đồ mạch lực biến đổi Buck T T   i u L T c  Trong đó:  x    uE  x   L   x   x  x  C R  2 x  E  L  f x    ; h  x   L      x  x  0    C  R   2 yx 07/2014 VÍ DỤ CHO BỘ BIẾN ĐỔI BUCK Kiểm tra lại điều kiện bậc tương đối mơ hình thỏa mãn điều kiện tuyến tính hóa xác cách xét đạo hàm Lie E g Lh g  x   h  x    1  L     x 0    x2   L  1 g x     x1   Lf g  x   f  x    1  x R   x  x2   C   C  R   Lh Lf g  x   07/2014 Lf g  x  x 1 h x   C E   E  L   RC    LC 0  VÍ DỤ CHO BỘ BIẾN ĐỔI BUCK Tồn khâu chuyển hệ tọa độ trạng thái Trong đó: p x   f L g x  Lf g  x  x L2f g  x  Lh Lf g  x  1 f x   C Mơ hình tuyến tính ; q x  u  p  x   q  x  Lh Lf g  x    x2   x  L  x2       x  x2   LC RC  R  RC    x   C  R    dz 0  0   Az  B   z         dt 0  1  y  z  07/2014 VÍ DỤ CHO BỘ BIẾN ĐỔI BUCK Trong đó, mối quan hệ trạng thái z cũ x là:  x2    g x    z1    z  1  x2   x1    z2   Lf g  x     C  R   Quan hệ đầu y đầu vào ω Mục tiêu điều khiển Dẫn dắt đầu →  y   y  y , z2   theo quan hệ khâu dao động bậc y p n2  y  p  p  2 n p   n2 Và đầu vào ω xác đinh:   2n y  n2  y  y    k z2  k1  y  y  07/2014 VÍ DỤ CHO BỘ BIẾN ĐỔI BUCK  yref 0 x1 T  k1 k2   dp  x q x  T  z1 z2  PWM Boost DC/DC x2  g x     Lf g  x   Cấu trúc điều khiển biến đổi Buck theo phuong pháp tuyến tính hóa xác Điện áp nguồn vào Điện áp nguồn Tải Tần số phát xung Tụ điện đầu Giá trị điện cảm 07/2014 E=28VDC 15VDC R=3Ω fs= 100 kHz C = 500 µF L = 50µH VÍ DỤ CHO BỘ BIẾN ĐỔI BOOST Mơ hình tốn học biến đổi Boost    i        u  1  d    C L C u  d 1 1  1  d   1 i L       L E  u      RC L C x  x x T T   i u L Sơ đồ mạch lực biến đổi Boost T c  Trong đó:  x    ux  E   L   x    ux  x   C R 2 E  x L  L f  x    ; h x    x   x  RC   C 2 y  g  x  07/2014 1  Lx  Cx LC 2       10 VÍ DỤ CHO BỘ BIẾN ĐỔI BOOST Kiểm tra lại điều kiện bậc tương đối mơ hình thỏa mãn điều kiện tuyến tính hóa xác cách xét đạo hàm Lie g  x1 Lh g  x   h  x    x C Lf g  x   Lh Lf g  x   07/2014 g x f x   x C Lf g  x  x  E h x    LC  x2  x2   L   0 L    x1   C  E  x2   L  E x22 x1     L    x2  LC RLC  RC   x2  x2   L  x2  E x1      x2   RLC    x1  LC  L RC   C  11 VÍ DỤ CHO BỘ BIẾN ĐỔI BOOST Tồn khâu chuyển hệ tọa độ trạng thái Trong đó: p x   f L g x  L2f g  x  Lh Lf g  x  Lf g  x  x ; q x   E f x    LC u  p  x   q  x  Lh Lf g  x  E  x2   L  E 2 x22     RLC    x2  L2C R LC  RC  Mơ hình tuyến tính  dz 0  0   Az  B   z         dt 0  1  y  z  07/2014 12 VÍ DỤ CHO BỘ BIẾN ĐỔI BOOST Trong đó, mối quan hệ trạng thái z cũ x là:  2  Lx  Cx    z1   g  x    LC z      z2   Lf g  x    E x  x2  LC RLC   y  Quan hệ đầu y đầu vào ω Mục tiêu điều khiển Dẫn dắt đầu →  y  y , z2   theo quan hệ khâu dao động bậc y p n2  y  p  p  2 n p   n2 Và đầu vào ω xác đinh:   2n y  n2  y  y    k z2  k1  y  y  07/2014 13 VÍ DỤ CHO BỘ BIẾN ĐỔI BOOST  yref 0 x1 T  k1 k2   u  p  x  q  x T  z1 z2  u 1 u d PWM Boost DC/DC x2  g x     Lf g  x   Cấu trúc điều khiển biến đổi Buck theo phuong pháp tuyến tính hóa xác Điện áp nguồn vào Điện áp nguồn Tải Tần số phát xung Tụ điện đầu Giá trị điện cảm 07/2014 E=28VDC 15VDC R=3Ω fs= 100 kHz C = 500 µF L = 50µH 14