4.2.1. Mô hình sơđồđiều khiển
Sơ đồ mô hình cấu trúc điều khiển:
Mô hình bộ biến đổi DC-DC tăng giảm áp:
Hình 4.14. Mô hình bộ biến đổi DC-DC tăng giảm áp
Trong đó, khối lọc thông cao được chọn có tần số fc = 400Hz.
Vì bộ nghịch lưu DC-AC tăng áp được cấu tạo chính từ 2 bộ DC-DC tăng áp nên trước khi mô phỏng, đánh giá chất lượng bộ điều khiển trượt cho bộ nghịch lưu thì cần đánh giá chất lượng bộ điều khiển trượt đối với bộ biến đổi DC-DC. Sơ đồ mô hình cấu trúc điều khiển bộ biến đổi DC-DC:
Hình 4.16. Sơđồ cấu trúc điều khiển bộ biến đổi DC-DC tăng giảm áp
4.2.2. Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng áp dụng bộ điều khiển trượt đã thiết kế cho bộ biến đổi DC- DC tăng giảm áp:
Hình 4.17. Đáp ứng điện áp ra bộ biến đổi DC-DC tăng giảm áp
Điện áp ra của bộ biến đổi đo được khi sử dụng bộ điều khiển trượt có chất
lượng tốt, thời gian đáp ứng là 0.0035s.
Sai số đầu ra của bộ biến đổi DC-DC với tín hiệu đặt là hằng số:
Kết quả mô phỏng áp dụng bộ điều khiển trượt đã thiết kế cho bộ biến đổi DC- AC tăng giảm áp:
- Đáp ứng ra của từng bộ biến đổi DC-DC với tín hiệu tham chiếu hình sin:
Hình 4.19. Đáp ứng ra của bộ biến đổi DC-DC A, B tăng giảm áp
Điện áp ra bám khá tốt điện áp tham chiếu, và khi giá trị tức thời của điện áp
- Sai số đầu ra của mỗi bộ biến đổi DC-DC:
Hình 4.20. Các sai sốở bộ biến đổi A tăng giảm áp
Hình 4.21. Các sai sốở bộ biến đổi B tăng giảm áp
- Đáp ứng điện áp ra V0 của bộ nghịch lưu:
Hình 4.22. Điện đầu ra V0 bộ nghịch lưu tăng giảm áp
Đáp ứng điện áp ra của bộ nghịch lưu khi thay đổi tải và điện áp:
Hình 4.23. Đáp ứng điện áp ra của bộ nghịch lưu tăng giảm áp khi thay đổi tải và Vin
Tại thời điểm 0.04s, trở của tải tăng từ 30Ω lên đến 3000Ω, đồng thời điện áp cũng tăng từ 120V lên đến 160V. Kết quả cho thấy biên độ điện áp ra có tăng lên vượt qua 310V một chút, sai số vẫn khoảng 3%. Như vậy, có thể kết luận rằng đáp ứng của bộ điều khiển rất tốt.
Nhận xét chung: Kết quả mô phỏng cho thấy bộ điều khiển trượt đã thiết kế
cho hai bộ nghịch lưu tăng áp và tăng giảm áp đều có chất lượng tốt. Tuy nhiên, do đặc điểm tự nhiên của mỗi bộ nghịch lưu, bộ nghịch lưu tăng áp cần mỗi bộ DC-DC cho điện áp ra cao hơn so với ở bộ nghịch lưu tăng giảm áp, trong khi cần dòng ra tải giống nhau, điều này dẫn đến công suất hao hụt ở bộ nghịch lưu tăng áp lớn hơn ở bộ nghịch lưu tăng giảm áp. Hơn nữa, vì được cấu tạo từ bộ biến đổi DC-DC tăng giảm áp, bộ nghịch lưu tăng áp cho phép dải điện áp vào lớn.
KẾT LUẬN
Sau khi lập được mô hình mô phỏng cho bộ biến đổi, tính toán bộ điều khiển dùng phần mềm Matlab& Simulink khảo sát các kết quả ta nhận thấy dùng bộ điều khiển trượt cho hiệu suất biến đổi cao và điện áp AC đầu ra có chất lượng tốt, bộ điều khiển trên có khả năng áp dụng vào trong thực tế.
Trên cơ sở nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển trượt cho bộ biến đổi và cụ thể ở
đây là áp dụng cho bộ biến đổi DC-AC tăng áp và cho bộ biến đổi DC-AC tăng
giảm áp, luận văn đã đưa ra được thuật toán xây dựng bộ điều khiển và mô phỏng đạt được các kết quả sau đây:
- Đưa ra được mô hình toán học cho bộ biến đổi DC-AC tăng áp, tăng giảm áp. - Làm rõ phương pháp thiết kế bộ điều khiển trượt cho bộ biến đổi DC-AC tăng áp và đưa ra được phương pháp thiết kế bộ điều khiển trượt cho bộ biến đổi DC-AC tăng giảm áp trên cơ sở áp dụng nguyên lý điều khiển trượt.
Đề tài còn đưa ra thuật toán xây dựng bộ điều khiển cho bộ biến đổi DC-DC tăng áp, tăng giảm áp. Kết quả mô phỏng cũng cho thấy bộ điều khiển cho hiệu suất biến đổi cao và ổn định điện áp ra của bộ biến đổi, đáp ứng nhanh.
Như vậy, với các kết quả thu được có thể khẳng định rằng sử dụng bộ điều khiển trượt cho bộ biến đổi là một giải pháp khả thi.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Cáceres R. and Barbi I. A boost dc-dc converter: Analysis, design and experimentation. IEEE Transactions on Power Electronics, Jan, 1999, pp.134-141.
[2] Caceres, R.O. Garcia, W.M. Camacho, O.E. A buck-boost DC-AC converter: operation, analysis, and control. IEEE Transactions on Power Electronics, Jan, 1998, pp.126-131.
[3] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh: Điện tử công suất. NXB KH&KT Hà Nội, 2007
[4] Hao Ma, Tao Zhang, Hangzhou, “Sliding Mode Control for AC Signal Power Amplifier”, in Proceedings of the 2005 IEEE Industrial Electronics Conferrence, 2005, pp.1012-1017.
[5] Hebertt Sira-Ramírez, Ramón Silva-Ortigora: Control Design Techniques in power Electronics Devices, spinger London, 2006
[6] P.Mattavelli L.Rossetto G.Spiazzi, “General purpose sliding mode controller for dc–dc converter applications,” in Proc. Power Electronic Specialist Conf. (PESC’93),pp. 609–615.
[7] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Hán Thành Trung: Lý thuyết điều khiển phi tuyến. NXB KH&KT Hà Nội, tái bản lần 2 có bổ xung, 2006
[8] Nguyễn Phùng Quang: MATLAB – Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động. NXB KH&KT Hà Nội, 2006
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Bài luận văn “Nghiên cứu, ứng dụng phương pháp điều khiển hiện đại bộ
nghịch lưu một pha” tập trung vào việc tìm hiểu mô hình bộ nghịch lưu kiểu mới và phân tích, thiết kế bộ điều khiển trượt cho 02 bộ nghịch lưu tăng áp, tăng giảm áp kiểu mới. Các kết quả mô phỏng và kiểm chứng ở chương cuối nhằm đánh giá chất lượng cấu trúc điều khiển được áp dụng cũng như phân tích các ưu nhược điểm để đưa ra kiến nghị cho những nghiên cứu tiếp theo.
Về cấu trúc, bản luận văn bao gồm 4 chương:
Chương 1: Nguyên lý biến đổi DC-AC. Chương này trình bày nguyên lý biến đổi DC-AC và một số mô hình biến đổi DC-AC trong thực tế. Trong đó, tập trung vào ba mô hình biến đổi DC-AC kiểu mới - buck inverter, boost inverter, buckboost - sử dụng hai bộ biến đổi DC-DC tương ứng.
Chương 2: Phương pháp điều khiển. Chương này trình bày phương pháp điều
khiển được đánh giá là phù hợp cho các bộ biến đổi nguồn - phương pháp điều
khiển trượt. Cụ thể trình bày về các khái niệm về hệ thống cấu trúc biến, điều khiển tương đương, mặt trượt và tính tiếp cận được của các mặt trượt, từ đó đề xuất phương pháp để thiết kế bộ điều khiển trượt.
Chương 3: Thiết kế bộ điều khiển. Áp dụng nguyên lý điều khiển trượt để thiết kế bộ điều khiển trượt cho bộ nghịch lưu tăng áp và cho bộ nghịch lưu tăng giảm áp.
Chương 4: Mô phỏng kiểm chứng. Đưa ra cấu trúc của các bộ điều khiển trên
nền Matlab & Simulink. Thực hiện mô phỏng các đáp ứng khi đã thiết kế bộ điều khiển và đánh giá kết quả mô phỏng.
ABSTRACT
The thesis “Researching on and applying a modern approach to control one phase inverter” focuses on: i- finding out the model of the inverters; ii- Analysis and design of silding mode based controller. The achievements and results at the Chapter 4 show the performance and advantages, disadvantages of this silding mode controller, and suggest for the next study.
The thesis includes 4 chapters:
Chapter 1: The pinciple of DC-AC converters, this chapter presents the pinciple of the inverters and some model of DC-AC converter in practice. The content is focused on models of three new voltage source inverters.
Chapter 2: Control method, this chapter presents the sliding mode control method, then, proposing the method to design a sliding mode controller.
Chapter 3: Control design, applying the principle of sliding mode control to design sliding mode controllers for the two kind of new voltage source inverters: boost inverter and buck boost inverters.
Chapter 4: Simulation and evaluation, building structure of the sliding mode controllers that designed in chapter 3 using matlab&simulink sofware, simulating and analysing the result.