Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi BuckBoost theo chế độ dòng điện đỉnh

Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi BuckBoost theo chế độ dòng điện đỉnh. Giới thiệu và mô hình hoá mạch BuckBoost converter, cấu trúc điều khiển, thiết kế bộ bù, mô phỏng matlab Simulink. Điện áo vào Uin= 30V, điện áp tải U0= 15V, tải thuần trở R= 5 ohm(I=3A),fs=200kHz

ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT (EE4331) NHĨM 14 ĐỀ TÀI: “Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho biến đổi Buck-Boost theo chế độ dòng điện đỉnh” Giới thiệu mơ hình hóa mạch Buck – Boost Converter Thông số mạch lực cấu trúc điều khiển Thiết kế bù Mô Kết Luận I GIỚI THIỆU VÀ MƠ HÌNH HĨA MẠCH BUCK – BOOST CONVERTER Sơ đồ mạch lực biến đổi Buck-Boost I GIỚI THIỆU VÀ MƠ HÌNH HĨA MẠCH BUCK – BOOST CONVERTER Trạng thái 1: V ON, D OFF Sử dụng định luật Kirhoff ta được:     I GIỚI THIỆU VÀ MƠ HÌNH HĨA MẠCH BUCK – BOOST CONVERTER Trạng thái 2: V OFF, D ON Sử dụng định luật Kirhoff ta được:     I GIỚI THIỆU VÀ MƠ HÌNH HĨA MẠCH BUCK – BOOST CONVERTER a, Mơ hình đóng cắt  Đưa vào hai hàm chứng nhận h1,h2:    0  iL  =    g   0 uC    g     uin     i  L   ÷  −1    + L ÷.h1 +    uC    ÷ RC      C −1   L   iL  ÷    ÷h2 −1  uC  ÷ ÷ RC   Đưa vào hàm đóng cắt u={0,1}    0  iL  =    g   0 uC    g   u   in   i   L ÷  −1    +  L  ÷.u +    uC  ÷ RC      C −1   L   iL  ÷    ÷.(1 − u ) −1  uC  ÷ ÷ RC   I GIỚI THIỆU VÀ MƠ HÌNH HĨA MẠCH BUCK – BOOST CONVERTER  Biến đổi phương trình thành dạng Bilinear ta được:    0  iL  =   g  1 uC   C g −1      i   L L   + −1  uC    −1  RC   C 1  u  in  ÷  i   L L    +  L  ÷.u uC    ÷   ÷    b Mơ hình trung bình tín hiệu lớn DC    0  iL  =   g  1  uC   C g −1   L   iL     +  −1  uC    −1  RC   C 1  u   in L   iL        + L u   u   C         g   iL  =   g   (1 − u ) uC    C (u − 1)   uin   i   L L    +  L  u −1  uC    0  RC  I GIỚI THIỆU VÀ MƠ HÌNH HĨA MẠCH BUCK – BOOST CONVERTER  Đặt x1 = 0 ; x2 = 0; d= 0 • Mơ hình trung bình: uin  g − x2 x = (1 − d ) + d   L L  g  x = x1 (1 − d ) − x2  C RC  • Giá trị xác lập: uin d e  x =  1e (1 − d e ) R   u d  x2 e = in e  − de  c Mơ hình trung bình tín hiệu nhỏ AC Ta tuyến tính hóa quanh điểm làm việc với biến động nhỏ x% i = xi − xie , i = 1, , n x% i Với độ dự trữ pha lớn hàm truyền (s) ta dùng bù loại II Bộ bù loại II :  s  1+ ωz Gc ( s ) = kc  s 1+ s  ωp   ÷ ÷ ÷ ÷  Độ dự trữ pha mong muốn : θ PM = 55 Tần số cắt : fc ≤ f s = 20(kHz ) 10 fc ≤ f RHP = 1.146(kHz ) f c ≥ f P = 0.584(kHz ) Chọn f c = 1(kHz ) 22 III THIẾT KẾ BỘ BÙ   Tính tốn bù loại II Dùng lệnh: [mag1,phase1] = bode(,2*pi*1000) ta có biên độ pha đối tượng tần số 1kHz:   Thành phần tích phân (1/�) có góc pha khơng đổi -90⁰ => Góc pha bù tần số cắt là: θ = −90o + θ PM − ϕ (ω )ω =ωc = −90 + 55 − 271.2780 = −306.278 Tần số điểm không điểm cực f z = fc − sin(θ ) = 327, 6( Hz ) + sin(θ ) f p = fc + sin(θ ) = 3, 0525e + 3( Hz ) − sin(θ ) 23 III THIẾT KẾ BỘ BÙ Tính tốn hàm truyền bù Gc(s) Matlab: 3.15s + 6483 Gc ( s) = 5.214e − 05s + s 24 III THIẾT KẾ BỘ BÙ Đồ thị Bode điều khiển thêm bù => Hệ ổn định theo thiết kế 25 IV MÔ PHỎNG Sơ đồ điều khiển matlab Simulink 26 IV MÔ PHỎNG Sơ đồ mạch lực Buck-Boost 27 IV MÔ PHỎNG Sơ đồ khối tạo xung: 28 IV MƠ PHỎNG Kết mơ phỏng:  Khi điện áp =15V Nhận xét: • • • Khơng có độ điều chỉnh Điện áp đập mạch 0,006V(0,04%) Đáp ứng nhanh 0.005s 29 IV MÔ PHỎNG Kết mơ phỏng:  Dịng qua cuộn cảm điện áp =15V 30 IV MƠ PHỎNG Kết mơ xét đến ảnh hưởng:  Khi điện áp 15V lên 35V Nhận xét:Bộ điều khiển đáp ứng yêu cầu , giá trị bám sát giát trị đặt 31 IV MÔ PHỎNG  Khi tải thay đổi từ R xuống R/2 Nhận xét: Bộ điều khiển đáp ứng yêu cầu , giá trị bám sát giát trị đặt tải thay đổi 32 IV MÔ PHỎNG  Khi nguồn thay đổi 10% Nhận xét: Bộ điều khiển đáp ứng yêu cầu , giá trị bám sát giát trị đặt nguồn vào thay đổi 33 V KẾT LUẬN  Bộ điều khiển đáp ứng tốt  Điện áp bám với giá trị đặt, khơng có độ điều chỉnh  Đáp ứng nhanh 0.005s  Độ đập mạch nhỏ 0.2% 34 Cảm ơn người lắng nghe! 35 ...   Điện áp vào : (V) Điện áp tải : (V) Tải trở : R = (I = ) , Tần số phát xung : fs = 200 (kHz) 14 II THÔNG SỐ MẠCH LỰC VÀ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN Từ u cầu ta có : • Hệ số điều áp : uo 15 D= = = uo... ÷ ÷ ÷  Độ dự trữ pha mong muốn : θ PM = 55 Tần số cắt : fc ≤ f s = 20(kHz ) 10 fc ≤ f RHP = 1 .146 (kHz ) f c ≥ f P = 0.584(kHz ) Chọn f c = 1(kHz ) 22 III THIẾT KẾ BỘ BÙ   Tính tốn bù loại II... − sin(θ ) 23 III THIẾT KẾ BỘ BÙ Tính tốn hàm truyền bù Gc(s) Matlab: 3.15s + 6483 Gc ( s) = 5.214e − 05s + s 24 III THIẾT KẾ BỘ BÙ Đồ thị Bode điều khiển thêm bù => Hệ ổn định theo thiết kế 25