Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi BuckBoost theo phản hồi trạng thái

Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi BuckBoost theo phản hồi trạng thái. Mô hình hoá, cấu trúc điều khiển và cách thức tính toán bộ điều chỉnh (bộ bù). Mô phỏng cấu trúc điều khiển: tải thay đổi, nguồn thay đổi +10%. Vg= 12V, V0= 24V, L= 0.5mH, C= 100uF, fs= 100kHz.

Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho biến đổi Buck-Boost theo phản hồi trạng thái NHÓM 15 TÊN MSSV LỚP KT ĐK-TĐH10-K62 KT ĐK-TĐH10-K62 YÊU CẦU THIẾT KẾ Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho biến đổi Buck-Boost theo phản hồi trạng thái Nội dung thiết kế: Mô hình hóa, Cấu trúc điều khiển cách thức tính tốn điều chỉnh (bộ bù) + Mơ cấu trúc điều khiển: • Tải thay đổi • Nguồn thay đổi ±10% • Nhận xét kết mơ Lựa chọn thông số mạch Buck-Boost 𝑉𝑔 = 12𝑉; 𝑉0 = 24𝑉; 𝐿 = 0,5𝑚𝐻; 𝐶 = 100𝜇𝐹 𝑓𝑠 = 100𝑘𝐻𝑧; NỘI DUNG TRÌNH BÀY Mơ hình hóa Thiết kế mạch vịng điều chỉnh Kết mơ Kết luận MƠ HÌNH HĨA Bộ biến đổi Buck-Boost Hệ phương trình khơng gian trạng thái biến đổi 𝑑𝑥 ቐ 𝑑𝑡 = 𝐴𝑥 + 𝐵𝑢 𝑦 = 𝐶𝑥 + 𝐷𝑢 MƠ HÌNH HĨA • Trạng thái mạch Buck-Boost 𝑑𝑖𝐿 𝐿 = 𝑣𝑔 𝑑𝑡 𝑑𝑣𝑐 𝑣𝑐 𝐶 =− 𝑑𝑡 𝑅 𝑣0 = 𝑣𝑐 Với: 𝐴1 = 0 −1 ; 𝐵1 = 𝐿 ; 𝐶1 = 0 𝑅𝐶 ; 𝐷1 = 0 MƠ HÌNH HĨA • Trạng thái mạch Buck-Boost 𝑑𝑖𝐿 = −𝑣0 𝑑𝑡 𝑑𝑣𝑐 𝑣𝑐 𝐶 = 𝑖𝐿 − 𝑑𝑡 𝑅 𝑣0 = 𝑣𝑐 𝐿 Với 𝐴2 = 𝐶 −1 𝐿 ;𝐵 = ;𝐶 = ;𝐷 = 2 −1 0 𝑅𝐶 MÔ HÌNH HĨA • Mơ hình trung bình mơ tả mạch Buck-boost với tham gia hệ số điều chế: 𝑑𝑥 = 𝑑𝐴1 + (1 − 𝑑)𝐴2 𝑥 + 𝑑𝐵1 + − 𝑑 𝐵2 𝑢 ൞ 𝑑𝑡 𝑦 = 𝑑𝐶1 + (1 − 𝑑)𝐶2 𝑥 + 𝑑𝐷1 + − 𝑑 𝐷2 𝑢 ~ 𝑑𝑖 𝑑𝑡 = ~ 1−𝐷 𝑑𝑣 𝐶 𝑑𝑡 𝑉𝑔 + 𝑉𝑐 𝐷−1 ~ ~ 𝑖𝐿 𝐿 𝐿 ~ + 𝑑 −1 −𝐼 𝐿 𝑣𝐶 𝑅𝐶 𝐶 MƠ HÌNH HĨA • Trong ma trận hệ thống A xác định: 𝐷−1 𝐿 𝐴= 1−𝐷 −1 𝐶 𝑅𝐶 Và mối quan hệ tín hiệu nhỏ hệ số điều chế chế độ xác lập sau: 𝑈 =1−𝐷 ~ ~ 𝑦 = 𝑣 ൞ 𝑐 ~ ~ 𝑢=𝑑 Tiếp theo xác định điểm cực hệ xác định cách tìm nghiệm phương trình đặc tính: det 𝑠𝐼2 − 𝐴 = MƠ HÌNH HĨA • Hoặc nghiệm phương trình đặc tính tìm nhờ hàm pole=eig(A) MATLAB Sau có điểm cực hệ hở tìm cách gán điểm cực để có đặc tính mong muốn, ví dụ mở rộng băng thơng tăng độ tắt dần đến giá trị phù hợp • Từ thơng số thực tế tính nghiệm 𝑝𝑛 = −333 ± 1450𝑗 • Trên mặt phẳng nghiệm kiểm tra hệ có tần số dao động thấp độ tắt dần nhỏ, dẫn tới hệ dao động nhiều lần có biến động đầu vào điều khiển MƠ HÌNH HĨA Qũy đạo điểm cực Hệ số tắt dần:0,04( nhỏ) THIẾT KẾ MẠCH VÒNG ĐIỀU CHỈNH • Các bước tính tốn tham số Kc thực qua công thức: Và Hệ số Kc xác định cho hệ hở có đặc tần số cắt mong muốn : Từ công thức tính 𝐾𝑐 = 182.8 17 THIẾT KẾ MẠCH VỊNG ĐIỀU CHỈNH • Sau sử dụng bù đồ thị BODE Gvd có dạng: Khi có bù, theo đồ thị Bode ta thấy hàm có tần số cắt xấp xỉ 600Hz độ dự trữ pha 58° Đã đủ điều kiện để hệ ổn định 18 MƠ PHỎNG Sơ đồ mơ Matlab 19 SƠ ĐỒ MẠCH LỰC Một nguồn xoay chiều biên độ 1V điện trở thêm vào mơ hình nhờ van điều khiển để khảo sát chất lượng điều khiển tải nguồn thay đổi 20 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG KHI NGUỒN VÀ TẢI Ở GIÁ TRỊ ĐỊNH MỨC Duty cycle Dòng qua cuộn cảm Điện áp tụ 21 KẾT QUẢ MƠ PHỎNG • KẾT QUẢ MƠ PHỎNG PHĨNG TO Duty cycle Dịng qua cuộn cảm Điện áp tụ 22 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Nguồn thay đổi 10%,tải định mức Duty cycle Dòng qua cuộn cảm Điện áp tụ 23 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Kết mơ phóng to: Độ đập mạch dịng điện 2,5% Duty cycle Dòng qua cuộn cảm Điện áp tụ 24 KẾT QUẢ MƠ PHỎNG • Thời gian đáp ứng dòng điện điện áp Thời gian đáp ứng dòng điện điện áp 0,0035s 0,004s với độ đập mạch dòng điện 3%,khi nguồn thay đổi 10% Độ đập mạch dòng điện 25 KẾT QUẢ MƠ PHỎNG • Khi nguồn thay đổi 10% tải giảm nửa: Duty cycle Dòng qua cuộn cảm Điện áp tụ 26 KẾT QUẢ MƠ PHỎNG • Thời gian đáp ứng dịng điện điện áp: Độ đập mạch dòng điện Độ đập mạch dòng điện 3% thời gian đáp ứng dòng điện điện áp 0,0025s 0,003s 27 KẾT QUẢ MƠ PHỎNG • Trường hợp 2: V0=5V, trước thời điểm t=0.5s chạy tải gấp lần định mức Từ t=0.5s tải định mức 28 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Độ đập mạch điện áp = 0,2 % Độ đập mạch dòng qua cảm 14,73% Với tải lần tải định mức độ đập mạch dòng qua cảm 29,1% 29 NHẬN XÉT KẾT QUẢ Kết luân: • Điện áp đầu bám giá trị đặt, độ đập mạch dịng điện nhỏ • Thời gian độ ngắn cho thấy tác động nhanh điều khiển 30 THANK YOU FOR LISTENING 31 ... ta thấy hàm có tần số cắt xấp xỉ 1,37 kHz độ dự trữ pha 74,4° điều dẫn đến khơng ổn định hệ kín 15 THIẾT KẾ MẠCH VỊNG ĐIỀU CHỈNH • Thiết kế bù: • Để có độ dự trữ pha theo yêu cầu ta sử dụng bù