THIẾT kế bộ điều KHIỂN CHO bộ BIẾN đổi BOOST

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ BIẾN ĐỔI... Mô hình hóa cho bộ biến đổiBiến đổi phương trình trên thành dạng bilinear: 0 0... Mô hình trung bình tín hiệu lớn DC • Mô hình trung bình thể hi

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ BIẾN ĐỔI

NỘI DUNG TRÌNH BÀY

I Mô hình hóa cho bộ biến đổi

II Thiết kế bộ điều khiển

III Mô phỏng kiểm chứng

IV Kết luận

I Mô hình hóa cho bộ biến đổi

1 Mô hình chính xác (Exact Model)

Sơ đồ Boost Converter

C

i C

i o D

I Mô hình hóa cho bộ biến đổi

 Trạng thái 1: Van dẫn, D khóa

 Trạng thái 2: Van khóa, D dẫn

E L

E L v

I Mô hình hóa cho bộ biến đổi

I Mô hình hóa cho bộ biến đổi

Biến đổi phương trình trên thành dạng bilinear:

0 0

I Mô hình hóa cho bộ biến đổi

2 Mô hình trung bình tín hiệu lớn (DC)

• Mô hình trung bình thể hiện đặc tính của quá trình ở mức độ chính xác nào đó, phù hợp với yêu cầu xem xét trong 1 khoảng thời gian nhất định

• Bỏ qua ảnh hưởng của quá trình đóng cắt nên dễ dàng hơn cho việc phân tích mạch

- Cơ sở của phép trung bình hóa là phép lấy trung bình trượt:

Trong đó:

khi

⟨ 𝑥 (𝑡) ⟩𝑘:l à h ệ số c ủ a só ng h à ib ậ c k trong ph â n t í ch Fourier c ủ a t í n hi ệ u 𝑥 ( 𝑡 )

1 ( ) ( )

t T

jk k

I Mô hình hóa cho bộ biến đổi

 Phương trình trạng thái tổng quát của mô hình đóng cắt là:

Lấy trung bình hai vế của hệ phương trình:

• Chú ý: Mô hình trung bình tín hiệu lớn chỉ tính tới giá trị DC trong phân tích Fourier, nghĩa là lấy các

d

I Mô hình hóa cho bộ biến đổi

• Đặt:

• Mô hình đóng cắt của Boost Conv:

2 1

E x

C C

E u

L v

I Mô hình hóa cho bộ biến đổi

3 Mô hình trung bình tín hiệu nhỏ (AC)

• Tuyến tính hóa quanh điểm làm việc cân bằng với các biến động nhỏ:

• Thay các biến động vào phương trình trạng thái:

, 1, , , 1, ,

, 1, , , 1, ,

I Mô hình hóa cho bộ biến đổi

• Bỏ qua tích của 2 biến động nhỏ:

• Hàm truyền của điện áp đầu ra và dòng qua cuộn cảm:

 Đặc điểm của hàm truyền:

• Cả hai đều có cùng mẫu số là khâu bậc hai có dao động

• Hàm truyền điện áp có điểm zero bên phải trục ảo, gây khó khăn khi điều khiển điện áp ra

• Hàm truyền dòng điện điều khiển có điểm zero bên trái trục ảo nên không ảnh hưởng đến tính ổn định do đó dễ thiết

kế bộ điều khiển hơn

II Thiết kế bộ điều khiển

II Thiết kế bộ điều khiển

Yêu cầu thiết kế : Thiết kế cấu trúc điều khiển trực tiếp cho bộ biến đổi DC/DC Boost có các thông số định mức sau :

II Thiết kế bộ điều khiển

Cấu trúc điều khiển trực tiếp điện áp đầu ra cho

II Thiết kế bộ điều khiển

• Thực hiện tìm hàm truyền bằng Matlab:

II Thiết kế bộ điều khiển

• Đồ thị Bode:

Đồ thị Bode của Gid(s)

Đồ thị Bode của Gvd(s)

Độ dự trữ biên: -30,2 dB

Độ dự trữ pha: -87,2 deg Độ dự trữ pha: 80,8 deg

• Gvd có độ dữ trữ biên pha nhỏ hơn 0

 Gây khó khăn cho điều khiển

• Gid có độ dữ trữ biên, pha lớn hơn 0 dễ điều khiển hơn

II Thiết kế bộ điều khiển

Bộ bù loại II có 1 điểm không và 1 điểm cực được kết hợp với một khâu tích phân để triệt tiêu sai lệch tĩnh.Hàm truyền bộ bù PID có dạng như sau:

 Thiết kế bộ bù:

• Tần số điểm không và điểm cực của bộ bù :

w (1 )(1 ) w

( )

(1 ) w

z c

p c

c L

f f

f f

f f

Hàm truyền bộ bù

II Thiết kế bộ điều khiển

II Thiết kế bộ điều khiển

Đồ thị Bode của hệ sau khi có bộ bù:

Ta sẽ thiết kế bộ bù có cấu trúc PID để có tần số cắt đạt được fc = 500Hz và có độ dự trữ pha mong muốn là 50 deg

 Độ dữ trữ biên độ: Gm = 3.13dB > 0

 Độ dữ trữ pha: Pm = 47,1 deg ( Mong muốn là 50 deg)

=> Hệ ổn định

Đồ thị Bode của bộ bù Gc

III Mô phỏng kiểm chứng

20

 Mô hình đóng cắt và mô hình tín hiệu lớn DC

III Mô phỏng kiểm chứng

21

 Từ mô phỏng ta thấy điện áp đầu ra và cường độ dòng điện qua cuộn cảm của mô hình đóng cắt và trung bình bám sát nhau

III Mô phỏng kiểm chứng

22

III Mô phỏng kiểm chứng

23

Kết quả mô phỏng khi R = 6ΩΩ

Vref=15V

Vref=20V

Kết quả mô phỏng khi tải R = 10Ω

III Mô phỏng kiểm chứng

 Nhận xét:

+ Khi R = 6Ω : Điện áp ra V0 nhanh chóng đạt 14V trong 0.025s Khi thay đổi giá

trị đặt bằng 18V điện áp đầu ra cũng bám theo trong khoảng 0.005s

+ Khi R = 10Ω : Điện áp ra V0 nhanh chóng đạt 14V trong 0.015s Khi thay đổi giá trị đặt bằng 18V điện áp đầu ra cũng bám theo trong khoảng 0.005s

IV Kết luận

26

 Bộ điều khiển thiết kế theo bộ bù PID:

- Triệt tiêu được sai lệch tĩnh

- Chất lượng điện áp đầu ra khá tốt

- Thời gian đáp ứng nhanh

- Điện áp có độ đập mạch nhỏ

 Bài trình bày đã đưa ra cách mô hình hóa theo : mô hình đóng cắt, mô hình trung bình và mô hình tín hiệu nhỏ.

Từ đó, thiết kế bộ điều khiển trực tiếp đầu ra theo theo bộ bù PID.

Kết quả tính toán và mô phỏng cho thấy cách làm đúng với lý thuyết.

Cảm ơn Thầy và các bạn

đã lắng nghe!