thiết kế bộ điều khiển cho bộ boost theo chế độn dòng điện đỉnh

thiết kế bộ điều khiển cho bộ boost theo chế độn dòng điện đỉnh

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT (EE4336) Đề tài: “Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho biến đổi Boost theo chế độ dòng điện đỉnh” Họ tên : HÀ VĂN ĐỨC MSSV : 20130989 LỚP : KTĐK TĐH 04 – K58 Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation NỘI DUNG MÔ HÌNH HÓA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER THIẾT KẾ MẠCH LỰC THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MÔ PHỎNG KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation MÔ HÌNH HÓA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER Mạch lực BBĐ Boost (1-D):1 Mô hình BBĐ DC/DC điểm xác lập Mô hình trung bình Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation MÔ HÌNH HÓA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER  MÔ HÌNH HÓA BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRUNG BÌNH MẠNG PHẦN TỬ ĐÓNG CẮT  Trạng thái van ON (D=1) Từ mô hình điểm làm việc xác lập ⇒ U1=0  Từ mô hình trung bình => U = (1 − D )U I = (1 − D ) I1 Trạng thái van OFF (D=0) U1=U2 u1 (t ) = [1 − d (t )]u (t ) i2 (t ) = [1 − d (t )]u1 (t ) (1) Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation MÔ HÌNH HÓA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER MÔ HÌNH HÓA BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRUNG BÌNH MẠNG PHẦN TỬ ĐÓNG CẮT Ta có sơ đồ biến đổi boost converter với tín hiệu nhỏ Tuyến tính hóa điểm làm việc cân bằng: d (t ) = D + dˆ (t ) u1 (t ) = U + uˆ1 (t ) i1 (t ) = I1 + iˆ1 (t ) u (t ) = U + uˆ (t ) i2 (t ) = I + iˆ2 (t ) ( 2) Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation MÔ HÌNH HÓA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER Thay (2) vào (1) ta có: uˆ1= (1 − D )uˆ − U dˆ iˆ = (1 − D)iˆ − I dˆ 1 ( 3) ( 4) Với : uˆ = uˆ0 ; U2 = U0 Từ (4) ta có: uˆ0 = (1 − D )iˆ1 − I1dˆ Z RC Z RC = R RCS + ˆ ˆi1 = I1d + uˆ0 ( RCs + 1) 1− D R (1 − D) ( 5) [ ( − D ) iˆ − I dˆ ]R = ( 6) uˆ0 1 RCs + Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation MÔ HÌNH HÓA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER Viết phương trình mạch vòng dòng điện qua cuộn cảm: uˆin = Lsiˆ1 + uˆ1 ( 3) uˆin = Lsiˆ1 + (1 − D )uˆ0 − U dˆ ( 7) Thay (5) vào (7):  I1dˆ uˆ0 ( RCs + 1)  uˆin = Ls  +  + (1 − D )uˆ0 − U dˆ R (1 − D )  1 − D  Ls ( RCs + 1)   I Ls  uˆin =  − U  dˆ +  + (1 − D ) uˆ0 1 − D   R (1 − D )  Từ PT ta có hàm truyền điện áp hệ số điều chế: uˆ0 ( s ) dˆ ( s ) uˆin ( s ) = = [ (1 − D)U − I1 Ls ] R RCLs + Ls + (1 − D ) R Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation MÔ HÌNH HÓA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER Thay (6) vào (7) ta có: uˆin ˆ − I dˆ ] R [ ( ) − D i = Lsiˆ + (1 − D ) − U dˆ 1 RCs +  (1 − D ) R  ˆ  (1 − D ) I1 R  ˆ ˆ uin =  Ls + d i1 − U +  RCs +  RCs +    Từ PT ta có hàm truyền hệ số điều chế dòng điện: dˆ ( s ) iˆ1 ( s ) RLCs + Ls + (1 − D ) R uˆ in ( s ) = = U ( RCs + 1) + (1 − D ) I1 R Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation MÔ HÌNH HÓA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER MÔ HÌNH HÓA BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRUNG BÌNH MẠNG PHẦN TỬ ĐÓNG CẮT uˆ0 ( s ) uˆ0 ( s ) = ˆi1 ( s ) dˆ ( s ) I1 = dˆ ( s ) uˆin ( s ) = × iˆ1 ( s ) uˆin ( s ) = U0 (1 − D ) R Hàm truyền điện áp dòng điện biến đổi Boost:  s  ( − D ) * R * −  w R(D - 1) − LS  RHZ Gvi ( s ) = = (2 + RCs  s   * 1 +  wP     Với: wRHZ (1 − D) R = L wP = RC Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation TÍNH TOÁN MẠCH LỰC   • Điện áp vào Uin = 5V • Điện áp Uo =18V • Tải R = 10 • rL=rC=0; fs = 200khz   Từ thông số trên: Hệ số điều chế : D = 1= 0.72 Dòng điện trung bình qua cuộn cảm: IL= = = 6.4 (A) Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation TÍNH TOÁN MẠCH LỰC TÍNH CHỌN L,C  - Đối với biến đổi boost: + Điện cảm tính theo công thức: L= + Điện kháng tính theo công thức: C= Với độ đập mạch dòng điện qua cuộn cảm: = 10%-20% IL : = 0.1% - 1% Uo Chọn =15% IL =0.5% Uo ta tính L C: L = 5.1599e-06 (H) C = 260.00e-06 (F) Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN THEO NGUYÊN LÝ DÒNG ĐỈNH Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Từ m file matlab ta có hàm truyền điện áp đầu dòng điện : - 9.288e - 06 s + 1.389 Gui = 0.0013 s + w_RHP=1.5e+5 wp =769.2308 Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Đồ thị Bode hàm truyền Gvi : Nhận xét : Tần số cắt 118 , độ dự trữ pha 136 Hệ ổn định có sai lệch tĩnh Để giảm độ dự trữ pha tăng tần số cắt ( đáp ứng nhanh hơn) ta sử dụng “bộ bù loại II”, khâu tích phân để triệt tiêu sai lệch tĩnh Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN   Bộ bù loại II: - Một điểm cực đặt gốc mặt phẳng phức - Độ dự trữ pha bù tính bởi: theta= (-90) + PM –phase1 PM: độ dự trữ pha hệ hở phase1: góc pha đối tượng tần số fc - Tần số điểm điểm cực xác định công thức: fz = fc* = 488.2434 fp = fc* = 4.6084e+03 - Tần số cắt chọn nhỏ 1/10 tần số phát xung - Tần số cắt fc nên nhỏ 1/5 tần số f_RHP - Hệ số khuếch đại kc= 1/(mag1*mag2) Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Bộ bù loại II:  s  1 +  w Z  GC ( s ) = kC  s s  1 +  w P   Thiết kế bù mfile: Ta thiết kế bù để : + Hệ hở có fc=1500hz +Độ dự trữ pha PM=55 Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Đồ thị bode hệ hở có bù: Ta thấy hệ hở ổn định tần số fc độ dự trữ pha PM thiết kế Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Ta có hàm truyền đạt điều khiển ( bù loại II): 8.833 s + 2.71e04 G (s) = c 3.454e - 05 s^2 + s Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation MÔ PHỎNG KẾT QUẢ Sơ đồ khối mô Matlab Simulink : Kết mô xét tới ảnh hưởng : Điện áp đặt thay đổi Tải thay đổi Điện áp vào dao động Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation MÔ PHỎNG KẾT QUẢ Kết mô xét tới ảnh hưởng : Thay đổi điện áp đặt từ 15V lên18V xuống 12 V Ta thấy thay đổi điện áp đặt điệ áp bám giá trị đặt Điên áp đập mạch nhỏ 1% điện áp Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation MÔ PHỎNG KẾT QUẢ Kết mô xét tới ảnh hưởng : Khi điện áp đầu vào dao động 0.5V với tần số khz: Ta thấy sai số điện áp bé 0.15V Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation MÔ PHỎNG KẾT QUẢ Kết mô xét tới ảnh hưởng : Khi tải thay đổi: R’=1/2 R R’=2 R Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation KẾT LUẬN - Ưu điểm điều khiển theo chế độ dòng điện đỉnh + Hạ bậc đối tượng Nên thiết kế điều khiển đơn giản + Phù hợp với đa số biến đổi DC/DC - Bộ điều khiển thiết kế theo bù loại + Triệt tiêu sai lệch tĩnh + Bộ điều khiển cho chất lượng điện áp tốt + Không có độ điều chỉnh + Thời gian đáp ứng nhanh ( 0.06s) + Điện áp đạp mạch nhỏ cỡ (1.6%) Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation Cảm ơn thầy bạn lắng nghe! Hanoi University of Science and Technology Dept of Industrial Automation