DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................... 6 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂNEquation Chapter 1 Section 1 ................................................................... 14 1.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển bộ biến đổi điện tử công suất ......................................... 14 1.2 Mạch phát xung điều khiển đóng mở van bán dẫn ................................................... 15 1.2.1 Điều khiển mở cho Tiristor .................................................................................. 15 1.2.2 Điều khiển đóng cắt cho MOSFET ...................................................................... 17 1.2.3 Điều khiển đóng cắt cho IGBT ............................................................................ 19 1.2.4 Mạch driver cho MOSFET và IGBT ................................................................... 21 1.3 Mục tiêu đặt ra trong thiết kế điều khiển các bộ biến đổi ......................................... 23 1.4 Các loại hệ thống điều khiển ..................................................................................... 25 2 các phương pháp ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG PWM Equation Chapter 2 Section 2 .. 27 2.1 Các dạng sơ đồ điều chế ............................................................................................ 27 2.2 Phân tích sóng hài dạng sóng điều chế PWM ........................................................... 29 2.3 Mô hình tín hiệu nhỏ AC cho PWM với tần số sóng mang không đổi ..................... 32 2.4 Mô hình tín hiệu nhỏ AC cho PWM với tần số sóng mang thay đổi ........................ 35 2.5 Điều chế PWM cho các bộ nghịch lưu ...................................................................... 36 2.5.1 Điều chế PWM cho nghịch lưu một pha nửa cầu ................................................ 36 2.5.2 Điều chế PWM cho nghịch lưu cầu một pha ....................................................... 38 2.5.2.1 Điều chế hai cực tính .......................................................................... 38 2.5.2.2 Điều chế một cực tính (Phase shift modulation) .................................. 39 2.5.3 Thời gian chết trong chu kỳ điều chế ................................................................... 40 2.5.4 Phương pháp biến điệu độ rộng xung ứng dụng điều khiển số: PWM trích mẫu đều 41 2.6 Điều chế PWM cho nghịch lưu nguồn áp ba pha ...................................................... 44 2.6.1 Phương pháp sinPWM ......................................................................................... 44 2.6.2 Phương pháp điều chế vector không gian (SVM) ................................................ 47 2.6.2.1 Thuật toán điều chế vector không gian ................................................ 47 2.6.2.2 Mô phỏng phương pháp sinPWM và SVM ......................................... 56 3 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÒNG KÍN CHO CHỈNH LƯU TIRISTOR Equation Chapter 3 Section 3 ............................................................................................................... 59 3.1 Mạch tạo xung điều khiển các bộ biến đổi Tiristor ................................................... 59 3.1.1 Nguyên lý tạo xung điều khiển cho bộ biến đổi Tiristor ..................................... 59 3.1.2 Mạch tạo xung điều khiển chỉnh lưu cầu ba pha .................................................. 61 2 3.2 Mô hình hóa và tổng hợp mạch vòng dòng điện cho chỉnh lưu Tiristor ................... 64 4 MÔ HÌNH HÓA CÁC BỘ BIẾN ĐỔI Equation Chapter 4 Section 4 ............................. 72 4.1 Các phương pháp mô hình hóa bộ biến đổi bán dẫn công suất ................................. 72 4.2 Mô hình đóng cắt ...................................................................................................... 73 4.2.1 Mô hình toán học ................................................................................................. 73 4.2.2 Mô hình đóng cắt cho các bộ biến đổi DCDC .................................................... 74 4.3 Mô hình trung bình cổ điển ....................................................................................... 77 4.3.1 Cơ sở toán học của mô hình trung bình ............................................................... 77 4.3.2 Tuyến tính hóa và mô hình trung bình tín hiệu nhỏ ............................................. 79 4.3.3 Mô hình trung bình cho các bộ biến đổi DCDC có tính tới tổn hao ................... 82 4.3.3.1 Mô hình trạng thái trung bình cho Bộ biến đổi kiểu boost ................... 83 4.3.3.2 Mô hình trung bình cho Bộ biến đổi kiểu buck ................................... 85 4.3.3.3 Mô hình trung bình cho Bộ biến đổi kiểu Buck boost ........................ 87 4.4 Mô phỏng kiểm chứng các mô hình .......................................................................... 88 4.4.1 Mô hình mô phỏng bộ biến đổi kiểu buck ........................................................... 88 4.4.2 Mô hình mô phỏng boost converter ..................................................................... 90 5 PHƯƠNG PHÁP TRUNG BÌNH PHẦN TỬ VÀ MẠNG ĐÓNG CẮT Equation Section (Next) ........................................................................................................................ 93 5.1 Phương pháp trung bình phần tử đóng cắt ................................................................ 93 5.1.1 Sơ đồ tương đương bất biến của phần tử đóng cắt ............................................... 93 5.1.2 Mô hình trung bình phần tử đóng cắt cho Bộ biến đổi kiểu buck ........................ 97 5.2 Phương pháp trung bình hóa mạng đóng cắt ............................................................. 99 5.2.1 Trung bình hóa mạng đóng cắt cho sơ đồ Bộ biến đổi kiểu boost ....................... 99 5.2.2 Trung bình hóa mạch đóng cắt cho Buck, Buckboost ...................................... 102 5.2.3 Hàm truyền cho bộ biến đổi có tính tới điện trở cuộn cảm rL và điện trở rESR của tụ 103 5.2.4 Hàm truyền có tính tới tổn hao trên van bán dẫn và điôt ................................... 106 5.2.5 Mô hình trung bình tính tới tổn hao do quá trình đóng cắt ................................ 108 6 MÔ HÌNH TRUNG BÌNH TỔNG QUÁT Equation Section (Next) ............................ 110 6.1 Mô hình trạng thái trung bình tổng quát và vectơ động .......................................... 110 6.1.1 Khái niệm về phazor động ................................................................................. 110 6.1.2 Phương trình với các biến động tín hiệu nhỏ ..................................................... 112 6.1.3 Liên hệ giữa phazor động và dạng sóng thực .................................................... 113 6.2 Mô hình trung bình tổng quát ................................................................................. 114 6.3 Mô hình trung bình tổng quát cho nghịch lưu nguồn áp một pha ........................... 115 6.3.1 Mô hình nghịch lưu nguồn áp cầu một pha xung chữ nhật ................................ 115 6.3.2 Mô hình nghịch lưu nguồn áp cầu một pha điều chế PWM............................... 118 3 6.4 Mô hình trung bình tổng quát cho nghịch lưu ba pha ............................................. 120 6.4.1 Sơ đồ chỉnh lưu kiểu Boost ba pha .................................................................... 120 6.4.2 Sơ đồ nghịch lưu ba pha nguồn áp ..................................................................... 124 7 MÔ HÌNH TRUNG BÌNH HẠ BẬC Equation Section (Next) ..................................... 128 7.1 Phương pháp giảm bậc phương trình trạng thái ...................................................... 128 7.2 Mô hình giảm bậc cho Bộ biến đổi kiểu boost trong chế độ DCM ......................... 129 7.3 Mô hình trung bình giảm bậc của bộ biến đổi DCAC nối lưới ............................. 131 8 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO CÁC BỘ BIẾN ĐỔI Equation Section (Next) DCDC 135 8.1 Nhắc lại một số kiến thức về lý thuyết điều khiển tự động ..................................... 135 8.2 Điều khiển trực tiếp đầu ra ...................................................................................... 139 8.2.1 Cơ sở thiết kế cấu trúc điều khiển trực tiếp đầu ra ............................................ 139 8.2.2 Ví dụ thiết kế cho bộ biến đổi DCDC kiểu Buck ............................................. 141 8.2.3 Ví dụ thiết kế cho bộ biến đổi DCDC kiểu Boost............................................. 145 8.3 Điều khiển gián tiếp đầu ra – cấu trúc hai mạch vòng ............................................ 153 8.3.1 Ví dụ thiết kế cho bộ biến đổi DCDC kiểu Buck ............................................. 158 8.3.2 Ví dụ thiết kế cho bộ biến đổi DCDC kiểu Boost............................................. 164 8.4 Điều khiển bằng phương pháp phản hồi trạng thái áp đặt điểm cực ....................... 173 8.4.1 Các bước tiến hành thiết kế ................................................................................ 173 8.4.2 Mô phỏng kiểm chứng thiết kế .......................................................................... 179 8.5 Triển khai cấu trúc điều khiển DCDC trong thực tế .............................................. 180 8.5.1 Kỹ thuật điều khiển tương tự ............................................................................. 181 8.5.2 Kỹ thuật điều khiển số ....................................................................................... 181 9 ĐIỀU KHIỂN TUYẾN TÍNH CHO CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DCAC VÀ ACDC Equation Section (Next) ...................................................................................................................... 186 9.1 Đặc điểm và yêu cầu điều khiển cho các bộ biến đổi có khâu xoay chiều tần số thấp 186 9.2 Thiết kế điều khiển trên hệ tọa độ quay 0dq ........................................................... 188 9.2.1 Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu tích cực .............................................................. 188 9.2.2 Xác định thông số các bộ điều chỉnh PI ............................................................. 191 9.2.3 Kết quả mô phỏng .............................................................................................. 193 9.2.4 Cấu trúc điều khiển nghịch lưu 3 pha làm việc độc lập ..................................... 199 9.3 Các bộ điều chỉnh cộng hưởng ................................................................................ 206 9.3.1 Khái niệm về các bộ điều chỉnh cộng hưởng ..................................................... 206 9.3.2 Phương pháp thiết kế bộ điều chỉnh PR ............................................................. 210 9.3.2.1 Phương pháp thiết kế trên miền tần số .............................................. 210 4 9.3.2.2 Phương pháp đa thức Naslin ............................................................. 213 9.3.2.3 Số hóa bộ điều chỉnh PR ................................................................... 215 9.3.3 Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu tích cực 1 pha..................................................... 217 9.3.4 Cấu trúc điều khiển nghịch lưu nguồn áp độc lập 1 pha .................................... 223 9.4 Thuật toán vòng khóa pha ....................................................................................... 228 9.4.1 Thuật toán vòng khóa pha 3 pha ........................................................................ 228 9.4.2 Thuật toán vòng khóa pha 1 pha ........................................................................ 231 9.5 Triển khai hệ thống điều khiển bộ biến đổi DCAC trong thực tế .......................... 234 10 CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN CHO ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Equation Section (Next) .......................................................................................................... 244 10.1 Một số cơ sở toán học ......................................................................................... 244 10.2 Bậc tương đối và động học không ...................................................................... 246 10.3 Tổng quan về các phương pháp điều khiển phi tuyến áp dụng cho Điện tử công suất 248 11 TUYẾN TÍNH HÓA BẰNG PHẢN HỒI CHO CÁC BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Equation Section (Next) ......................................................................................................... 250 11.1 Khái niệm về tuyến tính hóa nhờ phản hồi ......................................................... 250 11.2 Khả năng vận dụng phương pháp thiết kế tuyến tính hóa chính xác cho bộ biến đổi DCDC 253 11.2.1 Xét ví dụ cho bộ biến đổi DCDC kiểu Buck .................................................. 253 11.2.2 Xét ví dụ bộ biến đổi DCDC kiểu Boost ........................................................ 256 11.3 Khả năng vận dụng phương pháp thiết kế tuyến tính hóa chính xác cho bộ biến đổi ACDC. 261 12 ĐIỀU KHIỂN TỰA PHẲNG CHO BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT .......... 262 12.1 Hệ phẳng và điều khiển tựa khiển phẳng ............................................................ 262 12.2 Phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển tựa phẳng ......................................... 264 12.3 Áp dụng điều khiển tựa phẳng cho bộ biến đổi DCDC ..................................... 266 12.3.1 Ví dụ cho bộ biến đổi Buck ............................................................................. 266 12.3.2 Ví dụ cho bộ biến đổi Boost ............................................................................ 269 12.4 Áp dụng điều khiển tựa phẳng cho nghịch lưu nguồn áp ba pha nối lưới ........... 273 12.4.1 Xác định mô hình tựa phẳng ............................................................................ 273 12.4.2 Thiết kế trực tiếp .............................................................................................. 275 12.4.3 Điều khiển nối cấp ........................................................................................... 275 12.4.4 Mô phỏng ......................................................................................................... 277 13 ĐIỀU KHIỂN TỰA THỤ ĐỘNG CHO ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Equation Section (Next) ...................................................................................................................... 278 13.1 Định nghĩa hệ thụ động ....................................................................................... 278 5 13.2 Biểu diễn EulerLagrange cho hệ động học ........................................................ 279 13.3 Mô hình tổng quát dạng thụ động cho các bộ biến đổi bán dẫn công suất.......... 280 13.4 Ví dụ biểu diễn dạng EulerLagrange của các bộ biến đổi ................................. 282 13.5 Điều khiển ổn định cho các bộ biến đổi bán dẫn công suất ................................ 290 13.5.1 Cơ sở lý thuyết trong điều khiển ổn định ......................................................... 290 13.5.2 Tính toán biến điều khiển cho vấn đề ổn định hệ thống .................................. 292 13.5.3 Hệ điều khiển thụ động thích nghi ước lượng tham số .................................... 293 13.6 Ví dụ thiết kế điều khiển tựa thụ động cho Bộ biến đổi kiểu boost .................... 294 13.6.1 Tính toán tín hiệu điều khiển ........................................................................... 294 13.6.2 Tính chọn các hệ số cho ma trận cản dịu ......................................................... 296 13.6.3 Phân tích tính ổn định của hệ kín ..................................................................... 297 13.6.4 Thích nghi ước lượng tham số ......................................................................... 298 13.6.5 Mô hình mô phỏng hệ thống điều khiển tựa thụ động thích nghi ước lượng tham số cho Bộ biến đổi kiểu boost ..................................................................................................... 299 14 ĐIỀU KHIỂN HỆ CÓ CẤU TRÚC THAY ĐỔI Equation Section (Next) ............... 300 14.1 Hệ thống điều khiển kiểu rơle ............................................................................ 300 14.2 Chế độ trượt trong VSS ....................................................................................... 302 14.2.1 Ví dụ một hệ VSS đơn giản ............................................................................. 302 14.2.2 Chế độ trượt trong VSS ................................................................................... 304 14.2.3 Tính ổn định của chế độ trượt .......................................................................... 305 14.2.4 Điều khiển trượt cho Bộ biến đổi kiểu buck .................................................... 306 14.2.5 Mô phỏng hệ điều khiển trượt cho Bộ biến đổi kiểu buck ............................... 308 14.3 Điều kiện tồn tại chế độ trượt .............................................................................. 310 14.4 Điều khiển tương đương ..................................................................................... 311 14.4.1 Điều khiển tương đương đối với hệ tuyến tính điều khiển vô hướng .............. 312 14.4.2 Điều khiển tương đương đối với hệ tuyến tính điều khiển vector ................... 313 14.4.3 Điều khiển tương đương đối với hệ phi tuyến tính dạng affin ......................... 314 14.5 Phương pháp thiết kế điều khiển theo mode trượt .............................................. 315 14.5.1 Thiết kế điều khiển trượt cho bộ biến đổi kiểu buck ....................................... 315 14.5.2 Thiết kế điều khiển trượt cho bộ biến đổi kiểu boost ...................................... 320 14.5.3 Thiết kế điều khiển trượt cho các BBĐ DCDC .............................................. 327 14.6 Thiết kế điều khiển trượt cho BBĐ DCAC ........................................................ 330 15 Tài liệu tham khảo................
BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP – VIỆN ĐIỆN Mơ hình hóa thiết kế điều khiển cho biến đổi Điện tử công suất Modeling and Control of Power Electronic Converter Trần Trọng Minh, Vũ Hoàng Phương 7/25/2017 Lecture notes on modeling and design of control system for power electronic converter TABLE OF CONTENTS DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂNEquation Chapter Section 14 1.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển biến đổi điện tử công suất 14 1.2 Mạch phát xung điều khiển đóng mở van bán dẫn 15 1.2.1 Điều khiển mở cho Tiristor 15 1.2.2 Điều khiển đóng cắt cho MOSFET 17 1.2.3 Điều khiển đóng cắt cho IGBT 19 1.2.4 Mạch driver cho MOSFET IGBT 21 1.3 Mục tiêu đặt thiết kế điều khiển biến đổi 23 1.4 Các loại hệ thống điều khiển 25 phương pháp ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG PWM Equation Chapter Section 27 2.1 Các dạng sơ đồ điều chế 27 2.2 Phân tích sóng hài dạng sóng điều chế PWM 29 2.3 Mơ hình tín hiệu nhỏ AC cho PWM với tần số sóng mang khơng đổi 32 2.4 Mơ hình tín hiệu nhỏ AC cho PWM với tần số sóng mang thay đổi 35 2.5 Điều chế PWM cho nghịch lưu 36 2.5.1 Điều chế PWM cho nghịch lưu pha nửa cầu 36 2.5.2 Điều chế PWM cho nghịch lưu cầu pha 38 2.5.2.1 Điều chế hai cực tính 38 2.5.2.2 Điều chế cực tính (Phase shift modulation) 39 2.5.3 Thời gian chết chu kỳ điều chế 40 2.5.4 Phương pháp biến điệu độ rộng xung ứng dụng điều khiển số: PWM trích mẫu 41 2.6 Điều chế PWM cho nghịch lưu nguồn áp ba pha 44 2.6.1 Phương pháp sinPWM 44 2.6.2 Phương pháp điều chế vector không gian (SVM) 47 2.6.2.1 Thuật tốn điều chế vector khơng gian 47 2.6.2.2 Mô phương pháp sinPWM SVM 56 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊNG KÍN CHO CHỈNH LƯU TIRISTOR Equation Chapter Section 59 3.1 Mạch tạo xung điều khiển biến đổi Tiristor 59 3.1.1 Nguyên lý tạo xung điều khiển cho biến đổi Tiristor 59 3.1.2 Mạch tạo xung điều khiển chỉnh lưu cầu ba pha 61 3.2 Mơ hình hóa tổng hợp mạch vịng dịng điện cho chỉnh lưu Tiristor 64 MÔ HÌNH HĨA CÁC BỘ BIẾN ĐỔI Equation Chapter Section 72 4.1 Các phương pháp mơ hình hóa biến đổi bán dẫn cơng suất 72 4.2 Mơ hình đóng cắt 73 4.2.1 Mơ hình tốn học 73 4.2.2 Mơ hình đóng cắt cho biến đổi DC-DC 74 4.3 Mơ hình trung bình cổ điển 77 4.3.1 Cơ sở tốn học mơ hình trung bình 77 4.3.2 Tuyến tính hóa mơ hình trung bình tín hiệu nhỏ 79 4.3.3 Mơ hình trung bình cho biến đổi DC-DC có tính tới tổn hao 82 4.3.3.1 Mơ hình trạng thái trung bình cho Bộ biến đổi kiểu boost 83 4.3.3.2 Mơ hình trung bình cho Bộ biến đổi kiểu buck 85 4.3.3.3 Mơ hình trung bình cho Bộ biến đổi kiểu Buck- boost 87 4.4 Mơ kiểm chứng mơ hình 88 4.4.1 Mơ hình mô biến đổi kiểu buck 88 4.4.2 Mơ hình mơ boost converter 90 PHƯƠNG PHÁP TRUNG BÌNH PHẦN TỬ VÀ MẠNG ĐÓNG CẮT Equation Section (Next) 93 5.1 5.1.1 Sơ đồ tương đương bất biến phần tử đóng cắt 93 5.1.2 Mơ hình trung bình phần tử đóng cắt cho Bộ biến đổi kiểu buck 97 5.2 Phương pháp trung bình phần tử đóng cắt 93 Phương pháp trung bình hóa mạng đóng cắt 99 5.2.1 Trung bình hóa mạng đóng cắt cho sơ đồ Bộ biến đổi kiểu boost 99 5.2.2 Trung bình hóa mạch đóng cắt cho Buck, Buck-boost 102 5.2.3 Hàm truyền cho biến đổi có tính tới điện trở cuộn cảm rL điện trở rESR tụ 103 5.2.4 Hàm truyền có tính tới tổn hao van bán dẫn điôt 106 5.2.5 Mơ hình trung bình tính tới tổn hao q trình đóng cắt 108 MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TỔNG QT Equation Section (Next) 110 6.1 Mơ hình trạng thái trung bình tổng quát vectơ động 110 6.1.1 Khái niệm phazor động 110 6.1.2 Phương trình với biến động tín hiệu nhỏ 112 6.1.3 Liên hệ phazor động dạng sóng thực 113 6.2 Mô hình trung bình tổng quát 114 6.3 Mơ hình trung bình tổng quát cho nghịch lưu nguồn áp pha 115 6.3.1 Mơ hình nghịch lưu nguồn áp cầu pha xung chữ nhật 115 6.3.2 Mơ hình nghịch lưu nguồn áp cầu pha điều chế PWM 118 6.4 DC/DC Mơ hình trung bình tổng quát cho nghịch lưu ba pha 120 6.4.1 Sơ đồ chỉnh lưu kiểu Boost ba pha 120 6.4.2 Sơ đồ nghịch lưu ba pha nguồn áp 124 MƠ HÌNH TRUNG BÌNH HẠ BẬC Equation Section (Next) 128 7.1 Phương pháp giảm bậc phương trình trạng thái 128 7.2 Mơ hình giảm bậc cho Bộ biến đổi kiểu boost chế độ DCM 129 7.3 Mơ hình trung bình giảm bậc biến đổi DC-AC nối lưới 131 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO CÁC BỘ BIẾN ĐỔI Equation Section (Next) 135 8.1 Nhắc lại số kiến thức lý thuyết điều khiển tự động 135 8.2 Điều khiển trực tiếp đầu 139 8.2.1 Cơ sở thiết kế cấu trúc điều khiển trực tiếp đầu 139 8.2.2 Ví dụ thiết kế cho biến đổi DC/DC kiểu Buck 141 8.2.3 Ví dụ thiết kế cho biến đổi DC/DC kiểu Boost 145 8.3 Điều khiển gián tiếp đầu – cấu trúc hai mạch vòng 153 8.3.1 Ví dụ thiết kế cho biến đổi DC/DC kiểu Buck 158 8.3.2 Ví dụ thiết kế cho biến đổi DC/DC kiểu Boost 164 8.4 Điều khiển phương pháp phản hồi trạng thái áp đặt điểm cực 173 8.4.1 Các bước tiến hành thiết kế 173 8.4.2 Mô kiểm chứng thiết kế 179 8.5 Triển khai cấu trúc điều khiển DC/DC thực tế 180 8.5.1 Kỹ thuật điều khiển tương tự 181 8.5.2 Kỹ thuật điều khiển số 181 ĐIỀU KHIỂN TUYẾN TÍNH CHO CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DC-AC VÀ AC-DC Equation Section (Next) 186 9.1 Đặc điểm yêu cầu điều khiển cho biến đổi có khâu xoay chiều tần số thấp 186 9.2 Thiết kế điều khiển hệ tọa độ quay 0dq 188 9.2.1 Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu tích cực 188 9.2.2 Xác định thông số điều chỉnh PI 191 9.2.3 Kết mô 193 9.2.4 Cấu trúc điều khiển nghịch lưu pha làm việc độc lập 199 9.3 Các điều chỉnh cộng hưởng 206 9.3.1 Khái niệm điều chỉnh cộng hưởng 206 9.3.2 Phương pháp thiết kế điều chỉnh PR 210 9.3.2.1 Phương pháp thiết kế miền tần số 210 9.3.2.2 Phương pháp đa thức Naslin 213 9.3.2.3 Số hóa điều chỉnh PR 215 9.3.3 Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu tích cực pha 217 9.3.4 Cấu trúc điều khiển nghịch lưu nguồn áp độc lập pha 223 9.4 Thuật tốn vịng khóa pha 228 9.4.1 Thuật tốn vịng khóa pha pha 228 9.4.2 Thuật tốn vịng khóa pha pha 231 9.5 Triển khai hệ thống điều khiển biến đổi DC/AC thực tế 234 10 CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN CHO ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Equation Section (Next) 244 10.1 Một số sở toán học 244 10.2 Bậc tương đối động học không 246 10.3 Tổng quan phương pháp điều khiển phi tuyến áp dụng cho Điện tử cơng suất 248 11 TUYẾN TÍNH HĨA BẰNG PHẢN HỒI CHO CÁC BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Equation Section (Next) 250 11.1 Khái niệm tuyến tính hóa nhờ phản hồi 250 11.2 Khả vận dụng phương pháp thiết kế tuyến tính hóa xác cho biến đổi 253 DC/DC 11.2.1 Xét ví dụ cho biến đổi DC/DC kiểu Buck 253 11.2.2 Xét ví dụ biến đổi DC/DC kiểu Boost 256 11.3 AC/DC 12 Khả vận dụng phương pháp thiết kế tuyến tính hóa xác cho biến đổi 261 ĐIỀU KHIỂN TỰA PHẲNG CHO BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 262 12.1 Hệ phẳng điều khiển tựa khiển phẳng 262 12.2 Phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển tựa phẳng 264 12.3 Áp dụng điều khiển tựa phẳng cho biến đổi DC/DC 266 12.3.1 Ví dụ cho biến đổi Buck 266 12.3.2 Ví dụ cho biến đổi Boost 269 12.4 Áp dụng điều khiển tựa phẳng cho nghịch lưu nguồn áp ba pha nối lưới 273 12.4.1 Xác định mơ hình tựa phẳng 273 12.4.2 Thiết kế trực tiếp 275 12.4.3 Điều khiển nối cấp 12.4.4 Mô 277 275 13 ĐIỀU KHIỂN TỰA THỤ ĐỘNG CHO ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Equation Section (Next) 278 13.1 Định nghĩa hệ thụ động 278 13.2 Biểu diễn Euler-Lagrange cho hệ động học 279 13.3 Mơ hình tổng qt dạng thụ động cho biến đổi bán dẫn công suất 280 13.4 Ví dụ biểu diễn dạng Euler-Lagrange biến đổi 282 13.5 Điều khiển ổn định cho biến đổi bán dẫn công suất 290 13.5.1 Cơ sở lý thuyết điều khiển ổn định 290 13.5.2 Tính tốn biến điều khiển cho vấn đề ổn định hệ thống 292 13.5.3 Hệ điều khiển thụ động thích nghi ước lượng tham số 293 13.6 Ví dụ thiết kế điều khiển tựa thụ động cho Bộ biến đổi kiểu boost 294 13.6.1 Tính tốn tín hiệu điều khiển 294 13.6.2 Tính chọn hệ số cho ma trận cản dịu 296 13.6.3 Phân tích tính ổn định hệ kín 297 13.6.4 Thích nghi ước lượng tham số 298 13.6.5 Mô hình mơ hệ thống điều khiển tựa thụ động thích nghi ước lượng tham số cho Bộ biến đổi kiểu boost 299 14 ĐIỀU KHIỂN HỆ CÓ CẤU TRÚC THAY ĐỔI Equation Section (Next) 300 14.1 Hệ thống điều khiển kiểu rơ-le 300 14.2 Chế độ trượt VSS 302 14.2.1 Ví dụ hệ VSS đơn giản 302 14.2.2 Chế độ trượt VSS 304 14.2.3 Tính ổn định chế độ trượt 305 14.2.4 Điều khiển trượt cho Bộ biến đổi kiểu buck 306 14.2.5 Mô hệ điều khiển trượt cho Bộ biến đổi kiểu buck 308 14.3 Điều kiện tồn chế độ trượt 310 14.4 Điều khiển tương đương 311 14.4.1 Điều khiển tương đương hệ tuyến tính điều khiển vơ hướng 312 14.4.2 Điều khiển tương đương hệ tuyến tính điều khiển vector 313 14.4.3 Điều khiển tương đương hệ phi tuyến tính dạng affin 314 14.5 14.5.1 Thiết kế điều khiển trượt cho biến đổi kiểu buck 315 14.5.2 Thiết kế điều khiển trượt cho biến đổi kiểu boost 320 14.5.3 Thiết kế điều khiển trượt cho BBĐ DC-DC 327 14.6 15 Phương pháp thiết kế điều khiển theo mode trượt 315 Thiết kế điều khiển trượt cho BBĐ DC-AC 330 Tài liệu tham khảo 332 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các chữ viết tắt Chữ viết tắt PAF CCM DCM SISO CF PWM MIMO PWM SWM ZOH PFC PM GM ADC DAC PLL PI PR DSP VOC EMI UPS RHP ESR PV FPGA MBA SMC Ý nghĩa Bộ lọc tích cực (Power Active Filter) Chế độ dòng điện liên tục (Continuous-conduction mode) Chế độ dòng điện gián đoạn (Discontinuous-conduction mode) Một đầu vào – đầu (Single Input Single Output) Bộ điều chế với tần số không đổi Nhiều đầu vào – nhiều đầu (Multiple-Input-Multiple-Output) Điều chế độ rộng xung (Pulse-width modulation) Điều chế độ rộng xung (Space vector modulation) Khâu trích mẫu giữ bậc khơng (Zero-Order Hold) Hiệu chỉnh hệ số công suất (Power factor correction) Dự trữ pha (Phase Margin) Dự trữ biên độ (Gain Margin) Chuyển đổi tương tự sang số (Analog to Digital Converter) Chuyển đổi số sang tương tự (Digital to Analog Converter) Vòng khóa pha (Phase Locked Loop) Bộ điều chỉnh tỷ lệ tích phân (Proportional Integral) Bộ điều chỉnh cộng hưởng tần số (Proportional Resonant) Xử lý tín hiệu số (Digital Signal Processor) Điều khiển tựa điện áp lưới (Voltage Oriented Control) Nhiễu điện từ (Electromagnetic interference) Thiết bị cấp nguồn liên tục (Uninterruptible power supplier) Điểm zero nằm bên phải mặt phẳng phức (Right half plane) Nội trở nối tiếp tụ điện (Equivalent series resistance) Pin mặt trời (Photovoltaics) Field-programmable gate array Máy biến áp Điều khiển trượt (Sliding mode control) Các ký hiệu Ký hiệu td iT ID vT Von tgt diT/dt Irr trr Qrr Thứ nguyên s A A V V s A s C Ý nghĩa Thời gian trễ Dòng qua tiristor Dòng qua tiristor tăng đến ID Điện áp ca-tôt a-nốt Điện áp ca-tôt a-nốt giảm xuống đến Von Thời gian mở van Tốc độ giảm dịng qua van khơng Giá trị đỉnh dịng qua van Thời gian dịng có giá trị âm,thời gian phục hồi Điện tích phục hồi tq dvT/dt Uco RGint RGext VP UGS, VGS UDS, VDS CGS CDS T, T1, T2 CDSl UGS(th) td(on) = t1 VDD t1,t2, t3, t4 s V/s V Ω Ω V V V F F s F V s V s A1 A2 Thời gian khóa van,lớn thời gian phục hồi khoảng lần Tốc độ tăng điện áp Điện áp ngắn mạch van bị khóa Điện trở nội cực điều khiển Điện trở mắc nối tiếp cực điều khiển Giá trị đỉnh xung điều khiển đưa từ Driver Tụ CGS Tụ CDS Hằng số thời gian Tụ CDS mức thấp Giá trị ngưỡng UGS tụ (CGS + CDSl) nạp Thời gian trễ mở Giá trị điện áp nguồn Các khoảng thời gian đặc trưng Đặc trưng cho điện tích nạp cho tụ (CGS + CGD) Đặc trưng cho điện tích nạp cho tụ CGD khoảng t2 đến t4 Thời gian trễ khóa Điện trở DS dẫn Điện trở với cực điều khiển G td(off) RDS(on) RG s Ω Ω Cgc, Cge F Thể tụ ký sinh cực điều khiển collector, emitter VGE(th) V Điện áp cực điều khiển emitter đạt đến giá trị ngưỡng (khoảng – 5V) I0 tr A s VGE,Io VCE Vdc tfv1, tfv2 Ron V V V s Ω VCE,on VG V V Giá trị dòng qua collector Thời gian dòng điện collector-emitter tăng theo quy luật tuyến tính từ khơng đến dịng tải I0 Điện áp cực điều khiển emitter Điện áp collector-emitter Điện áp nguồn chiều Hai giai đoạn q trình mở Điện trở collector-emitter khóa bão hịa hồn tồn Khi bão hịa hồn tồn,VCE,on = I0Ron Điện áp cực điều khiển emittertăng đến giá trị cuối tfi1,tfi2 i1, i2 s A UCE(sat) dUCE/dt A Hai giai đoạn giảm dòng qua collector Dòng MOSFET cấu trúc bán dẫn IGBT giai đoạn tfi1 tfi2 Điện áp IGBT dẫn ∆UGE IG,max P QG fsw d r(t) c(t) bpwm(t) V A W nC Hz sign vcontrol(t) vr(t) vg(t) Rs va(t) vr(t) H(s) r(t) c(t) R1 f1 1 fc f1 D M Cm Jn(z) iL vC io h(t) Ts m0 Toff Ton fc G1(s) G0 G2(s) VOC(t) m(t) vAN(t) V V V Ω V V Hz Rad Hz Hz A V A V V vBN(t) V vo(t) V s Dòng điện dòng điều khiển đầu cung cấp Tổn hao cơng suất trung bình mạch phát xung điện tích nạp cho tụ đầu vào tần số đóng cắt IGBT Hệ số lấp đầy xung (hê số điều chế) Tín hiệu đặ mong muốn tín hiệu sóng mang dạng cưa Tín hiệu logic Hàm dấu tín hiệu từ đầu điều chỉnh điện áp tín hiệu đặt dịng điện có dạng sin Điện áp khâu nhân Giá trị điện trở Shunt Tín hiệu đo Tín hiệu đặt hàm truyền điều chỉnh điện áp Tín hiệu cưa biên độ thành phần sóng sin mong muốn tần số góc pha sóng mong muốn tần số sóng mang cưa tần số sóng Hệ số lấp đầy xung chế độ xác lập Hệ số điều chế biên độ sóng cưa Hàm Bessel dòng điện qua cuộn cảm điện áp tụ Dòng tải Chu kỳ điều chế độ nghiêng cưa thời gian khóa van khơng đổi Thời gian mở van chế độ xác lập Tần số đóng cắt chế độ xác lập hệ số khuếch đại điều chế gọi hệ số khuếch đại DC Hệ số khuếch đại khâu điều chế Điện áp đầu nghịch lưu Tín hiệu điều chế điện áp nửa cầu vAN(t) từ đầu A so với điểm âm N điện áp nửa cầu vBN(t) từ đầu B so với điểm âm N Điện áp nghịch lưu Thời gian trễ vAn, vBn, vCn V vpn V VA,VB,VC da,db,dc 𝜔 V ua , ub , uc Rad/s V Điện áp pha đầu so với điểm nguồn chiều n điện áp điểm trung tính tải với điểm nguồn chiều Điện áp tải Hệ số điều chế cho pha Tốc độ góc Điện áp pha hệ tọa độ abc Um u p ,u n V V Điện áp pha biểu diễn hệ tọa độ αβ Thành phần thuận nghịch vector không gian điện áp pha uS V Vector điện áp Hệ số điều chế Tần số thành phần hài sau phép điều chế Góc chậm pha so với điểm chuyển mạch tự nhiên tiristo điều khiển mở xung thời điểm Điện áp đồng điện áp điều khiển điện áp trung bình đầu chỉnh lưu Tiristor loại p xung độ đập mạch điện áp chỉnh lưu đầu giá trị đỉnh điện áp dây đặt vào mạch chỉnh lưu d1, d2 fh Hz rad udpA udk Vdα V V V P V2m V ud rL Gr(S) V Ω e Toc s Điện áp đầu chỉnh lưu Điện trở cuộn cảm Hàm truyền tín hiệu điều khiển điện áp Thành phần sức điện động số thời gian Kpc Ai Bi x(t) e(t) hi uk(t) Tham số ma trận trạng thái 𝑛 × 𝑛 ma trận đầu vào 𝑛 × 𝑝 vector biến trạng thái n phần tử vector p phần tử nguồn độc lập hàm chứng nhận Hàm đóng cắt bk, d Bk Vector cột n phần tử ma trận 𝑛 × 𝑛 vector biến trạng thái tín hiệu nhỏ x h1,h2 f t x Phép lấy trung bình trượt Biến trạng thái trung bình uk xe Biến điều khiển trung bình Hình 14.15 Thay đổi mặt trượt * để hạn chế dòng điện Mặt trượt thỏa mãn điều kiện trượt vì: vg vo I max vg vo I u max u RC LC LC RC LC LC (14.53) với (14.53) u 0, u I max đủ nhỏ Cấu trúc hệ điều khiển với khâu hạn chế dịng điện khâu so sánh có ngưỡng thể hình 11.16 Mơ hình mơ hình 11.11 có bổ xung thêm mạch hạn chế dịng điện thể hình 11.17 Kết mơ dạng sóng dịng điện, điện áp cho hình 11.18 Các thơng số mạch mơ thấy hình 11.17 Khâu hạn chế dòng qua cuộn cảm L Imax = 6,5 A Dịng tải định mức A, dịng trung bình qua cuộn cảm hạn chế dịng điện thể đồ thị mơ dịng iL hình 11.18, khoảng thời gian từ đến 0,25 ms, mạch bắt đầu khởi động Khâu so sánh có ngưỡng hạn chế dòng đặt ngưỡng +/- 50 mA Có thể thấy dịng điện hạn chế xác 6,5 A Sau qua giai đoạn khởi động mạch lại làm việc theo mode trượt thông thường Giá trị xác lập điện áp đầu tiến tới lượng đặt V theo kiểu hàm mũ, với số thời gian xác định “tau”, mơ hình đặt 0,08 (s) Trên đồ thị điện áp uC thấy giá trị xác lập đạt sau khoảng 0,4 ms (cỡ 3÷4 lần “tau” khâu quán tính Trên đồ thị cho thấy ms thay đổi lượng đặt xuống V để thấy trình độ xảy Thời gian xác lập khoảng 0,4 ms lúc khởi động ban đầu 318 Hình 14.16 Cấu trúc hệ thống điều khiển theo mode trượt có khâu hạn chế dịng điện Hình 14.17 Mơ hình mơ hệ thống điều khiển biến đổi kiểu buck theo mode trượt có khâu hạn chế dịng điện 319 Hình 14.18 dạng sóng dịng điện, điện áp cho mơ hình mơ hình 11.17 14.5.2 Thiết kế điều khiển trượt cho biến đổi kiểu boost Đối với biến đổi kiểu buck mặt trượt chọn sai lệch điện áp đầu đạo hàm nó, vo V * o d vo Vo* dt , điện áp đầu đạo hàm liên tục Với biến đổi kiểu boost biến đổi kiểu buck-boost điều dịng qua tụ đầu ra, thể đạo hàm điện áp tụ, chắn gián đoạn Có thể thấy điều lưu ý hai loại biến đổi có giai đoạn cuộn cảm L bị tách rời khỏi mạch tải điơt bị khóa Giải pháp sử dụng điều khiển gián tiếp, áp dụng điều khiển trượt cho mạch vòng dòng điện qua cuộn cảm Khi dịng điện hội tụ điểm đặt mặt trượt (có bậc khơng, cịn điểm) điều khiển bang-bang Bổ xung mạch vòng điện áp đầu với điều khiển PI mà đầu lượng đặt cho mạch vịng dịng điện bên trong, đạt triệt tiêu sai lệch tĩnh với điện áp Tuy nhiên có phương án điều khiển trực tiếp điện áp ra, xây dựng mặt trượt tổ hợp tuyến tính biến trạng thái liên tục, chúng có đạo hàm Các biến dịng qua cuộn cảm iL điện áp tụ đầu vC = vo Phương pháp áp dụng cho ba loại biến đổi trước hết trình bày cho BBĐ kiểu boost Mặt trượt 320 Giả sử mặt trượt xây dựng dạng: gx K v Rs iˆ vˆo (14.54) Trong iˆ, vˆo sai lệch dòng điện qua cuộn cảm điện áp đầu tụ tương ứng thể đường thẳng mặt phẳng pha mà trục tọa độ iˆ, vˆo Kv hệ số tọa độ mặt phẳng pha giá trị khơng ảnh hưởng đến động học hệ thống mặt trượt Rs xác định độ nghiêng đường thẳng trượt Trong thực tế Rs điện trở mạch đo dòng điện Tính ổn định quỹ đạo trạng thái mặt trượt Giả sử chế độ trượt tồn tại, cần chứng tỏ quỹ đạo mặt trượt (14.54) ổn định hội tụ điểm làm việc cân Với BBĐ kiểu boost phương trình trạng thái xác có dạng: di vg vo u dt dv v C o iu o dt R L (14.55) Từ phương trình thứ (14.55) tín hiệu điều khiển tương đương là: ueq vg L di dt Thay vào phương trình thứ hai (14.55) thu được: vg i 2 vo2 d Cvo / d Li / R dt dt (14.56) Dạng (14.56) có ý nghĩa hệ cân cơng suất: cơng suất đầu vào tổng công suất đầu tốc độ thay đổi công suất phần tử tích trữ lượng (tụ điện điện cảm) Dạng phương trình tổng quát cho ba loại BBĐ DC-DC Từ (14.56) biến đổi dạng: i Cvo dvo v2 di o , với điều kiện vg L v g dt Rvg dt (14.57) Từ (14.57) cho biến i, vo biến động nhỏ: i I * iˆ vo Vo* vˆo (14.58) Thay (14.58) vào (14.57) ta có phương trình cân điểm xác lập: 321 I* Vo*2 Rv g (14.59) Và phương trình cho tín hiệu nhỏ: CVo* dvˆo 2Vo* vˆ C dvˆo2 iˆ vˆo o vg dt Rvg 2vg dt Rvg (14.60) Thay (14.60) vào (14.54), ta có phương trình mặt trượt dạng: CVo* dvˆo 2Vo* C dvˆo2 vˆo2 ˆ ˆ K v vo Rs v Rs v dt Rv o 2v dt Rv g g g g (14.61) Phương trình (14.61) coi gồm hai phần, tín hiệu sai lệch lớn vˆo chiếm ưu thế, sai lệch nhỏ vˆo hiệu chỉnh xác khơng Với sai lệch lớn đáp ứng tuân theo phương trình: vˆo2 RC dvˆo2 0 dt (14.62) Khi sai lệch nhỏ đáp ứng tuân theo: 2Vo* Rs CVo* Rs dvˆo ˆ v 0 o Rv v dt g g (14.63) Đáp ứng tín hiệu lớn ổn định bậc với số thời gian RC/2 Đáp ứng tín hiệu nhỏ ổn định bậc với số thời gian phụ thuộc điểm làm việc cân điện trở Rs mạch đo dịng Cả hai đáp ứng có điểm làm việc cân vˆo , tức vo Vo* Điều kiện tồn chế độ trượt Quy luật điều khiển cho chế độ trượt xác định giống cho điều khiển BBĐ DCDC sau: 1 if u 0 if (14.64) Trong K v vˆo Rs iˆ Mặt phẳng pha đường trượt thể hình 11.19 Trên hình 11.19 đường thẳng trượt chia mặt phẳng thành hai miền, ứng với ( > 0, u = 0) ( < 0, u = 1) Điểm xác lập chế độ trượt (I*, Vo*) giao điểm đường trượt = đường đặc tính tín hiệu DC theo (14.59), I * Vo*2 Rv g Dấu hiệu tồn chế độ trượt xác định suy luận hình học mặt phẳng pha hệ 322 ứng với tín hiệu điều khiển có điểm cân nằm vùng bên kia, nghĩa quỹ đạo pha ứng với tín hiệu điều khiển phải tiến đến cắt qua mặt trượt Có thể thấy điểm cân ứng với u = (vg, vg/R), ứng với u = (vg/R, 0), nằm hai phía khác mặt trượt = 0, hình 11.19 Hình 14.19 Mặt phẳng pha cho chế độ trượt điều khiển BBĐ kiểu boost Trên hình 11.19 vùng cấm BBĐ kiểu boost, ứng với vo < vg, điện áp đầu ln lớn điện áp nguồn Đặc tính trượt kết hợp với đặc tính hạn chế dịng điện Imax, trở thành đường gấp khúc, gồm hai đoạn a b Có thể chứng minh chế độ trượt tồn đoạn b giải tích sau Chung quanh lân cận đoạn thẳng b phương trình trạng thái hệ thống là: iˆ u / L iˆ vg / L ; vˆo u / C 1/ RC vˆo Kv Rs 1 iˆ vˆo T Điều kiện để tồn chế độ trượt là: 0 0 Tính tốn theo điều kiện đưa đến: L Rs C vo vg I max (14.65) 323 L Rs RCvg (14.66) vo Như giá trị điện cảm phải thỏa mãn điều kiện (14.65), (14.66) để có chế độ trượt Ứng dụng thực tế Từ (14.61) thấy hệ thống ln ổn định Khi hệ thống ổn định quan hệ sai lệch dòng điện sai lệch điện áp tuyến tính Vì biểu diễn quan hệ mặt trượt theo đặc tính tần số Quan hệ tín hiệu nhỏ từ (14.60) (14.63) dạng toán tử Laplace có dạng: 2V * CV * iˆ s o vˆo s o svˆo s Rvg vg (14.67) iˆ tín hiệu sai lệch dòng điện Để đo sai lệch dòng điện từ dòng i đo cần trừ thành phần dịng trung bình I* Có thể thấy điều biểu diễn miền tần số sau: iˆ s i s 1 i s s 1 1 1 i s s Trong 1 tần số cắt khâu lọc bậc cho dịng trung bình Kết cho thấy dùng khâu điểm cực ngược 1 1 / s , khâu lọc tần số cao, để lấy tín hiệu sai lệch dòng điện iˆ s từ dòng đo i s Mặt trượt thay đổi để tính tới khâu đo sai lệch dòng điện sau: s K v vˆo s Rs iˆ s 1 / s (14.68) Kết hợp (14.67) với (14.68) viết được: 1 s Kv RsVo* 1 CRsVo* Rvg s vg 1 1 Kv 1 s 1 1 s s M 1 vˆo s (14.69) vˆo s s Đặc tính gần (14.69) điện trở mạch đo dòng Rs nhỏ nhiều điện trở tải R, ký hiệu: M vg CRs Vo* (14.70) 324 M thể băng thơng lớn đạt đáp ứng sai lệch đầu vˆo miền thời gian Có thể thấy điều tiếp tục rút gọn gần (14.69) sau: s Kv 1 s 1 1 1 s M s M vˆo s K v 1 1 1 1 s s s K v 1 vˆo s M 1 s Điều kiện để (14.71) chấp nhận vˆ s o (14.71) 1 M , nghĩa thiết kế để đạt băng thơng lớn tần số cắt mạch lọc 1 phải nhỏ nhiều M băng thông mong muốn Cấu trúc hệ thống điều khiển Cấu trúc hệ thống điều khiển theo bước thiết kế thể hình 11.20 Hình 14.20 Cấu trúc hệ thống điều khiển trượt cho BBĐ kiểu boost Mô điều khiển trượt cho BBĐ kiểu boost Ví dụ mơ điều khiển trượt cho BBĐ kiểu boost với thông số đây: - Điện áp DC đầu vào: Vg = 24 V, Điện áp DC đầu mong muốn: Vo = 48 V, Điện trở tải: R = 10 Hạn chế dòng qua cuộn cảm Imax = 20 A Điện trở mạch đo dòng chọn Rs = 0,1 Tụ chiều đầu chọn giá trị C = 330 F Từ điều kiện hạn chế giá trị điện cảm cho chế độ trượt (14.65), (14.66), tính ra: L Rs C vo v g I max 0,1.330.10 6 48 24 20 39, 6.10 6 H , 325 L Rs RCvg vo 0,1.10.330.106.24 165.106 H 48 Từ hai giá trị chọn giá trị điện cảm nhỏ hơn, L = 35 H Băng thông lớn bằng: M vg 24 15,15.103 rad / s Như * 6 CRs Vo 330.10 0,1 48 để chọn tần số cắt cho mạch lọc tần số cao 1 M chọn 1 = 1,5.103 (rad/s) Tần số băng thông cỡ fM = 2,4 kHz, ứng với thời gian q độ cỡ 0,4 ms Mơ hình mơ cho hình 11.21 Kết mơ cho hình 11.22 Hình 14.21 Mơ hình mơ điều khiển trượt BBĐ kiểu boost 326 Hình 14.22 Kết mơ cho hình hình 11.21 Mơ thực với điện áp ban đầu tụ đầu Vo cho 30 V để trành chế độ khởi động ban đầu dài Lượng đặt điện áp từ đến 1,5 ms 44 V, từ 1,5 ms đến 2,5 ms 48 V, từ 2,5 ms trở cho 44 V Ở 3,5 ms tạo biến động dòng điện tải nguồn dòng với giá trị 2,5 A Có thể thấy ứng với bước nhảy lượng đặt điện áp lớn 0ms 1,5 ms sơ đồ qua chế độ hạn chế dòng max 20 A (xem đồ thị dịng iL hình 11.22), sơ đồ chạy chế độ nguồn dịng nên điện áp V_C tăng tuyến tính đến lượng đặt (xem đồ thị V_C) Trên đồ thị dịng iL thấy từ giá trị hạn chế 20 A đến giá trị hoạt động khoảng 0,5 ms, băng thông quy định M thiết kế Khi có biến động dịng tải thêm vào 2,5 A (bằng +50 % Io) 3,5 ms dòng iL điện áp V_C đáp ứng tốt Tín hiệu điều khiển cho đồ thị ucontrol, căng theo trục thời gian để thấy rõ hoạt động sơ đồ Ngưỡng hai khâu so sánh đặt +/- 0,025, cho giới hạn tần số khơng q cao Tín hiệu delta đồ thị thứ tư thể mặt trượt theo thời gian (t), ngoại trừ đoạn chế độ hạn chế dòng thể giá trị nhỏ quỹ đạo trạng thái bám quanh mặt trượt 14.5.3 Thiết kế điều khiển trượt cho BBĐ DC-DC Thiết kế điều khiển cho BBĐ kiểu buck Phương pháp thiết kế điều khiển mục 11.5.2 áp dụng cho BBĐ kiểu buck buck-boost, mặt trượt tổ hợp biến sai lệch điện áp đầu dòng cuộn cảm 327 Hình 14.23 Mặt phẳng pha mặt trượt cho BBĐ kiểu buck Trên hình 11.23 thể mặt phẳng pha mặt trượt cho BBĐ buck Điểm xác lập chế độ trượt (I*, Vo*) giao điểm đường trượt = đường đặc tính tín hiệu DC, có dạng đường * thẳng, I Vo* Đường thẳng trượt có phương trình: R s vˆo s K v Rs iˆ s , Khi chuyển đổi sang biến vˆo , dvˆo / dt có dạng: t vˆo t K v Rs Cdvˆo t Điều kiện để có chế độ trượt, ngồi điều kiện điện áp nhỏ điện áp vào Vo* vg , là: Kv Rs R Băng thơng lớn là: M 1/ Kv RsC Điều kiện 1 M phải thỏa mãn Đường thẳng trượt thực thực tế có bao gồm mạch lọc tần số cao để lấy thành phần sai lệch iˆ có dạng: * s vo Vo* Kv Rs i s 1 / s Thiết kế điều khiển cho BBĐ kiểu buck-boost 328 Trên hình 11.24 thể mặt phẳng pha mặt trượt cho BBĐ buck-boost Điểm xác lập chế độ trượt (I*, Vo*) giao điểm đường trượt = đường đặc tính tín hiệu DC, có dạng: i vo / R vo2 / Rvg Đường thẳng trượt có phương trình: s vˆo s K v Rs iˆ s , Khi chuyển đổi sang biến vˆo , dvˆo / dt có dạng: t a t vˆo b t dvˆo / dt , Trong đó: a t b t K v Rs K v RsVo* vˆo / Vo* R Rvg K v Rs CVo* vg / Vo* vˆo / Vo* vg Điều kiện để hệ ổn định mặt trượt buck-boost vˆo / Vo Băng thông lớn * là: K v RsCVo* / vg Vo* vg khiVo* vg K v CRs M Điều kiện tồn chế độ trượt là: K v Rg CRv g K v Rs Cvo L , vo I max vo / R Đường thẳng trượt thực thực tế có bao gồm mạch lọc tần số cao để lấy thành phần sai lệch iˆ có dạng: * s vˆo s Điều kiện K v Rs ˆ i s 1 / s 1 M phải thỏa mãn 329 Hình 14.24 Mặt phẳng pha mặt trượt cho BBĐ kiểu buck-boost 14.6 Thiết kế điều khiển trượt cho BBĐ DC-AC 330 331 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO Robert W Erickson, Dragan Maksimovic; Fundamentals of Power Electronics; Second Edition, Kluwer Academic Publishers, 2004 Seddik Bacha, Ilulian Munteanu, Antoneta I Bratcu; Power Electronic Converters Modeling and Control; Springer, 2014 Hebertt Sira-Ramirez, Ramon Silva-Ortigoza; Control Design Techniques in Power Electronics Devices; Springer, 2006 Voltage Mode Boost Converter Small Signal Control Loop Analysis Using the TPS61030; Application Report SLVA274A–May 2007–Revised January 2009 Everett Rogers; Understanding Buck Power Stages in switchmode power supplies; Application report, Texas Instruments, March 1999 M Chiaberge, G Botto and M De Giuseppe; DC/DC Step-Up Converters for Automotive Applications: a FPGA Based Approach; New Trends and Developments in Automotive System Engineering, Prof Marcello Chiaberge (Ed.), ISBN: 978-953-307-517-4, 2011, www.intechopen.com Vatché Vorpérian; Fast analytical techniques for electrical and electronic circuits; Cambridge University Press 2004 332