Nghiên cứu thuật toán điều khiển bộ biến đổi DC DC cấu hình xếp chồng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒN THANH TÙNG NGHIÊN CỨUTHUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI DC - DC CẦU HÌNH XẾP CHỒNG Chuyên ngành: Điều khiển Tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS TẠ CAO MINH Hà Nội – Năm 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ cơng trình riêng tơi tơi tự thực dướng dẫn PGS TS Tạ Cao Minh Các số liệu kết hoàn toàn trung thực Để hồn thành luận văn tơi sử dụng tài liệu ghi mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép tơi xin hồn tốn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày 11 tháng 03 năm 2014 Học viên Đoàn Thanh Tùng Mục lục MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH VẼ iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vii LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG – TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN PHỐI NĂNG LƯỢNG TRONG XE ĐIỆN 1.1.2 Lợi ích tơ điện: 1.1.3 Ơ tơ điện q khứ: 1.1.4 Ô tô điện ngày nay: 1.1.5 Xu tương lai: 1.2 Hệ thống phân phối lượng xe điện: 1.2.1 Các phần tử dự trữ lượng: 1.2.2 Các cấu trúc hệ thống phân phối lượng xe điện: 1.2.3 Vị trí vai trị biến đổi DC – DC hệ truyền động ô tô điện: 13 1.2.4 Yêu cầu công nghệ: 14 CHƯƠNG – LỰA CHỌN CẤU HÌNH VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI DC – DC 16 2.1.Tổng quan cấu hình mạch DC – DC: 16 2.1.1 Bộ biến đổi buck (buck converter): 16 2.1.2 Bộ biến đổi boost (boost converter): 17 2.1.3 Bộ biến đổi DC – DC hai chiều không cách ly: 19 2.1.3 Bộ biến đổi DC – DC hai chiều có cách ly: 22 2.1.4 Lựa chọn cấu hình: 24 2.2 Các thuật toán điều khiển biến đổi DC – DC: 26 2.2.1 Điều khiển điện áp (VMC): 27 2.2.2 Điều khiển dòng điện (CMC): 28 2.2.3 Điều khiển tối ưu: 29 -i- Mục lục 2.2.4 Lựa chọn chiến lược điều khiển: 29 CHƯƠNG – NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA BỘ BIẾN ĐỔI DC – DC 31 3.1 Nguyên lý hoạt động biến đổi DC – DC hai chiều: 31 3.1.1 Quy đổi cấu hình: 31 3.1.2 Phân tích nguyên lý hoạt động: 32 3.2 Mơ hình hóa hệ thống: 34 3.2.1 Phương pháp mơ hình hóa: 34 3.2.2 Điều kiện áp dụng phương pháp trung bình khơng gian trạng thái: 37 3.2.3 Áp dụng phương pháp trung bình khơng gian trạng thái: 37 CHƯƠNG – TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG BỘ BIẾN ĐỔI DC – DC HAI CHIỀU 43 4.1 Tính tốn thơng số thiết kế mạch lực: 43 4.1.1 Yêu cầu toán: 43 4.1.2 Thông số ô tô hệ thống dự trữ lượng: 43 4.1.3 Lựa chọn điểm làm việc cho biến đổi: 45 4.1.4 Lựa chọn van tần số chuyển mạch: 46 4.1.5 Tính chọn cuộn cảm: 47 4.1.6 Tính chọn tụ lọc đầu phía DC-Bus: 48 4.2 Thiết kế điều khiển: 49 4.2.1 Phương pháp thiết kế điều khiển theo đồ thị Bode: 49 4.2.2 Áp dụng thiết kế điều khiển PI đồ thị Bode: 51 4.3 Mô hệ thống biến đổi DC – DC hai chiều tải trở: 57 4.3.1 Bộ biến đổi DC – DC với hai mạch vòng điều khiển: 57 4.3.2 Bộ biến đổi DC – DC với mạch vòng điều khiển dịng điện: 62 CHƯƠNG – MƠ PHỎNG TOÀN BỘ HỆ THỐNG XE ĐIỆN 64 5.1 Giới thiệu sơ đồ mô phỏng: 64 5.1.1 Hệ thống quản lý lượng: 64 5.1.2 Hệ thống HESS tải động IPM: 68 -ii- Mục lục 5.1.3 Hệ thống động lực học ô tô: 70 5.2 Mô kết quả: 72 5.2.1 Điều kiện tiến hành mô phỏng: 72 5.2.2 Kết mô hệ xe điện i-MiEV truyền thống: 74 5.2.3 Kết mô hệ thống xe điện cải tiến với hệ HESS: 75 KẾT LUẬN 80 TÀI LIỆU HAM KHẢO 82 PHỤ LỤC 84 -iii- Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Chiếc xe điện năm 1932 [6] Hình 1.2 Ô tô điện thời kỳ đầu Hình 1.3 Xe Chevrolet Volt – 2011 Hình 1.4 Xe tô điện i-MiEV đưa thị trường [7] Hình 1.5 Mật độ lượng mật độ công suất hệ thống lưu trữ lượng [13] Hình 1.6 Các cấu hình hệ HESS với nguồn tải 10 Hình 1.7 Hệ thống nguồn lượng với chế độ hoạt động 14 Hình 2.1 Bộ biến đổi buck [14] 17 Hình 2.2 Bộ biến đổi boost [14] 18 Hình 2.3 Biến đổi mạch DC – DC hai chiều từ mạch Buck Boost 19 Hình 2.4 (a) Buck-boost hai chiều, (b) Two back-to-back connected 20 Hình 2.5 Một cấu trúc khác biến đổi hai chiều khơng cách ly 20 Hình 2.6 Bộ biến đổi DC – DC hai chiều ba pha xếp chồng [14] 21 Hình 2.7 Cấu trúc phổ biến biến đổi DC – DC hai chiều cách ly 22 Hình 2.8 Mạch Half-Bridge hai chiều 23 Hình 2.9 Mạch Full-Bridge hai chiều 23 Hình 2.10 (a) Tỉ lệ đập mạch dòng điện đầu vào chế độ buck, (b) Tỉ lệ đập mạch dòng điện đầu chế độ buck [22] 25 Hình 2.11 (a) Bộ biến đổi DC – DC hai chiều bốn pha xếp chồng, (b) Dạng dòng điện cuộn cảm 26 Hình 2.12 Cấu trúc điều khiển mờ 28 Hình 2.13 Chiến lược điều khiển biến đổi DC – DC [13] 29 Hình 3.1 Cấu hình biến đổi hai chiều DC - DC bốn pha xếp chồng 31 Hình 3.2 Cấu hình biến đổi hai chiều DC - DC pha 32 Hình 3.3 Đồ thị xung dòng điện iL chế độ buck 32 Hình 3.4 Đồ thị xung dòng điện iL chế độ boost 33 -iv- Danh mục hình vẽ Hình 3.5 Hai trạng thái đóng cắt chu kì phát xung 34 Hình 3.6 Cấu hình mạch tổng quát dạng xung phát 37 Hình 3.7 Cấu hình mạch khoảng thời gian ton 38 Hình 3.8 Cấu hình mạch khoảng thời gian toff 38 Hình 4.1 Đặc tình phóng điện siêu tụ 45 Hình 4.2 Đồ thị Imax(L) Imin(L) 48 Hình 4.3.Sơ đồ hai mạch vịng điều chỉnh 49 Hình 4.4 Biểu đồ Bode PI [3] 50 Hình 4.5 Đồ thị Bode hàm KGid(jω) 52 Hình 4.6 Đồ thị Bode hệ hở đối tượng dòng 53 Hình 4.7 Đáp ứng step có PI 54 Hình 4.8 Đồ thị Bode hàm KGvi(jω) 55 Hình 4.9 Đồ thị Bode hệ hở đối tượng áp 56 Hình 4.10 Đáp ứng bước nhảy có điều khiển 56 Hình 4.11 Sơ đồ mơ hàm truyền hai mạch vịng điều khiển 57 Hình 4.12 Đáp ứng bước nhảy hệ kín 57 Hình 4.13 Sơ đồ mơ hệ thống hai mạch vịng điều khiển 58 Hình 4.15 Đáp ứng điện áp đầu DC-Bus 59 Hình 4.16 Đáp ứng dịng điện IL tổng 59 Hình 4.17 Dịng điện cuộn cảm pha 59 Hình 4.18 Đáp ứng điện áp DC-Bus 61 Hình 4.19 Đáp ứng dòng điện IL tổng 61 Hình 4.20 Dịng điện cuộn cảm bốn pha 61 Hình 4.21 Sơ đồ mơ điều khiển dòng điện 62 Hình 4.22 Đáp ứng dịng điện IL tổng 63 Hình 4.23 Đáp ứng dịng điện IL pha 63 Hình 5.1 Mơ hình mơ tồn hệ thống xe điện 64 Hình 5.2 Thuật toán phân phối lượng 65 Hình 5.3 Sơ đồ cấu trúc mô hệ thống EM 66 -v- Danh mục hình vẽ Hình 5.4 Sơ đồ khối thuật toán 67 Hình 5.5 Sơ đồ mô hệ Hess với động IPM 68 Hình 5.6 Mơ hình mơ hệ thống điều khiển động IPM 69 Hình 5.7 Sơ đồ mô động lực học xe điện 71 Hình 5.8 Lượng đặt mômen nhấn chân ga chân phanh 73 Hình 5.9 Sự thay đổi tốc độ xe điện q trình mơ 74 Hình 5.10 Giá trị đại lượng hệ thống pin Li-ion 75 Hình 5.11 Giá trị dịng điện trung bình DC-Bus 76 Hình 5.12 Các đại lượng Battery 76 Hình 5.13 Các đại lượng siêu tụ 77 Hình 5.14 Dịng điện pha biến đổi DC – DC cho battery 78 Hình 5.15 Dịng điện pha biến đổi DC – DC cho siêu tụ 78 Hình 5.16 Điện áp DC-Bus 79 -vi- Danh mục bảng biểu DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Giá trị phần tử mạch…………………………….……… ….12 Bảng 3.1 Phương trình trạng thái cho hai trường hợp đóng cắt……………….….34 Bảng 4.1 Thông số xe điện hệ thống dự trữ lượng 43 Bảng 5.1 Thông số mô hệ Hess động IPM .69 Bảng 5.2 Thông số mô hình mơ xe điện 72 -vii- Lời nói đầu LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, khoa học kĩ thuật phát triển Nhiều công nghệ, vật liệu tạo để đáp ứng nhu cầu sản xuất tiêu dùng xã hội Tuy nhiên kèm theo giảm sút nguồn nguyên vật liệu lượng Đặc biệt nhiên liệu xăng dầu Với lượng phương tiện giao thông ngày tăng, nguy thiếu nhiên liệu xăng dầu điều xảy Đồng thời khói bụi tăng cao gây hiệu ứng nhà kính, ảnh hưởng tới sức khỏe người Vậy cần làm gì? Trên giới nói chung Việt Nam nói riêng bắt đầu nghiên cứu đưa loại phương tiện giao thơng mới, xe điện Đặc biệt tơ điện Vì lượng xăng dầu mà ô tô tiêu thụ lớn nên phương án sử dụng ô tô điện thay cho ô tô truyền thống cần thiết Trên thị trường có nhiều chủng loại tơ điện từ xe lai (hybrid electric vehicles) sử dụng kết hợp xăng điện; đến xe điện (pure electric vehicles) nhà sản xuất lớn Nissan, Ford, Misubishi, Chevrolet,… Trong trường đại học Bách Khoa, trung tâm CTI PGS.TS Tạ Cao Minh phụ trách nghiên cứu đề tài cấp Nhà nước ô tô điện mã số KC03.08/11-15 Và phần đặc biệt quan tâm nghiên cứu hệ thống lưu trữ phân phối lượng ô tô điện với mục tiêu điều khiển tơ hoạt động có hiệu suất cao nhất, tiết kiệm lượng Luận văn nghiên cứu thuật toán điều khiển biến đổi DC – DC thành phần đóng vai trị quan trọng thiết yếu, giúp điều khiển cho phép dòng lượng trao đổi nguồn động xe ô tơ cách linh hoạt, hiệu Sau đó, biến đổi DC – DC ghép nối với toàn hệ thống ô tô điện bao gồm hệ thống quản lý lượng, hệ thống truyền động tải Toàn cơng việc luận văn trình bày chương  Chương giới thiệu vị trí vai trị biến đổi DC - DC tơ điện từ đưa u cầu cơng nghệ -1- Chương 5: Mơ phịng tồn hệ thống xe điện 0.056 Ω SOCBat0 80 % Dung lượng định mức QBatđm 50 Ah Điện áp nạp lớn VBatmax 326 V Điện dung siêu tụ định mức CSCđm 33 F Điện áp siêu tụ định mức VSCđm 200 V Điện trở siêu tụ rSC 36 mΩ 10 Số lượng tụ mắc nối tiếp nseries 96 cell 11 Số lượng tụ mắc song song nparallel cell 12 Điện áp ban đầu siêu tụ VSC0 165 V 13 Dòng điện dò siêu tụ VSCleak 10 mA 14 Điện trở van IGBT rvan mΩ 15 Điện trở cuộn cảm rL 36 mΩ 16 Tụ điện DC-Bus Chigh 1000 µF 17 Mơmen động IPM định mức Mđm 185 Nm 18 Số cặp cực động 19 20 Nội trở battery Trạng thái nạp ban đầu rBat p Tần số điều khiển nghịch lưu fs_inv 20 kHz Tần số trích mẫu điều khiển động fsamp 60 µs 5.1.3 Hệ thống động lực học tơ: Với mục đích đưa mơ đến gần với thực tế nhất, hệ thống động lực học ô tô phần thiếu Nội dung mảng nghiên cứu rộng đề tài tiến sĩ nghiên cứu trung tâm CTI Điều khó -70- Chương 5: Mơ phịng tồn hệ thống xe điện khăn phần vấn đề việc điều khiển xe ô tô chuyển động an toàn điều kiện mặt đường, sức cản gió hay yếu tố ngoại biên tác động khác Trong phạm vi luận văn này, ta không đề cập sâu vào vấn đề này, mà đưa mơ hình mơ thơng số mơ cho gần giống với điều kiện thực tế Sơ đồ mô thể hình 5.7 thơng số mơ nêu bảng 5.1 Hình 5.7 Sơ đồ mô động lực học xe điện Trục truyển động (Drive Shaft) lấy mômen từ động IPM sinh Một lần nữa, phần mềm Matlab lại hỗ trợ ta mơ hình cho hệ thơng động lực học tơ Từ trục truyền động mơmen phân sang hai bánh xe hai bên Các mô hình xây dựng cách hồn chỉnh cần thao tác nhập thông số cho phù hợp với thực tế Trong mơ hình tơ, yếu tố ngoại biên tác động xét đến có khối lượng tổng xe, lực cản gió, điều kiện mặt đường, độ dốc mặt đường, quán tính xe Tuy nhiên, mục đích luận văn biến đổi DC – DC hai chiều, để đơn giản cho q trình mơ tồn hệ thống thơng số tốc độ gió độ nghiêng mặt đường cho Như vậy, -71- Chương 5: Mơ phịng tồn hệ thống xe điện xe điện chạy đường lực cản gió xét tới tốc độ xe mà khơng cộng thêm gió ngược Bảng 5.2 Thơng số mơ hình mô xe điện STT Thông số Tổng tải trọng xe Tỉ số truyền tốc độ Ký hiệu Giá trị Đơn vị Mtot 1350 i 6,066 Diện tích cản gió Af 2,37 Hệ số cản gió kf 0,26 Tốc độ gió vg m/s Góc nghiêng mặt đường θ rad Bán kính bánh xe hiệu dụng reff 0,28475 m Độ trượt tốc độ S 10 % 41,75 km/h Tốc độ định mức động quy đổi tốc độ xe vđm kg m2 Phần tiếp theo, ta tiến hành mơ tồn hệ thống nêu Kết mô đưa để kiểm chứng đánh giá chất lượng 5.2 Mô kết quả: 5.2.1 Điều kiện tiến hành mô phỏng: Phần mềm Matlab - Simulink 2013b có hệ thống thư viện phong phú, hỗ trợ đắc lực cho người sử dụng Tuy giá phải trả vận hành nặng nề chậm chạp hệ thống mô Thời gian mơ kéo dài hàng đồng hồ Do đó, tiến hành mơ theo số điều kiện sau:  Thời gian mô tồn hệ thống vịng 20 giây  Sử dụng chu kỳ trích mẫu tồn hệ thống 5µs -72- Chương 5: Mơ phịng tồn hệ thống xe điện  Khi muốn độ xác cao để kiểm tra chất lượng số tham số cần thiết, ta giảm thời gian trích mẫu xuống cịn 0,1 µs đồng thời giảm thời gian mô xuống cho phù hợp Trong 20 giây mô phỏng, ta xét ba trình xe điện trình khởi động, trình tăng tốc trình giảm tốc Để thực việc này, ta tác động vào thông số độ nhấn chân ga chân phanh xe hình 5.8 Hình 5.8 Lượng đặt mơmen nhấn chân ga chân phanh Độ nhấn chân ga 0,8 có nghĩa ta đặt 80% mơmen định mức cho động IPM Tương tự thế, độ nhấn chân phanh 0,2, tương ứng 20% mômen định mức âm đặt để hãm, giảm tốc độ ô tô Với giả thiết, nhấn chân ga nhả chân phanh ngược lại Tại thời điểm ban đầu giây, ta bật khóa điện tơ chưa tác động vào chân ga Sau giây ta nhấn chân ga 80% để xe khởi động Và giây thứ 10 ta đạp phanh để thực trình giảm tốc Cuối giây thứ 15, ta lại nhấn ga 80% để thực trình tăng tốc Với điều kiện mô vậy, tốc độ xe thay đổi hình 5.9 Trong trình khởi động, tốc độ xe tăng từ 61km/h Sau đó, giây thực phanh hãm, tốc độ xe xuống khoảng 46km/h Và cuối lại nhấn ga tăng tốc, đạt tốc độ 70km/h giây thứ 19 Để kiểm tra chất lượng hệ thống, -73- Chương 5: Mơ phịng tồn hệ thống xe điện ta mô hệ động lực học xe điện với hai trường hợp: có khơng có siêu tụ kết hợp với biến đổi DC – DC hai chiều Hình 5.9 Sự thay đổi tốc độ xe điện q trình mơ 5.2.2 Kết mô hệ xe điện i-MiEV truyền thống: Như biết, xe Mitsubishi i-MiEV có hệ thống pin Li-ion mắc trực tiếp vào đầu nghịch lưu điều khiển động IPM xe, mà khơng có siêu tụ điện với biến đổi DC – DC Do ta cần giữ ngun hệ thống động IPM mơ hình động lực học xe điện, sau mắc trực tiếp battery vào để mô với điều kiện mô trình bày Kết mơ thể hình 5.10 Ta chủ yếu xem xét đến kết mô đại lượng hệ thống pin Li-ion Có ba đại lượng quan trọng điện áp, dòng điện trạng thái dung lượng battery Dễ thấy, điện áp battery không ổn định mà tăng giảm theo q trình phóng nạp Điều khiến chất lượng điện áp DC-Bus không cao, ảnh hưởng tới nghịch lưu DC/AC phía sau Trong trình tăng tốc, dịng điện battery tăng từ khoảng 170A lớn dịng điện có giá trị 3C Như trình bày chương trước, dịng điện làm giảm tuổi thọ pin Li-ion nhanh -74- Chương 5: Mơ phịng tồn hệ thống xe điện Hình 5.10 Giá trị đại lượng hệ thống pin Li-ion Còn vấn đề dung lượng, sau 20 giây mô với mức pin ban đầu 80%, SOC giảm xuống 79,2%, tức tiêu hao 0,8% lượng Giá trị so sánh với hệ thống sử dụng thêm siêu tụ 5.2.3 Kết mô hệ thống xe điện cải tiến với hệ HESS: Hệ HESS có hai nguồn dự trữ lượng hai DC – DC mắc chung tới DC-Bus Tại DC-Bus có ba dịng điện: hai dòng điện đầu hai DC – DC dòng điện tổng vào nghịch lưu Để tiện theo dõi, ta kí hiệu ba dịng điện IBatDC, ISCDC IInv Dễ thấy IInv = IBatDC + ISCDC Kết mô hệ lưu trữ lượng lai hình 5.11, 5.12 5.13 -75- Chương 5: Mơ phịng tồn hệ thống xe điện Hình 5.11 Giá trị dịng điện trung bình DC-Bus Hình 5.12 Các đại lượng Battery -76- Chương 5: Mơ phịng tồn hệ thống xe điện Hình 5.13 Các đại lượng siêu tụ Hình 5.11 cho ta đáp ứng dịng điện DC-Bus Dòng điện vào nghịch lưu có dạng thay đổi tuân theo thay đổi tải Trong giai đoạn khởi động, dòng nghịch lưu tăng dần từ 152A Nhờ có hệ thống siêu tụ điện hỗ trợ mà dịng điện battery khơng q lớn Có lúc dịng DC siêu tụ hỗ trợ lên tới 100A Trong giai đoạn phanh hãm, dịng điện giảm xuống âm để thực q trình hãm tái sinh Dễ dàng nhận thấy, dòng DC siêu tụ xuống âm chủ yếu dòng DC battery Điều có nghĩa lượng hãm tái sinh trả siêu tụ nhanh nhiều Nó giúp tăng tuổi thọ pin Li-ion pin khơng phải phóng nạp nhiều lấn với dòng điện lớn Như hai trình tăng tốc hay giảm tốc, siêu tụ điện hỗ trợ nhiều cho hệ thống pin Li-ion hay nói cách khác ta tận dụng tối đa cơng hiệu siêu tụ Trên hình 5.12 5.13 đáp ứng dòng điện, điện áp trạng thái dung lượng SOC hai hệ thống dự trữ lượng Có thể thấy dịng điện pin Li-ion giới hạn với giá trị trung bình 100A Dòng siêu tụ điện cỡ 200A chưa đạt -77- Chương 5: Mơ phịng tồn hệ thống xe điện tới mức giới hạn 500A SOC siêu tụ battery có giá trị ban đầu 80% Sau 20 giây, SOC siêu tụ 50% tương xứng với mức tốc độ xe trung bình 70km/h Còn SOC hệ thống pin Li-ion giảm xuống khoảng 79,6%, tức giảm 0,4% So sánh với hệ thống khơng có siêu tụ hỗ trợ (giảm 0,8%) ta tiết kiệm 50% dung lượng battery Điều có nghĩa thời gian chạy xe tăng lên Tiếp theo, kết mô biến đổi DC – DC đưa hình 5.14, 5.15 5.16 Ở đây, để có kết xác hơn, ta phải giảm thời gian trích mẫu xuống 0,1µs, đồng thời giảm thời gian mô cho tải tác động từ đầu Hình 5.14 Dịng điện pha biến đổi DC – DC cho battery Hình 5.15 Dịng điện pha biến đổi DC – DC cho siêu tụ -78- Chương 5: Mơ phịng tồn hệ thống xe điện Hình 5.16 Điện áp DC-Bus Ta thấy dịng điện tuân thủ theo quy tắc điều khiển mà ta nêu lệch pha 900 Chất lượng dòng điện tốt, độ điều chỉnh phạm vi cho phép ta cấp tải từ đầu Dòng điện pha DC – DC có mạch vịng điều khiển dịng điện xấu dịng điện có hai mạch vòng điều khiển chút Về điều khiển điện áp, ta đưa tải từ đầu nên điện áp DC-Bus có điều chỉnh cao Tuy nhiên tốc độ ổn định điện áp 330V nhanh Điều nâng cao chất lượng hiệu cho hệ thống điều khiển nghịch lưu phía sau Vậy hai biến đổi DC – DC hai chiều hoạt động tốt theo thiết kế ban đầu làm nhiệm vụ phân phối lượng -79- Kết luận KẾT LUẬN Luận văn nghiên cứu thuật toán điều khiển cho biến đổi DC – DC hai chiều cho phù hợp với chiến lược phân phối quản lý lượng xe điện Đồng thời luận văn lựa chọn cấu hình, tính tốn thiết kế mạch lực hệ thống điều khiển cho biến đổi DC - DC Các kết thiết kế tiến hành kiểm chứng thông qua mô máy tính phần mềm Matlab – Simulink Nó cho thấy:  Điện áp DC-Bus điều khiển ổn định bám theo lượng đặt  Dịng điện chảy theo hai chiều, điều khiển bám tốt theo giá trị mong muốn, có tốc độ ổn định nhanh  Dòng điện pha xếp chồng nhau, lệch pha 90o giúp giảm độ đập mạch dịng điện tổng  Cấu hình bốn pha xếp chồng không cách ly giúp tăng công suất biến đổi lên cỡ vài chục kW  Hệ thống quản lý lượng theo luật phân phối điều khiển dung lượng siêu tụ theo tốc độ dung lượng battery  Với việc sử dụng thêm hệ thống siêu tụ để hỗ trợ hệ thống pin Li-ion trình xe tăng tốc giảm tốc, ta nâng cao thời gian sử dụng tuổi thọ pin Li-ion Năng lượng tiết kiệm lên tới 50%  Mặc dù không sâu vào vấn đề điều khiển động động lực học ô tơ luận văn mơ hình mơ cho hai hệ thống Động IPM điều khiển theo cơng suất đường đặc tính mà hãng Mitsubishi đưa Luận văn số hạn chế như:  Chưa mơ tồn hệ thống khoảng thời gian dài  Điều kiện hoạt động xe chưa xét tới gió ngươc độ nghiêng mặt đường hay số yếu tố ngoại cảnh khác tác động -80- Kết luận  Thuật toán quản lý lương chưa phải tối ưu  Chưa đưa kết thực nghiệm để kiểm chứng Tuy nhiên, thấy nội dung luận văn bao trùm toàn hệ thống xe điện Từ nguồn lượng, hệ thống quản lý lượng hệ thống chấp hành động lực học tơ Những vấn đề cịn hạn chế luận văn tiếp tục nghiên cứu qua nội dung công việc khác đề tài cấp nhà nước KC03.08/11-15 -81- Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU HAM KHẢO [1] A.J Forsyth and S.V.Mollov, “Modelling and Control of DC – DC Converters”, Power Engineering Journal, October 2009 [2] Dixon, J., Ortúzar, M.,Wiechmann E., “Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter”, 17th Electric Vehicle Symposium, Montreal, Canada, 2000 [3] Farid Gonaraghi, Benjamin C.Kuo, Automatic control systems, 2009 [4] Hamid R Karshenas, Hamid Daneshpajooh, Alireza Safaee, Praveen Jain and Alireza Bakhshai, “Bidirectional DC-DC Converters for Energy Storage Systems”, Energy Storage in the Emerging Era of Smart Grids, InTech, 2011 [5] Hebertt Sira-Ramírez and Ramón Silva-Ortigoza, Control Design Techniques in Power Electronics Devices, Mexico [6] http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_the_electric_vehicle, truy nhập lần cuối ngày 10/03/2014 [7] http://thethaovanhoa.vn/355N20110725141920788T138/imiev-doi-thu-danggom-cua-leaf.htm, truy nhập lần cuối ngày 10/03/2014 [8] http://www.dipity.com/vanillalatte15/personal/, truy nhập lần cuối ngày 10/03/2014 [9] Junhong Zhang, PhD Thesis, Bidirectional DC – DC Power Converter Design Optimization, Modeling and Control, 2008 [10] Marian K Kazimierczuk, Pulse-width Modulated DC–DC Power Converters, Ohio, 2008 [11] Maxwell Technologies Inc., “125V Heavy Transportaion Modules Datasheet” [12] Maxwell technology Co., “BMOD0063 Ultracapacitor Module Datasheet”, http://www.maxwell.com [13] Mazhar Moshirvaziri, Ultracapacitor/Battery Hybrid Energy Storage Systems for Electric Vehicles, master thesis, Toronto, 2012 -82- Tài liệu tham khảo [14] Microchip application note AN1114, Switch mode power supply (SMPS) topologies (part 1) [15] Muhammad H Rashid, Power Electronics Handbook, Florida, 2001 [16] Nguyễn Doãn Phước, Lý thuyết điều khiển tuyến tính, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2007 [17] Okkes Tolga Altinoz, Analysis and Control of Synchronous Buck Converter, master thesis, 2009 [18] Phạm Quốc Hải, Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2009 [19] Rajesh Rajamani, Vehicle Dynamics and Control, Springer Inc., New York, 2006 [20] Nguyễn Bảo Huy, Tạ Cao Minh, “Các biến đổi điện tử cơng suất cho tơ điện”, Tạp chí Tự Động Hóa ngày nay, số 131, tháng 10 - 2011 [21] Nguyễn Bảo Huy, Tạ Cao Minh, “Tổng quan tình hình nghiên cứu tơ điện giới Việt Nam:, Tạp chí Tự Động Hóa ngày nay, số 126, tháng – 2011 [22] Using the TPS40090EVM-002, User Guide, Texas Instruments [23] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2007 -83- Phụ lục PHỤ LỤC P.1 Lập trình tính hàm truyền Matlab: %Tinh toan ham truyen mach boost xep chong Vl=165; V1=330; L=10e-6; R=4; Rp=11e-3; Ch=1000e-6; Delta=(R*Vl)^2-4*V1^2*R*Rp; D=(R*Vl+sqrt(Delta))/(2*V1*R) Il=-Vl/(R*D^2+Rp) bi0=V1/(Ch*R*L)-D*Il/(Ch*L) bi1=V1/L ai2=1 ai1=Rp/L+1/(Ch*R) ai0=Rp/(Ch*L*R)+D^2/(L*Ch) bv0=-(D*V1+Rp*Il)/(Ch^2*L*R) bv1=-D*V1/(Ch*L)-Il*Rp/(Ch*L)-Il/(Ch^2*R) bv2=-Il/Ch av2=V1/L av1=2*V1/(L*Ch*R)-D*Il/(Ch*L) av0=V1/(Ch^2*R^2*L)-D*Il/(Ch^2*L*R) Gid=tf([bi1 bi0],[ai2 ai1 ai0]) %cho mach boost nguoc chieu dong dien Gvi=tf([bv2 bv1 bv0],[av2 av1 av0]) %cho mach boost nguoc chieu dong dien Gid=-Gid Gvi=-Gvi P.2 Lập trình vẽ đồ thị ipeak(L), imin(L) Matlab: Vi=330;Vo=165;T=50e-6; Il=166.8561; %Lay so duong for n=1:1001; L(n)=(1+(n-1)*24/1000)*1e-6; Imin(n)=Il-0.5*(Vi-Vo)/L(n)*0.5*T; Imax(n)=Il+0.5*(Vi-Vo)/L(n)*0.5*T; end plot(L,Imin); hold on plot(L,Imax) -84- ... chọn cấu hình thuật tốn điều khiển cho biến đổi DC - DC CHƯƠNG – LỰA CHỌN CẤU HÌNH VÀ THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI DC – DC 2.1.Tổng quan cấu hình mạch DC – DC: Nhìn chung biến đổi DC – DC chia... Chương 2: Lựa chọn cấu hình thuật tốn điều khiển cho biến đổi DC - DC 2.2.3 Điều khiển tối ưu: Đây thuật toán điều khiển nâng cao giúp tối ưu hóa tham số cấu trúc điều khiển Thuật toán phức tạp nên... lược điều khiển biến đổi DC – DC [13] 29 Hình 3.1 Cấu hình biến đổi hai chiều DC - DC bốn pha xếp chồng 31 Hình 3.2 Cấu hình biến đổi hai chiều DC - DC pha 32 Hình 3.3 Đồ thị xung dịng