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

Trang 1

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:

Trang 2

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

Trang 3

1 Yêu cầu thiết kế

_ Tải thay đổi.

3

download by : skknchat@gmail.com

Trang 4

4

 Dòng điện qua tải:

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

3 5



IL

3

1 30

Uo D

IL



L

U DT

DU f





Trang 5

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

Trang 6

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

Trang 7

2 Mô hình hóa bộ biến đổi Buck-Boost converter

 Sơ đồ bộ biến đổi Buck - Boost:

7

Trang 8

2 Mô hình hóa bộ biến đổi Buck - Boost converter

0

.

L RC

u

u i u

C L L

Trang 9

0

.

L RC

u

u i u

C

L

c L

Trang 10

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

d RC

C d

L d

1 0

0

1

1 ) 1

(

1 ) 1

(

0

.

Trang 11

in L

in C

U D I

D R

U D U

(

) 1

( 1

1

2

.

~

RC

D

D L

RC C

D

u

u u

i u

Trang 12

D

1 0

(

) 1

(

D RC

D

L B

u

uin in

  0 1



C

Trang 13

3 Thiết kế mạch điều khiển

 Sơ đồ mạch điều khiển

13

Trang 14

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

Trang 15

 Các điểm cực mới được chọn có dạng:

Trang 16

Quỹ đạo điểm cực đối tượng với điểm cực mới

16

Trang 17

Đồ thị bode hệ hở khi chưa thêm khâu tích phân

-60 -40 -20 0 20 40

180 270 360

At frequency (kHz): 4.79 Closed loop stable? No

System: sys Gain Margin (dB): -4.12

At frequency (kHz): 3.7 Closed loop stable? No

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

17

Trang 18

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

Nhờ matlab ta tính được:

18

Trang 19

• 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 )

Trang 20

-150 -100 -50 0 50

At frequency (kHz): 0.894 Closed loop stable? Yes

System: untitled1 Phase Margin (deg): 41.7 Delay Margin (sec): 0.000232

At frequency (kHz): 0.5 Closed loop stable? Yes

Đồ thị bode hàm truyền hệ hở đã thêm khâu tích phân20

Trang 21

4 Mô phỏng

 Sơ đồ điều khiển trên matlab:

21

Trang 22

 Sơ đồ mạch Buck - Boost converter

22

Trang 23

Trang 24

 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

Trang 25

 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.download by : skknchat@gmail.com

Trang 26

 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

Trang 27

 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

Trang 28

 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

Trang 29

 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

Trang 30

THANKS FOR LISTENING!!!

30

Tiêu đề	Thiết Kế Mạch Vòng Điều Khiển Cho Bộ Biến Đổi Buck - Boost Theo Phương Pháp Phản Hồi Trạng Thái
Tác giả	Phạm Văn Đồng, Nguyễn Văn Đức, Trương Thanh Hằng, Đào Mạnh Dương
Người hướng dẫn	PGS.TS. Trần Trọng Minh
Trường học	Trường Đại Học
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2018
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	30
Dung lượng	1,38 MB