Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi Boost theo chế độ điện áp

Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi Boost theo chế độ điện áp. Tính toán mạch lực, mô hình hoá bộ biến đổi boost converter , thiết kế cấu trúc và tính toán tham số bộ điều khiển, mô phỏng. Điện áp đầu vào Uin= 5V, điện áp đầu ra Uo= 12V, tải thuần trở Ro=6 ohm, dòng điện Io= 2A, độ đập mạch 30%, tần số làm việc 100kHz

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ BÀI Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho biến đổi Boost theo chế độ điện áp NỘI DUNG TRÌNH BÀY ❑Tính tốn mạch lực ❑Mơ hình hóa biến đổi boost converter ❑Thiết kế cấu trúc tính tốn tham số điều khiển ❑Mơ TÍNH TỐN MẠCH LỰC ❑ Sơ đồ boost converter Hình sơ đồ mạch lực boost converter TÍNH TỐN MẠCH LỰC ❑ Yêu cầu thiết kế: Điện áp đầu vào: Uin = 5V ± 10% Điện áp đầu ra: Uo = 12V ± 1% Tải trở:R0 = 6Ώ Dòng điện: I0 =2A Độ đập mạch dòng qua cuộn cảm:∆𝑖𝐿 =30%𝐼𝐿 Tần số làm việc:𝑓𝑠 =100kHz TÍNH TỐN MẠCH LỰC ❑ Tần số làm việc :𝑓𝑠 =100kHz 𝑇𝑠 =1/𝑓𝑠 =10−5 (s) ❑ 𝑈0 = 1−𝐷 𝑈𝑖𝑛 D=1 − ❑ Dòng qua cuộn cảm: ❑ ∆𝐼𝐿 =D 𝑇𝑠 𝑈𝑖𝑛 𝐿 𝐼𝐿 = 1−𝐷 = 30% 𝐼𝐿 ❑ ∆𝑈𝐶 =∆𝑈0 =D 𝑇𝑠 𝐼0 𝐶 = 1% 𝑈0 ❑ Hiệu suất biến đổi 90% 𝑈𝑖𝑛 =0.583 𝑈0 𝐼0 =4.79A L=20𝜇𝐻 C=97𝜇F 𝑅𝐿 =0.3× 0.1 ×12× /𝐼𝐿2 =0.035 0.9 Ώ TÍNH TỐN MẠCH LỰC ❑ Dòng đỉnh qua van MOSFET DIODE: ❑ 𝐼𝑉𝑚𝑎𝑥 = 𝐼𝐷𝑚𝑎𝑥 = 𝐼𝐿 +∆𝐼𝐿 /2=5.5A ❑ Dòng trung bình qua van MOSFET: 𝐼𝑉 =D 𝐼𝐿 =2.79A ❑ Dịng trung bình qua diode: 𝐼𝐷 =(1-D) 𝐼𝐿 =2A ❑ Chọn cuộn cảm có L=20𝜇𝐻 , 𝑅𝐿 =0.035 Ώ ❑ Chọn tụ C=400𝜇F , 𝑅𝐶 =20mΏ Mơ hình hóa biến đổi boost converter Mơ hình hóa biến đổi boost converter ❑ Mơ hình trạng thái biến đổi boost converter: Mơ hình hóa biến đổi boost converter ❑ Quan hệ điện áp đầu tín hiều điều khiển D: ❑ Với : Mơ hình hóa biến đổi boost converter ❑ Quan hệ điện áp đầu tín hiều điều khiển D: Mơ ❑ Sơ đồ điều khiển Mô ❑ Kết mô tải không thay đổi Mô ❑ Kết mô tải thay đổi Mô  Đồ thị điện áp phóng to Thiết kế cấu chúc tính tốn tham số điều khiển ❑ Cấu chúc bù PID( lead-lag) Thiết kế cấu chúc tính tốn tham số điều khiển ❑ Tần số cắt đối tượng Là 4315Hz góc dự trữ PM=-11 Thiết kế cấu chúc tính tốn tham số điều khiển ❑ Chọn tần số cắt 𝑓𝑐 =1.5kHz, độ dự trữ pha 45 ❑ Sử dụng lệnh [mag,phase]=bode(Gvd,2*pi*1500) ta có biên độ pha đối tượng Gvd(s) tần số 1.5kHz là: Thiết kế cấu chúc tính tốn tham số điều khiển ❑ Tần số điểm không điểm cực bù tính sau: ❑ 𝑓𝑧 = 𝑓𝑐 1−sin(−325.9651) = 1+sin(−325.9651) 797Hz ❑ 𝑓𝑝 = 𝑓𝑐 1+sin(−325.9651) = 1−sin(−325.9651) 2823Hz ❑ 𝑓𝐿 = 𝑓𝑐 /20=75Hz Thiết kế cấu trúc tính toán tham số điều khiển ❑ Biên độ bù Kc ❑ Kc= 0.0585 ❑ Hàm truyền điều khiển: 1.167e−05s^2 + 0.06395s + 27.54 ❑ 𝐺𝑐 = 5.637e−05 s^2 + s ❑ Hàm truyền hệ hở: −5.163𝑒−14 𝑠^4 − 4.048𝑒−09 𝑠^3 + 0.0003154 𝑠^2 + 1.833 𝑠 + 793.3 ❑𝐺ℎ = 2.598𝑒−12 𝑠^4 + 5.17𝑒−08 𝑠^3 + 0.0001562 𝑠^2 + 𝑠 Thiết kế cấu chúc tính tốn tham số điều khiển ❑ Phân tích hàm truyền hệ hở ❑ Tần số cắt hệ hở 1500Hz ❑ Góc dự trữ PM=43 Thiết kế cấu chúc tính tốn tham số điều khiển ❑ Điểm cực điểm không hệ hở ❑ Nhận xét: điểm cực hệ hở nằm bên trái trục ảo nên hệ hở ổn định Mô  Kết mô  Tải thay đổi Mô  Đồ thị điện áp phóng to Nhận xét ❑ Giá trị điện áp bám giá trị đặt ❑ Hệ hở ổn định ❑ Khi tải thay đổi giá trị điện áp bám theo giá trị đặt ❑ Đầu điện áp bị dao động nhẹ quanh giá trị đặt ❑ Giá trị giao động điện áp theo điều khiển bù loại ba nhỏ so với điều khiển PID THANKS FOR YOUR ATTENTION ... 0. 089 18