Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi Boost theo phản hồi trạng thái. Mô hình hoá bộ biến đổi, tính toán chọn mạch lực, thiết kế cấu trúc điều khiển, mô phỏng, kết luận. Đầu vào 5V DC, đầu ra 18V DC, công suất 90W, tần số dóng cắt fs= 100kHz.
VIỆN ĐIỆN - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 20/11/2020 BÁO CÁO BÀI TẬP GIỮA KỲ Học phần: ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH VỊNG ĐIỀU CHỈNH CHO BỘ BIẾN ĐỔI BOOST THEO PHẢN HỒI TRẠNG THÁI APES Advanced Power Electronic systems lab Hanoi University of Science and Technology NỘI DUNG BÁO CÁO 20/11/2020 1.Mơ hình hóa biến đổi 2.Tính tốn chọn mạch lực 3.Thiết kế cấu trúc điều khiển 4.Mô 5.Kết luận APES Advanced Power Electronic systems lab Hanoi University of Science and Technology MƠ HÌNH HĨA BỘ BOOST Sơ đồ Boost converter Van Mosfet, nguồn điện khóa lý tưởng L, C tuyến tính Phương pháp mơ hình hóa Xây dựng mơ hình trung bình tín hiệu Sơ đồ BOOST Converter nhỏ MƠ HÌNH HĨA APES TÍNH TỐN MẠCH LỰC THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN MÔ PHỎNG Advanced Power Electronic systems lab KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST Các bước mơ hình hóa Bước 1: Xây dựng mơ hình đóng cắt (Mơ hình xác) V ON – D OFF Sơ đồ biến đổi Boost V OFF – D ON MƠ HÌNH HĨA APES TÍNH TỐN MẠCH LỰC THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN MƠ PHỎNG Advanced Power Electronic systems lab KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST Chọn hàm đóng cắt thay Bước 2: Xây dựng mơ hình trung bình tín hiệu lớn Trung bình hóa: Hệ số lấp đầy xung Mơ hình phi tuyến MƠ HÌNH HĨA APES TÍNH TỐN MẠCH LỰC THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN MÔ PHỎNG Advanced Power Electronic systems lab KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST Bước 3: Xây dựng mơ hình trung bình tín hiệu nhỏ - Tuyến tính hóa Điểm làm việc: Thiết lập biến động nhỏ: MƠ HÌNH HĨA APES TÍNH TỐN MẠCH LỰC THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN MÔ PHỎNG Advanced Power Electronic systems lab KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology TÍNH TỐN MẠCH LỰC Yêu cầu: Thiết kế biến đổi Boost - Đầu vào: Đầu ra: Cơng suất: Tần số đóng cắt Lựa chọn Cuộn cảm Tụ MƠ HÌNH HĨA APES TÍNH TỐN MẠCH LỰC THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN MƠ PHỎNG Advanced Power Electronic systems lab KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 3.1 Cấu trúc điều khiển Vòng điều khiển Nhiệm vụ Phương pháp Vòng Hệ thống bù bậc Phản hồi trạng hai phản thái gán điểm hồi trạng thái cực (Ackerman) đầy đủ (ma trận K) Vịng ngồi Điều chỉnh điện áp Bộ bù loại I Cấu trúc điều khiển đầu với mạch vòng phản hồi trạng thái bên MƠ HÌNH HĨA APES TÍNH TỐN MẠCH LỰC THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN MÔ PHỎNG Advanced Power Electronic systems lab KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology QUY TRÌNH THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 3.2 Quy trình thiết kế điều khiển A Thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái K Bước 1: Tìm điểm cực ban đầu hệ Điểm cực nghiệm phương trình Matlab: Khảo sát: - Tần số dao động riêng lớn: 1.04 kHz - Hệ số tắt dần nhỏ: 0.117 => Hệ dao động nhiều lần có thay đổi đầu vào điều khiển Quỹ đạo điểm cực đối tượng với điểm cực ban đầu (Lệnh rlocus(sys)) MƠ HÌNH HĨA APES TÍNH TỐN MẠCH LỰC THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN MÔ PHỎNG Advanced Power Electronic systems lab KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology Thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái K Bước 2: Tìm điểm cực mong muốn hệ Lựa chọn: Tần số dao động riêng , Hệ số tắt dần lớn Điểm cực mới: Quỹ đạo điểm cực đối tượng với điểm cực (Lệnh rlocus(sys_n)) 10 MƠ HÌNH HĨA APES TÍNH TỐN MẠCH LỰC THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN MƠ PHỎNG Advanced Power Electronic systems lab KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP Hàm truyền sau sử dụng bù loại I cho độ dự trữ pha đạt mong muốn Sau thiết kế mạch vòng điều chỉnh điện áp, tiến hành mô MATLAB Đồ thị Bode hàm truyền hệ hở trước sau có bù 14 MƠ HÌNH HĨA APES TÍNH TỐN MẠCH LỰC THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN MÔ PHỎNG Advanced Power Electronic systems lab KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology MÔ PHỎNG Thay đổi giá trị đặt Tạo trễ (T=0.001) Bộ bù Thông số mô 0.1s) Sơ đồ mơ Matlab 15 MƠ HÌNH HĨA TÍNH TỐN MẠCH LỰC APES THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN Advanced Power Electronic systems lab MÔ PHỎNG KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology MÔ PHỎNG Khối mạch lực Khối thay đổi thông số tải, điện áp đầu vào, điện áp đặt (Signal Builder) Trở khối thay đổi điện trở 16 MƠ HÌNH HĨA TÍNH TOÁN MẠCH LỰC APES THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN Advanced Power Electronic systems lab MÔ PHỎNG KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology MÔ PHỎNG a Chương trình chạy m-file clear all clc % Tham so bo bien doi boost rC=0; %esr rL=0; C =50e-6; %tu dien L = 36e-6; %cuon cam R = 13; %Tai thuan tro Vo=18; %gia tri xac lap dien ap tren tu Vg=5; %gia tri xac lap dien ap dau vao D = 1-Vg/Vo; %He so dieu che IL=Vo/((1-D)*R);%gia tri xac lap dong qua cuon cam %Thiet ke bo phan hoi trang thai gan diem cuc %ma tran trang thai A=[0 -(1-D)/L;(1-D)/C -1/(R*C)]; B=[Vo/L;-IL/C]; pole=eig(A); MƠ HÌNH HĨA TÍNH TỐN MẠCH LỰC APES %diem cuc moi wn=6000; %rad/s-tan so dao dong rieng damping=0.7;%he so tat dan p1=-damping*wn+j*wn*sqrt(1-damping*damping); %diem cuc moi p2=-damping*wn-j*wn*sqrt(1-damping*damping); %diem cuc moi K =acker(A,B,[p1 p2]); A_n=A-B*K;%cap nhat A C_n=[0 1]; [num0,den0]=ss2tf(A,B,C_n,0); sys=tf(num0,den0);%ham ban dau %ham truyen dat [num,den]=ss2tf(A_n,B,C_n,0); sys_n=tf(num,den); fc=350; %lua chon tan so cat [mag,phase]=bode(sys_n,2*pi*fc);% Ham truyen ban dau [mag1,phase1]=bode(tf(1,[1 0]),2*pi*fc);% bo bu Kc=1/(mag*mag1); bode(sys_n*tf(Kc,[1 0]));%Hàm truyen sau them bo bu 17 THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN Advanced Power Electronic systems lab MÔ PHỎNG KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology MÔ PHỎNG b Xây dựng kịch mô Các thông số không thay đổi Điện áp đầu vào thay đổi Tải thay đổi (từ 13 xuống 18 MƠ HÌNH HĨA TÍNH TỐN MẠCH LỰC APES THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN Advanced Power Electronic systems lab MÔ PHỎNG KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology CÁC KỊCH BẢN MƠ PHỎNG Thơng số khơng thay đổi Dòng qua cuộn cảm Điện áp Điện áp nguồn Hệ số điều chế Kết mô trường hợp thơng số khơng đổi 19 MƠ HÌNH HĨA TÍNH TỐN MẠCH LỰC APES THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN Advanced Power Electronic systems lab MÔ PHỎNG KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology Thông số không thay đổi 1A 0.2V Kết mơ phóng to MƠ HÌNH HĨA TÍNH TỐN MẠCH LỰC APES 20 THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN Advanced Power Electronic systems lab MÔ PHỎNG KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology 5.6ms Khảo sát thời gian xác lập MƠ HÌNH HĨA TÍNH TỐN MẠCH LỰC APES 21 THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN Advanced Power Electronic systems lab MÔ PHỎNG KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology CÁC KỊCH BẢN MÔ PHỎNG Nguồn đầu vào thay đổi Nguồn thay đổi (tăng thời điểm 0.04s giảm thời điểm 0.06s) 22 MƠ HÌNH HĨA TÍNH TỐN MẠCH LỰC APES THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN Advanced Power Electronic systems lab MÔ PHỎNG KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology 3A 0.003s 1A 0.004s 2.2V 0.2V 4.2V 0.003s 0.0045s Đập mạch điện áp dòng điện Điện áp nguồn Ug thay đổi Kết phóng to MƠ HÌNH HĨA TÍNH TỐN MẠCH LỰC APES 23 THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN Advanced Power Electronic systems lab MÔ PHỎNG KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology CÁC KỊCH BẢN MÔ PHỎNG Tải thay đổi từ 13 xuống Điện áp đặt thay đổi 24 MƠ HÌNH HĨA TÍNH TỐN MẠCH LỰC APES THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN Advanced Power Electronic systems lab MÔ PHỎNG KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology Tải thay đổi từ 13 xuống 1A 3.5ms 0.74V 3.5ms Khảo sát thời gian sát lập(khi tải giảm) MƠ HÌNH HĨA TÍNH TOÁN MẠCH LỰC APES Khảo sát độ đập mạch chế độ xác lập THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN Advanced Power Electronic systems lab MÔ PHỎNG 25 KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology MÔ PHỎNG Nhận xét kết mơ Dạng sóng điện áp tụ dòng cuộn cảm sát với lý thuyết Độ đập mạch dòng điện độ đập mạch điện áp nhỏ, với yêu cầu thiết kế ban đầu Tuy nhiên vài trường hợp thay đổi giá trị nguồn đầu vào hay thay đổi tải độ đập mạch dịng điện áp cịn lớn q trình q độ Thời gian đáp ứng nhanh 26 MƠ HÌNH HĨA TÍNH TỐN MẠCH LỰC APES THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN Advanced Power Electronic systems lab MÔ PHỎNG KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology KẾT LUẬN Bài báo cáo đưa cách thức mô hình hóa biến đổi BOOST phương pháp mơ hình trung bình tín hiệu nhỏ, từ đề xuất thiết kế cấu trúc điều khiển mạch vòng với mạch vòng phản hồi trạng thái qua ma trận khuếch đại K điều chỉnh điện áp bù loại I Mô thành công biến đổi BOOST phần mềm MATLAB, kết mô chứng minh tính xác cấu trúc điều khiển Kế hoạch tới: Mô hệ thống PIL 27 MƠ HÌNH HĨA APES TÍNH TỐN MẠCH LỰC THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN Advanced Power Electronic systems lab MÔ PHỎNG KẾT LUẬN Hanoi University of Science and Technology Cảm ơn thầy người lắng nghe! 28 APES Advanced Power Electronic systems lab Hanoi University of Science and Technology ...NỘI DUNG BÁO CÁO 20 /11/ 2020 1.Mơ hình hóa biến đổi 2.Tính tốn chọn mạch lực 3.Thiết kế cấu trúc điều khiển 4.Mô 5.Kết... phương trình Matlab: Khảo sát: - Tần số dao động riêng lớn: 1.04 kHz - Hệ số tắt dần nhỏ: 0 .117 => Hệ dao động nhiều lần có thay đổi đầu vào điều khiển Quỹ đạo điểm cực đối tượng với điểm... tần số cắt độ trữ pha Đồ thị bode hàm truyền hệ hở ban đầu MƠ HÌNH HĨA APES TÍNH TỐN MẠCH LỰC 11 THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN MÔ PHỎNG Advanced Power Electronic systems lab KẾT LUẬN Hanoi University
