Hướng đẫn chi tiết. Mô phỏng kiếm chứng trên phần mềm Matlab 1.1. Yêu cầu thiết kế:▪ Điện áp nguồn: Vg = 8 (VDC)▪ Điện áp ra: Vo = 20 (VDC)▪ Tải R = 10 (Ω)▪ Độ đập mạch dòng qua cuộn cảm:
BÀI TẬP LỚN Thiết kế hệ thống điều khiển điện tử cơng suất Đề tài: Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho biến đổi Boost theo chế độ dòng điện đỉnh Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Trọng Minh Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Bá Cấp 20160397 Nguyễn Hữu Luận 20162579 Hoàng Quốc Bảo 20160324 NỘI DUNG u cầu thiết kế tính tốn thơng số mạch lực Mơ hình hóa Thiết kế điều khiển Mô Nhận xét Yêu cầu thiết kế tính tốn thơng số mạch lực 1.1 Yêu cầu thiết kế: ▪ Điện áp nguồn: Vg = (VDC) ▪ Điện áp ra: Vo = 20 (VDC) ▪ Tải R = 10 (Ω) ▪ Độ đập mạch dòng qua cuộn cảm: 𝑖𝐿 = 15%.𝐼𝐿 ▪ Độ đập mạch điện áp tụ: 𝑢𝐶 = 0,5%.𝑈𝑜 ▪ 𝑟𝐶 = 𝑟𝐿 =0 ▪ Tần số phát xung fs = 200 kHZ Yêu cầu thiết kế tính tốn thơng số mạch lực 1.2 Tính tốn thông số mạch lực: ▪ Hệ số điều chế(duty cycle): D= − 𝑉𝑔 𝑉𝑜 =1− ▪Dòng điện trung bình qua cuộn cảm : 𝐼𝐿 = 𝑉𝑜 1−𝐷 𝑅 = 20 1−0,5 10 = 5(𝐴) ▪Giá trị cuộn cảm: 𝐿 = 𝑉𝑔 𝐷 𝑓𝑠 𝛥𝑖𝐿 8.0,6 2.105 0,15.5 = 32 (µH) 5.0,6 2.105 0,005.20 = 150 µ𝐹 = ▪ Giá trị tụ điện: 𝐶 = 𝐼𝐿 𝐷 𝑓𝑠 𝛥𝑈𝑜 = 20 = 0,6 Mơ hình hóa 2.1 Mơ hình đóng cắt (chính xác): Sơ đồ biến đổi kiểu BOOST (𝑟𝐶 = 𝑟𝐿 =0) Mơ hình hóa 2.1 Mơ hình đóng cắt (chính xác): Khi Van dẫn, D khóa: 𝐸 𝐿 𝑣 − 𝑐 𝑅𝐶 𝑖ሶ𝐿 = ቐ 𝑣ሶ𝑐 = Khi Van khóa, D dẫn: 𝐸 𝑣𝑐 𝑖ሶ𝐿 = − 𝐿 𝐿 𝑖𝐿 𝑣𝑐 𝑣ሶ𝑐 = − 𝐶 𝑅𝐶 Chọn hàm đóng cắt u, ta PT dạng ma trận: 𝑖ሶ𝐿 = 𝑣ሶ𝑐 𝐶 𝐿 − 𝑅𝐶 − A 𝑖 𝐿 + 𝑣𝑐 − 𝐶 B 𝐿 𝐸 𝑖𝐿 u+ 𝐿 𝑣 𝑐 0 d Mơ hình hóa 2.2 Mơ hình trung bình tín hiệu lớn DC: ➢Mơ hình đóng cắt phương trình bilinear có dạng tổng quát: ➢ Áp dụng quy tắc biến đổi: + Đạo hàm phép lấy trung bình trung bình đạo hàm + Trung bình tích tích trung bình ➢ Lấy trung bình vế phương trình tổng qt ta mơ hình trung bình tín hiệu lớn DC là: Mơ hình hóa 2.2 Mơ hình trung bình tín hiệu lớn DC: ➢Mơ hình trung bình tín hiệu lớn DC Boost converter: 𝑖ሶ𝐿 = 𝑣ሶ𝑐 𝐶 𝐿 − 𝑅𝐶 − A 𝑖𝐿 + 𝑣𝑐 − 𝐶 B 𝐿 𝐸 𝑖𝐿 D + 𝐿 𝑣 𝑐 0 d Mơ hình hóa Mơ phỏng: MHDC MHTBTHLDC Mơ hình hóa So sánh mơ hình đóng cắt mơ hình trung bình tín hiệu lớn DC: Thiết kế điều khiển Đồ thị Bode 𝐡à𝒎 𝒕𝒓𝒖𝒚ề𝒏 𝑮𝒗𝒊 (𝒔): Thiết kế điều khiển Thiết kế bù: Sử dụng bù loại II • 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 Thiết kế điều khiển ▪ Tần số điểm không điểm cực xác định công thức: ▪ ▪ Tần số cắt chọn nhỏ 1/10 tần số phát xung Tần số cắt fc nên nhỏ 1/5 tần số 𝑓𝑅𝐻𝑃 (𝑓𝑅𝐻𝑃 =7957.7) Chọn fc= 1000(Hz) ▪ Sử dụng lệnh [mag1,phase1]=bode(Gvi,2*pi*1000) ta có biên độ pha đối tượng Gvi(s) tần số 1000Hz Thiết kế điều khiển 𝐺𝑣𝑖 (𝑗𝜔) ቐ 𝜑(𝜔)ቚ 𝜔=𝜔𝑐 𝜔=𝜔𝑐 = 0.41843 = 𝑎𝑟𝑐 𝐺𝑣𝑖 (𝑗𝜔)ቚ 𝜔=𝜔𝑐 = 274.8180 • Sử dụng lệnh [mag2,phase2]=bode(Gc1,2*pi*1000) ta có biên độ pha đối tượng 𝐺𝑐1 (s) tần số 1000Hz 𝐺𝑐1 (𝑗𝜔) ቐ 𝜑(𝜔)ቚ 𝜔=𝜔𝑐 𝜔=𝜔𝑐 = 4.3944𝑒 − 04 = 𝑎𝑟𝑐 𝐺𝑐1 (𝑗𝜔)ቚ • Biên độ bù xác định bởi: kc = = 5.4384e + mag1* mag 𝜔=𝜔𝑐 = −39,81840 Thiết kế điều khiển Thiết kế bù Matlab: ▪ ▪ Tần số cắt fc=1000 Hz Độ dự trữ pha PM=55 Gc ( s ) = 2.39 s + 5438 5.764e − 5s + s Thiết kế điều khiển Đồ thị bode sau có bù: ➢Nhận xét: • Hệ ổn định • Tần số cắt độ dự trữ pha với thiết kế Thiết kế điều khiển ➢ ▪ ▪ ▪ ▪ Bù độ nghiêng: Với cấu trúc dòng điện đỉnh ta cần tổng hợp mạch vòng điện áp cấu trúc lại xuất hiện tượng dao động Điều kiện để điều khiển ổn định D 0.5 ta cần thêm lượng bù độ nghiêng dòng điện đặt mc Bộ Boost: 𝑚1 = 𝑉𝑔 𝐿 𝑚𝑐 > 𝑚2 = 𝑚2 −𝑚1 𝑉𝑜 −𝑉𝑔 𝐿 Chọn 𝑚𝑐 = 𝑚2 = 375000 Thiết kế điều khiển • Mạch vòng dòng điện cấu trúc điều khiển dòng điện đỉnh: Trong lượng đặt dòng điện bù tín hiệu cưa có hệ số góc mc chu kỳ chu kỳ xung clock(clk) Mô nhận xét • Sơ đồ cấu trúc điều khiển: • Xét ảnh hưởng: • Tải thay đổi • Nguồn dao động ±10% Mô nhận xét ❑TH1: Khi thay đổi tải t(s): 0.05 Tải: R R/2 ❑TH2: Khi thay đổi nguồn t(s): 0.03 Vg(V): 0.9*Vg Vg 0.1 0.06 1.1*Vg 0.1 Mô nhận xét ➢Tải thay đổi từ R xuống R/2: Thiết kế điều khiển ➢Tải thay đổi từ R xuống R/2: Mô nhận xét ❖ Nguồn dao động ±10% Mô nhận xét Nhận xét: ➢ Bộ điều khiển cho đáp ứng tốt ▪ Điện áp bám với giá trị đặt có khơng có ảnh hưởng ▪ Tốc độ đáp ứng nhanh khoảng 0,005s ▪ Độ đập mạch điện áp nhỏ khoảng 0,22% Chân thành cảm ơn thầy bạn lắng nghe ... trúc dòng điện đỉnh ta cần tổng hợp mạch vòng điện áp cấu trúc lại xuất hiện tượng dao động Điều kiện để điều khiển ổn định D 0.5 ta cần thêm lượng bù độ nghiêng dòng điện đặt mc Bộ Boost: ... −