Để đánh giá chi tiết hơn về tác dụng của bộ điều chỉnh và chất lượng động của hệ thống, trong quá trình mô phỏng ta cho hệ thống làm việc với sự biến động của tải thông qua việc đóng các khóa S2, S3 để đóng thêm tải theo các mức như sau:
Mức Thời điểm tác động Điện trở đóng thêm Tải
1 0s 50 ohm 100%Pđm
2 0,2s 500 ohm 110% Pđm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Các kết quả mô phỏng:
Hình 4.2.6: Mối liên hệ tín hiệu điều khiển và dòng điện qua cuộn cảm
Tín hiệu điều khiển u cho bộ biến đổi có mối liên hệ với dòng điện như trên hình 4.2.6, với luật điều khiển đóng mở của tín hiệu u ta có giản đồ dòng điện qua cuộn cảm:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 4.2.7: Dòng điện qua cuộn cảm
Trong đoạn 0-0.2s, hệ thống làm việc với tải định mức, dòng điện i* khởi động và đạt đến trạng thái xác lập. Tại t=0.2s bắt đầu tăng tải cho mạch làm việc với chế độ quá tải 110%, dòng điện tăng lên và xác lập sau một khoảng thời gian quá độ nhỏ (0,05s). Khi t=0.35s, hệ thống làm việc quá tải 120%, dòng điện tăng lên giá trị xác lập mới sau 0,05s như trên 4.2.7
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 4.2.8: Điện áp ra của bộ biến đổi
Mục tiêu của bộ biến đổi là có được điện áp ra mong muốn đạt yêu cầu, Quan sát trên hình 4.2.8 ta thấy đặc tính điện áp ra của bộ biến đổi với quá trình khởi động từ 0V lên điện áp yêu cầu 24V trong khoảng thời gian xấp xỉ 0.07s, lượng quá điều chỉnh bé . Khi tải biến động, kéo theo sự thay đổi thông số hệ thống thì điện áp này vẫn được giữ ổn định, thời gian quá độ bé (xấp xỉ 0.05s) và độ sụt áp tức thời nhỏ. Hệ thống đạt các chỉ tiêu chất lượng động và tĩnh, điện áp ra thỏa mãn yêu cầu.
4.2.5.2 Thử nghiệm tính điều chỉnh đƣợc của hệ thống
Ở phần trên, bộ biến đổi đã được thử nghiệm khi điều khiển điện áp ra theo điện áp đặt u=24V theo thiết kế ban đầu. Tuy nhiên, nếu trong quá trình làm việc với tải nào đó có yêu cầu điện áp khác thì hệ thống cần phải được điều chỉnh bám theo giá trị điện áp ra yêu cầu mới bằng cách thay đổi điện áp mẫu. Sau đây ta tiến hành thử nghiệm mô phỏng với một số giá trị điện áp mẫu khác nhằm đánh giá khả năng điều chỉnh của hệ thống trong dải điều chỉnh cho phép
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Thay đổi U* đặt giá trị này tại khối Constan, sau khi mô phỏng nhiều lần trên mô hình Simulink với các giá trị điện áp mẫu, ta thấy rằng dải điều chỉnh của bộ biến đổi tăng áp với các thông số mạch lực đã cho ban đầu có dải điều chỉnh 18- 40V cho ta điện áp ra đạt yêu cầu chất lượng. Kết quả mô phỏng được trình bày trong hình 4.2.9 đến 4.3.3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 4.3.0: Điện áp ra của bộ biến đổi khi đặt giá trị yêu cầu 20V
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 4.3.2: Điện áp ra của bộ biến đổi khi đặt giá trị yêu cầu 30V
Hình 4.3.3: Điện áp ra của bộ biến đổi khi đặt giá trị yêu cầu 40V
Với quá trình thử nghiệm như trên, ta thấy rằng bộ biến đổi có dải điều chỉnh rất rộng, điện áp ra đạt chất lượng theo yêu cầu, đáp ứng nhanh, thời gian quá độ nhỏ. Ta thấy rằng bộ biến đổi với các mạch vòng điều khiển của nó đã làm tốt chức năng của một bộ biến đổi, thỏa mãn các yêu cầu chất lượng tĩnh và động.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Xuất phát từ những kết quả mô phỏng trên, ta hoàn toàn có thể thực hiện được được bộ biến đổi trong thực tế bằng các mạch điện tử với những linh kiện thông dụng kết hợp với các chip điều khiển để thực hiện các khối chức năng như sơ đồ khối đã nêu.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
KẾT LUẬN
Luận văn đã giải quyết khá thành công yêu cầu của đề tài là thiết kế bộ điều khiển tuyến tính hóa nhờ phản hồi vào ra cho bộ biến đổi tăng áp. Đề tài này có tính cấp thiết để tối ưu hóa chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cho bộ biến đổi tăng áp. Bản luận văn này đã thực hiện được các yêu cầu sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Làm rõ cấu trúc, đưa ra mô hình toán học của bộ biến đổi tăng áp
- Nghiên cứu nguyên lý điều khiển tuyến tính hóa nhờ phản hồi vào ra thông qua việc nghiên cứu các khái niệm về hệ thống cấu trúc biến, điều khiển tương đương, trạng thái cân bằng, hình học vi phân,đạo hàm lie...
- Xây dựng bộ điều khiển cho bộ biến đổi tăng áp trên cơ sở áp dụng nguyên lý điều khiển tuyến tính hóa nhờ phản hồi vào ra, khảo sát tính ổn định trên mô hình toán học hệ thống.
- Đưa ra cấu trúc của các bộ điều khiển trên nền Matlab & Simulink. Thực hiện mô phỏng khảo sát các đặc tính chất lượng hệ thống, hoàn thiện thiết kế cho hệ thống
Với thời gian thực hiện luận văn hạn chế, đề tài mới chỉ thực hiện được mục tiêu chính là điều khiển tuyến tính hóa nhờ phản hồi vào ra cho bộ biến đổi tăng áp mà chưa đưa ra được hàm truyền chi tiết vòng phản hồi dòng điện của bộ biến đổi. Hướng phát triển tiếp theo của đề tài là khảo sát chi tiết và đưa ra được cấu trúc hàm truyền của mạch phản hồi dòng điện và bộ điều khiển tuyến tính hóa nhờ phản hồi vào ra làm cơ sở để tổng hợp hệ thống tối ưu hơn.
Mặc dù đã cố gắng trong cách trình bày tuy nhiên bản luận văn vẫn tồn tại nhưng sai sót nhất định, Kính mong nhận được sự đóng góp chân thành từ các thầy cô và các bạn đồng nghiệp cho bản luận văn được hoàn thiện hơn.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn thầy, GS.TSKH. Nguyễn Phùng Quang đã giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này, và cũng xin được bày tỏ lòng biết ơn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
tới các anh các chị trong trung tâm công nghệ cao Trường đại học BKHN cũng như gia đình, bạn bè đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Hebertt Sira-Ramírez, Ramón Silva-Ortigora: Control Design Techniques in power Electronics Devices, spinger London, 2006
[2] 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
[3] Nguyễn Phùng Quang: MATLAB – Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động. NXB KH&KT Hà Nội, 2006
[4] Lê văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh: Điện tử công suất. NXB KH&KT Hà Nội, 2004
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Danh mục hình vẽ
Chƣơng 1 Hình 1.1: Minh họa cách phân loại các bộ biến đổi
Hình 1.2: Mô hình một bộ biến đổi DC-AC
Hình 1.3: Các bộ biến đổi DC-DC chuyển mạch cổ điển Hình 1.4: Sơ đồ một bộ biến đổi DC-DC và giản đồ điện áp
Hình 1.5: Bộ biến đổi giảm áp kiểu quadratic đóng cắt bằng thiết bị bán dẫn Hình 1.6 Lý tưởng đóng cắt cho mạch giảm áp quadratic
Hình 1.7: Đặc tuyến hàm truyền bộ biến đổi giảm áp kiểu Quadratic
Hình 1.8: Bộ biến đổi tăng áp đóng cắt bằng thiết bị bán dẫn Hình 1.9: Sơ đồ thay thế của bộ biến đổi tăng áp
Hình 1.10: Lý tưởng đóng cắt cho mạch tăng áp Hình 1.11: Đặc tuyến hàm truyền bộ biến đổi tăng áp
Chƣơng 2
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống tuyến tính hóa nhờ phản hồi vào ra
Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống tuyến tính hóa nhờ phản hồi vào ra cho bộ biến đổi DC-
DC.
Chƣơng 4
Hình 4.1: Sơ đồ bộ biến đổi tăng áp (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 4.2: Mô hình bộ biến đổi trong khối Subsystem
Hình 4.3: Bộ biến đổi tăng áp mô hình hóa trên PLECS
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 4.5: Mô hình chuyển đổi tín hiệu i-x1 Hình 4.6: Mô hình khối chuyển đổi v-x2
Hình 4.7: Sơ đồ hệ thống với bộ điều khiển tuyến tính hóa nhờ phản hồi vào ra Hình 4.8: Nguyên lý mô hình khối tạo xung điều khiển
Hình 4.9: Nguyên lý tạo xung tam giác
Hình 4.1.0: Tổng hợp bộ biến đổi trên Simulink với phản hồi dòng điện Hình 4.1.1:Tín hiệu điều khiển Utb theo tính toán
Hình 4.1.2:Mối liên hệ giữa tín hiệu điều khiển và dòng điện qua cuộn cảm Hình 4.1.3:Tín hiệu điều khiển U và tín hiệu dòng điện qua cuộn cảm Hình 4.1.4: Điện áp đặt bám theo giá trị điện áp trung bình tính toán Hình 4.1.5: Cấu trúc bộ biến đổi với mạch vòng phản hồi dòng điện Hình 4.1.6: Cấu trúc bộ điều chỉnh PID cho dòng điện
Hình 4.1.7: Thông số bộ điều chỉnh PID cho dòng điện
Hình 4.1.8: Tổng hợp bộ biến đổi trên Simulink với phản hồi dòng điện Hình 4.1.9: Dòng điện qua cuộn cảm
Hình 4.2.0: Mối liên hệ dòng điện qua cuộn cảm và tín hiệu điều khiển u
Hình 4.2.1: Độ rộng xung điều khiển phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển chủ đạo Hình 4.2.2: Điện áp ra của bộ biến đổi
Hình 4.2.3: Mô hình hệ thống với hai mạch vòng phản hồi
Hình 4.2.4: Các thông số bộ điều chỉnh mạch vòng phản hồi điện áp
Hình 4.2.5: Tổng hợp bộ biến đổi trên Simulink với hai mạch vòng phản hồi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 4.2.7: Dòng điện qua cuộn cảm Hình 4.2.8: Điện áp ra của bộ biến đổi
Hình 4.2.9: Điện áp ra của bộ biến đổi khi đặt giá trị yêu cầu 18V
Hình 4.3.0: Điện áp ra của bộ biến đổi khi đặt giá trị yêu cầu 20V
Hình 4.3.1: Điện áp ra của bộ biến đổi khi đặt giá trị yêu cầu 27V Hình 4.3.2: Điện áp ra của bộ biến đổi khi đặt giá trị yêu cầu 30V