Mô hình hóa và thiết kế điều khiển bộ biến đổi buck converter

Mô hình cấu trúc điều khiển: Cấu trúc điều khiển DC/DC theo điện áp Cấu trúc điều khiển DC/DC theo điện áp dựa trên mô hình tín hiệu nhỏ... Tính toán các thông số : • Từ mô hình trung bì

Trang 1

Mô hình hóa và thiết kế

điều khiển bộ biến đổi Buck

Trang 2

Nội dung

Trang 3

1 Cơ sở lý thuyết

a Sơ đồ Buck Converter

Thông số yêu cầu

Điện áp đầu vào ( )

24 (VDC)

Trang 5

download by : skknchat@gmail.com

Trang 6

1 Cơ sở lý thuyết

c Dạng dòng và áp qua các phần tử mạch

Trang 7

Nội dung

Trang 8

2 Mô hình hóa

a Mô hình trạng thái đóng cắt (Mô hình chính xác – Exact model)

+ Khi 0 ≤ < : Van dẫn, Diod khóa + Khi ≤ < : Van khóa, Diod dẫn

Trang 9

dt R dt R

Trang 10

2 Mô hình hóa

a Mô hình trạng thái đóng cắt (Mô hình chính xác – Exact model)

• Đưa vào hai hàm chứng nhận h1, h2 :

i L v

Trang 11

1

Trang 12

• Từ phương trình trên có dạng tuyến tính:

1

by : skknchat@gmail.com

(5)

8

Trang 13

2 Mô hình hóa

b.1 Mô hình trung bình tín hiệu lớn (DC)

• Từ mô hình đóng cắt của Buck Converter :

Trang 14

2 Mô hình hóa

b.2 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 :

• Bỏ qua tích của hai biến động nhỏ :

• Viết lại dưới dạng ma trận hệ phương trình trạng thái :

Trang 16

2 Mô hình hóa

Trang 17

2 Mô hình hóa

Trang 18

2 Mô hình hóa

Nhận xét, so sánh hai mô hình :

• Điện áp đầu ra của hai mô hình đều ra kết quả đúng là 5V.

• Từ mô phỏng ta thấy điện áp và dòng điện đầu ra của 2 mô hình đóng cắt và trung bình bám sát nhau.

• Dòng điện đóng cắt đạp mạch xung quanh đáp ứng của dòng điện trung bình.

• Mô hình đóng cắt gần với trạng thái làm việc thật của bộ biến đổi.

• 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 một khoảng thời gian nhất định.

Trang 19

Nội dung

Trang 20

3 Thiết kế điều khiển trực tiếp

a Mô hình cấu trúc điều khiển:

Cấu trúc điều khiển DC/DC theo điện áp

Cấu trúc điều khiển DC/DC theo điện áp dựa trên

mô hình tín hiệu nhỏ

Trang 21

b Tính toán các thông số :

• Từ mô hình trung bình tín hiệu nhỏ AC, ma trận hệ phương trình trạng thái :

• Chuyển sang dạng hàm truyền :

Trang 22

b Tính toán bộ điều khiển :

Sử dụng Matlab để tính hàm truyền :

Hàm truyền điện áp đầu ra:

Trang 23

Trang 24

• Đồ thị bode của hàm truyền Gvd

Khi không có bộ bù, hàm truyền có độ dự trữ pha

Trang 25

Cấu trúc bộ bù PID:

(14)

- Pha của bộ điều khiển:

(16)

Trang 26

b Tính toán bộ điều khiển : • Đồ thị bode của hàm truyền Gcv

Hàm truyền bộ bù của điện áp :

Trang 27

3 Mô phỏng điều khiển trực tiếp

c Sơ đồ mô phỏng

3V (0-0.05s)

5V (0.05-0.1s)

Trang 28

3 Mô phỏng điều khiển trực tiếp

c Đồ thị mô phỏng

Trang 29

3 Mô phỏng trên Matlab

b Đồ thị mô phỏng

Lý thuyết

iL(A) Uo(V)

lý thuyết

Trang 30

3 Mô phỏng trên Matlab

Trang 31

Nội dung

Trang 32

4 Thiết kế điều khiển gián tiếp

Trang 33

a Tính toán các thông số :

Sử dụng Matlab để tính hàm truyền :

Trang 34

Hàm truyền điện áp đầu ra:

Hàm truyền dòng điện qua cuộn cảm:

Nhận xét :

• Cả hai hàm truyền có mẫu số là khâu dao động bậc hai

• Với hàm truyền điện áp : hàm truyền điện áp đầu ra và hệ số điều chế không có điểm zero

• Với hàm truyền dòng điện : điểm zero bên trái trục ảo, nên điều khiển đơn giản hơn

 Phương pháp thiết kế điều khiển gián tiếp, gồm hai mạch vòng, mạch vòng dòng điện ở trong và mạch vòng điện áp ở ngoài

Trang 35

download by : skknchat@gmail.com 30

Trang 36

Sử dụng công cụ matlab để tính hàm truyền :

Trang 37

b Bộ điều khiển dòng điện

• Đồ thị bode của hàm truyền Gid • Điểm cực của hàm truyền Gid

Hàm truyền có độ dự trữ pha PM=o tại tần số cắt 34.8kHz Hàm truyền có hai điểm cực và một điểm zero

Trang 38

• Hàm truyền có hai điểm cực và một điểm zero nên ta sử dụng bộ bù loại 2,ta sẽ thiết kế bộ bù để có tần số cắtđạt được fc = 3kHz (bằng 1/10 tần số phát xung) và có độ dự trữ pha mong muốn là 60o

Trang 39

Hàm truyền bộ bù của dòng điện :

(23)

Ta tìm được các đại lượng của bộ bù :

Trang 40

c Bộ điều khiển điện áp

Hàm truyền giữa điện áp đầu ra và dòng điện trên cuộn cảm:

(24)

Þ Hàm truyền Gvi là khâu dao động bậc nhất

Þ Sử dụng bộ điều khiển PI có cấu trúc :

Trang 41

4 Mô phỏng điều khiển gián tiếp

d Sơ đồ mô phỏng

Trang 42

b Đồ thị

Trang 43

e Đồ thị

Lý thuyết

iL(A) Uo(V)

Trang 44

Trang 45

Kết luận

bình.

PID.

loại II và bộ điều khiển điện áp theo bộ điều khiển PI.

nhỏ có thể chấp nhận Tuy nhiên, phương pháp điều khiển trực tiếp cho kết quả có

độ chính chính xác cao hơn.

Trang 46

Cảm ơn thầy và các bạn đã theo dõi

Trang 47

Định dạng
Số trang	47
Dung lượng	7,47 MB