Thiết kế mạch vòng điều khiển cho bộ biến đổi buck boost theo phương pháp phản hồi trạng thái

ĐỀ TÀI: “Thiết kế mạch vòng điều khiển cho bộ biến đổi Buck - Boost theo phương pháp phản hồi trạng thái”Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS.. Yêu cầu thiết kếThiết kế theo chế độ phản hồi trạng

ĐỀ TÀI: “Thiết kế mạch vòng điều khiển cho bộ biến đổi Buck - Boost theo phương pháp phản hồi trạng thái”

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Trọng Minh Sinh viên:

Thiết kế bộ điều khiển Buck-Boost

1 Yêu cầu thiết kế

2 Mô hình hóa

3 Thiết kế bộ điều khiển

4 Mô phỏng bằng Matlab Simulink và kết luận

2

1 Yêu cầu thiết kế

3

1 Yêu cầu thiết kế

4

 Dòng điện qua tải:

 Độ đập mạch của dòng điện qua cuộn cảm thường : = (10 – 30)% => Chọn độ đập mạch là 15%

 Từ các thông số trên ta có:

 Hệ số điều chế :

) (

3 5

15

A R

Uo

30)%

– (10



 IL

3

1 30

Uo D

IL



L

U DT

DU f

1 Yêu cầu thiết kế

5

 Đập mạch điện áp trên tụ thông thường là 0.1 – 1% => Chọn 0.1%

) (

33

333 Uc

DTsIo C

C

Io DTs Uc

0.015V 0.1%Uc

1 Yêu cầu thiết kế

Thiết kế theo chế độ phản hồi trạng thái với các bước tiến hành như sau:

 Mô hình hóa bộ biến đổi

 Thiết kế mạch điều khiển

 Mô phỏng trên Matlab

 Phân tích kết quả mô phỏng

6

2 Mô hình hóa bộ biến đổi Buck-Boost converter

 Sơ đồ bộ biến đổi Buck - Boost:

7

2 Mô hình hóa bộ biến đổi Buck - Boost converter

0

0

.

L RC

u

u i u

C L

c L

2 Mô hình hóa bộ biến đổi Buck - Boost converter

0

0

.

L RC

u

u i u

C L

c L

2 Mô hình hóa bộ biến đổi Buck - Boost converter

Như vậy bộ biến đổi Buck - Boost được mô tả trên không gian trạng thái như sau:

u

u i u

i

C

L o

in c

L

C

L

L d

RC C

d

L d

1 0

0

1

1 ) 1

(

1 ) 1

( 0

.

2 Mô hình hóa bộ biến đổi Buck - Boost converter

1

in L

in C

U D I

D R

U D U

(

) 1

( 1

1

1

2

.

~

~

RC

D

D L

RC C

D L

D

u

u u

i u

2 Mô hình hóa bộ biến đổi Buck - Boost converter

D L

D A

1 1

1 0

(

) 1

(

D RC

D

D

L B

u

u

in in



C

3 Thiết kế mạch điều khiển

 Sơ đồ mạch điều khiển

13

Quỹ đạo điểm cực đối tượng ban đầu

 Từ đồ thị quỹ đạo điểm cực đối tượng khi chưa có K ta thấy hệ có hệ số tắt dần nhỏ (khiến hệ dao động nhiều lần khi có biến động vào điều khiển).

14

 Các điểm cực mới được chọn có dạng:

Quỹ đạo điểm cực đối tượng với điểm cực mới

16

Đồ thị bode hệ hở khi chưa thêm khâu tích phân

 Đồ thị bode có độ dự trữ pha âm; hệ không ổn định

17

 Hàm truyền của hệ con – đối tượng của bộ điều chỉnh được tính như sau:

Nhờ matlab ta tính được:

18

• Để đảm bảo không có sai lệch tĩnh và có thể bám được những thay đổi chậm của lượng đặt

 Cần khâu tiền xử lý có dạng là khâu tích phân (chọn tần số cắt ) Xác định hệ số để hệ hở có biên độ bằng 1 tại tần số cắt :

= 1

• Sử dụng lệnh: [mag,phase] = bode(sys,2*pi*fc) [mag1,phase1] = bode(tf(1,[1 0]),2*pi*fc)

Kc = 1/(mag*mag1)

 8384

 Tính hệ số

19

Đồ thị bode hàm truyền hệ hở đã thêm khâu tích phân

20

4 Mô phỏng

 Sơ đồ điều khiển trên matlab:

21

 Sơ đồ mạch Buck - Boost converter

22

 Nhận xét:

 Không có độ quá điều chỉnh

 Giá trị điện áp đầu ra bám sát giá trị đặt, điện áp đập mạch 0.03V = 0.2%

 Đáp ứng nhanh 0.008s

 Điện áp ra qua tụ khi Uo = 15V

24

 Khi thay đổi điểm làm việc (tại 0,02s Uo từ 15V tăng lên 40V)

Nhận xét:

 Không có độ quá điều chỉnh

 Giá trị điện áp đầu ra bám sát giá trị đặt, điện áp đập mạch 0.14V = 0.35%

 Đáp ứng nhanh 0.025s

 Bộ điều khiển vẫn đáp ứng được yêu cầu, giá trị ra vẫn bấn sát giát trị đặt

 Dòng qua cuộn cảm khi Uo=15V

 Nhận xét:

 Độ quá điều chỉnh nhỏ

 Giá trị dòng điện đầu ra bám sát giá trị đặt, dòng điện đập mạch 0.23A < (15%)

26

 Nhận xét:

 Khi tải thay đổi bộ điều khiển vẫn đáp ứng tốt

 Có độ quá chênh nhỏ tại thời điểm thay tải (khoảng 2V)

 Điện áp trên tụ khi tải thay đổi (R=2,5 )

27

 Nhận xét:

 Điện áp ra vẫn bám theo giá trị đặt nhưng dao động nhỏ

 Độ đập mạch từ 0.015V thành 0.1V nhưng vẫn trong khoảng chấp nhận được

 Điện áp đầu vào dao động 10% nhưng điện áp đầu ra dao động chỉ 6,7%

 Điện áp vào thay đổi (3V)

28

 Bộ điều khiển đáp ứng tốt

 Điện áp ra bám với giá trị đặt

 Độ quá điều chỉnh nhỏ, trong khoảng chấp nhận được

 Thời gian đáp ứng nhanh 0.008s

 Độ đập mạch nhỏ 0.1%

4 Kết luận

29

THANKS FOR LISTENING!!!

30