đồ án tốt nghiệp điều khiển trượt bộ biến đổi giảm áp kiểu quadratic

Sốhóabởi TrungtâmHọc liệu–ĐạihọcTháiNguyên... Sốhóabởi TrungtâmHọc liệu–ĐạihọcTháiNguyên tnu.edu.vnCỘNGHOÀXÃHỘICHỦNGHĨAVIỆ TNAM Độclập-Tựdo-Hạnhphúc ---... T1/T×Vin− Vout−T2/T×Vout=0hayđ

Sốhóabởi TrungtâmHọc liệu–ĐạihọcTháiNguyên

Sốhóabởi TrungtâmHọc liệu–ĐạihọcTháiNguyên tnu.edu.vn

CỘNGHOÀXÃHỘICHỦNGHĨAVIỆ

TNAM

Độclập-Tựdo-Hạnhphúc -

Tôixincamđoannhữngnghiêncứudướiđâylàcủatôi,nếusaitôixinchịuho àntoàn tráchnhiệm.

Ngườicamđoan

PhanThànhChung

http://www.lrc-tnu.edu.vn Sốhóabởi TrungtâmHọc liệu–ĐạihọcTháiNguyên

3

LuậnvăntốtnghiệpCaohọc

LỜINÓIĐẦU

Tronglĩnhvựckỹthuậtđiệnngàynay,điệntửcôngsuấtlàlĩnhvựckỹthuậthiệnđại.Vớinhữngbướctiếnnhảyvọttrongkỹthuậtchếtạolinhkiệnbándẫn,cácl i n h kiệnđiệntửcôngsuất:điôtcôngsuất,Tiristor,GTO,Triac,IGBT,SID,MCT r a đờivàhoànthiệncótínhnăngdòngđiện,điệnáp,tốcđộchuyểnmạchngàycàngđượcnângcaolàmchok ỹ thuậtđiệntruyềnt h ố n g thayđổimộtc ác h sâusắc.Songsongvớinhữngtiếnbộđócácchiếnlượcđiềukhiểnkhácnhaucũngđượcápdụngđểđiều khiểncácbộbiếnđổitheocáccấutrúckhácnhaunhằmtạorabộbiếnđổithôngminh,linhhoạtvàcócácchỉtiêukinhtế-

kỹthuật,nănglượngtốiưu

BộbiếnđổiDC–

DCgiảmápkiểuQuadratic(QuadraticBuckconverter)cógiát r ị trungbìnhđiệnápraphụthuộcvàobìnhphươngđiệnápvào,thườngđượcsửdụngởmạchmộtchiềutrunggianthiếtbịbiếnđổiđiệnnăngcôngsuấtnhỏ,cấutrúcmạchcủ abộbiếnđổigiảmápkiểuQuadraticvốnkhôngphứctạpnhưngvấnđềđiềukhiểnn ó nhằmđạtđượchiệusuấtbiếnđổicaovàđảmbảoổnđịnhluônlàmụctiêucủacáccôngtrìnhnghiêncứu.BảnchấtmạchcủabộbiếnđổigiảmápkiểuQuadraticcócácp h ầ n tửphituyếndovậychọnđiềukhiểntrượtvớibảnchấtlàđưaraluậtđiềukhiểnrơlehaivịtrítácđộngnhanhđếnđốitượngđiềukhiểnsẽphùhợpchoviệcđiềukhiển

b ộ biếnđổitrên

Thựchiệnluậnvăntốtnghiệptrongkhuônk h ổ chươngtrìnhđàotạoThạcsỹngànhtựđộnghóacủatrườngĐạihọcKỹthuậtCôngnghiệpTháiNguyên,Tôiđượcgiaođềtài:’’

ĐiềukhiểntrượtbộbiếnđổiDC–DCgiảmápkiểuquadratic”

MụctiêucủađềtàiluậnvănlànghiêncứuđiềukhiểntrượtchobộbiếnđổigiảmápkiểuQuadratic,khảosátđánhgiátínhhiệuquảcủađiềukhiểntrượtđốivớibộbiếnđ ổ i vàbiệnphápnhằmnângcaochấtlượnghệthống

Luậnvănphântíchcácquátrìnhđộnghọcđốitượngthôngquamôhìnhtoánhọ c từđóđưaravàchứngminhtínhphùhợpcủacácphươngánđiềukhiển,cuốicùng

làt i ếnh à n h p h â n t í c h kiểmchứng,h o à n t h i ệ n t r ê n p h ầ n mềmmôp h ỏ n g Matlab-Simulink.

Đềtàicótínhcấpthiếtđểtốiưuhóachỉtiêukinhtếkỹthuậtchobộbiếnđổigiảmáp

Thiếtkếnguyênlýđãthựchiệntrongbảnluậnvănhoàntoàncóthểtriểnkhaiá p dụngchếtạobộbiếnđổitrênthựctếvớinhữnglinhkiệnsẵncó,thôngdụng

Ngày tháng08n ă m 2009

Họcviên

PhanThànhChung

MỤCLỤC

3.1 Ýtưởngđiềukhiển 40

Chương4 MÔPHỎNGKIỂMCHỨNGTRÊNNỀNMATLAB& 48

Chương1 BỘBIẾNĐỔIGIẢMÁPKIỂUQUADRATIC 1.1 Giớithiệucácbộbiếnđổibándẫn

Cácbộbiếnđổibándẫnlàđốitượngnghiêncứucơbảncủađiệntửcôngsuất.T r o n gcácbộbiếnđổicácphầntửbándẫncôngsuấtđượcsửdụngnhưnhữngkhóabándẫn,còngọilàvanbándẫn,khimởdẫndòngthìnốitảivàonguồn,khikhóathìkhôngchodòngđiệnchạyqua.Khácvớicácphầntửcótiếpđiểm,cácvanbándẫnthựchiệnđóngcắtdòngđiệnmàkhônggâynêntialửađiện,khôngbịmàimòntheoth ời gian.Tuycóthểđóngngắtcácdòngđiệnlớnnhưngcácphầntửbándẫncôngsuấtlại đượcđiềukhiểnbởicáctínhiệuđiệncôngsuấtnhỏ,tạobởicácmạchđiệntửcôngsu ất nhỏ.Quyluậtnốitảivàonguồnphụthuộcvàocácsơđồcủabộbiếnđổivàphụthuộcvàocáchthứcđiềukhiểncácvantrongbộbiếnđổi.Nhưvậyquátrìnhbiếnđổinăng lượngđượcthựchiệnvớihiệusuấtcaovìtổnthấttrongbộbiếnđổichỉlàtổnthấ

tt r ên cáckhóađiệntử,khôngđángkểsovớicôngsuấtđiệncầnbiếnđổi.Khôngnhữngđ ạ t đượchiệusuấtcaomàcácbộbiếnđổicòncókhảnăngcungcấpchophụtảinguồnn ăn glượngvớicácđặctínhtheoyêucầu,đápứngcácquátrìnhđiềuchỉnh,điềukhiểntrongmộtthờigianngắnnhất,vớichấtlượngphùhợptrongcáchệthốngtựđộnghoặct ự độnghóa.Đâylàđặctínhmàcácbộbiếnđổicótiếpđiểmhoặckiểuđiệntừkhôngth ể cóđược

Cácmạchđiệntửcôngsuấtnóichunghoạtđộngởmộttronghaichếđộsau:t u y ếntính(linear)vàchuyểnmạch(switching)

- Chếđộtuyếntínhsửdụngđoạnđặctínhkhuếchđạicủalinhkiệntíchcực,trongkhichếđộxungchỉsửdụnglinhkiệntíchcựcnhưmộtkhóa(van)vớihaitrạngt h á i đóng(bãohòa)vàngắt.Chếđộtuyếntínhchophépmạchcóthểđượcđiềuchỉnh

http://www.lrc-tnu.edu.vn Sốhóabởi TrungtâmHọc liệu–ĐạihọcTháiNguyên

mộtcáchliêntụcnhằmđápứ n g mộtyêucầuđiềukhiểnnàođó.Tuy nhiên,chếđộtu y ế

n tínhthườngsinhratổnthấtcôngsuấttươngđốicaosovớicôngsuấtcủatoànmạch,vàdẫnđếnhiệusuấtcủamạchkhôngcao.Hiệusuấtkhôngcaokhôngphảilàvấnđềđượcquantâmđốivớicácmạchcôngsuấtnhỏ,vàđặcbiệtlàcácmạchđiềukhiểncóyêucầuvềchấtlượng,vềđápứngđượcđặtlênhàngđầu.Nhưngvấnđềhiệusu ất đượcđặcbiệtquantâmđốivớicácmạchcôngsuấtlớn,vớicáclýdokháhiểnnh iên Chếđộchuyểnmạchchophépgiảmkhánhiềucáctổnthấtcôngsuấttrêncáclinh kiệntíchcực,đặcbiệtlàcáclinhkiệncôngsuất,dođóđượcưathíchhơntrongc á c mạchcôngsuấtlớn

Vídụcụthểđểminhhọa.Giảsửtacầnthựchiệnmộtbộbiếnđổiđiệnáptừ12VDCsang5VDC,dòngtảitốiđalà1A.Vớigiảipháptuyếntính,dùngmộtvimạchổnáp7805 Với dòngtảiI bấtkỳ,hiệusuất c ủ a mạchm ộ t cáchl ý tưởng sẽlà η = Pra/Pvào=(5.I)/

(12.I)=41.7%

(tanóilýtưởngvìchúngtacoinhưbảnthânvimạchổ n á p khôngtiêut h ụ dòngđiện).V ớ igiảiphápch u y ể n mạch,tacó t h ể dùngmạchgiảmápcótêngọibuckconverterđểthựchiệnviệcnàyvàcóthểđạtđượchiệusuấtt r ê n 90%vớimạchnàymộtcáchdễdàng.Nhưngcầnchúýrằngchấtlượngđiệnáptạingõracủagiảipháptuyếntínhtốthơnsovớigiảiphápchuyểnmạch.Dođó,điềuquant rọ n g ởđâylàchúngtachọngiảiphápthíchhợpchotừngbàitoán

-

Kỹthuậtchuyểnmạchthựctếbaogồm:chuyểnmạchcứng(hardswitching)vàc h u y ể n mạchmềm( s o f t

-switching).V ớ i kỹt h u ậ t c h u y ể n mạchcứng,c á c khóa(van)đượcyêucầuđóng(hayngắt)khiđiệnápđặtvào(haydòngđiệnchảyqua)linhkiệnđangcógiátrịlớn(địnhmức).Linhkiệnsẽphảitrảiquamộtgiaiđoạnchuyểnmạchđểđiđếntrạngtháiđóng(hayngắt),và giaiđoạnnàysẽsinhratổnthấtcôngsu ất trênlinhkiệntươngtựnhưởchếđộtuyếntính.Tổnthấtcôngsuấttronggiaiđoạnn à y đượcgọilàtổnthất(tổnhao)chuyểnmạch.Điềunàycónghĩalàkhitầnsốlàmviệccànglớn(càngcónhiềulầnđóng/

ngắtlinhkiệntrongmộtđơnvịthờigian)thìtổn

thấtchuyểnmạchcànglớn,vàđólàmộttrongnhữnglýdokhiếntầnsốlàmviệccủamạchbịgiớihạn.Kỹthuậtchuyểnmạchmềmchophépmởrộnggiớihạntầnsốcủacác bộbiếnđổichuyểnmạch,nhờviệcđóng/ngắtkhóa(van)ởđiệnápbằng0(ZVS:zero-voltage-

switching)và/hoặcở dòngđiệnb ằ n g 0 ( Z C S :

zero-current-switching).N h ư n g tạisaocầnnângcaotầnsốlàmviệccủacácbộbiếnđổichuyểnmạch?

Việcnângcaotầnsốlàmviệcsẽgiúpgiảmkíchthướcvàkhốilượngcủacáclinhkiện,vàt ă n

g mậtđộcôngsuất

1.2 Phânloạicácbộbiếnđổibándẫn

Cónhiềucáchphânloạicácbộbiếnđổichuyểnmạchtrongđiệntửcôngsuất,nhưngcólẽcáchthôngdụngnhấtlàdựavàotínhchấtdòngđiệnngõvàovàngõra

Vềnguyêntắc,chúngtachỉcódòngđiệnmộtchiều(DC)hayxoaychiều(AC),dovậycó4tổhợpkhácnhauđốivớibộđôidòngđiệnngõvàovàngõra(theoquyướcthôngthường,tôiviếtngõvàotrước,sauđóđếnngõra):DC-DC,DC-AC,AC-DC,vàAC-AC.B ộ b i ế n đ ổ i AC-DCc h í n h l à b ộ ch ỉ n h l ư u ( r e c t i f i e r ) m à c h ú n g tađ ã kháq u e n t h u ộ c, cònbộbiếnđổiDC-

ACđượcgọilàbộnghịchlưu(inverter).Hailoạicònlạiđượcgọichunglàbộbiếnđổi(converter)

Bộb i ế n đ ổ i

ACt h ư ờ n g đượcthựch i ệ n b ằ n g cáchdùngmộtb ộ b i ế n đ ổ i

AC-DCtạonguồncungcấpchomộtbộbiếnđổiDC-AC.Thờigiangầnđâycómộtsốb ộ ACthựchiệnviệcbiếnđổigiữa2nguồnACmộtcáchtrựctiếp,khôngc ó tầngliênkếtDC(DC-link),vàchúngđượcgọilàcácbộbiếnđổimatrận(matrixconverter)haycácbộbiếnđổitrựctiếp(directconverter).Têngọibộbiếnđổimatrậnx u ấ t pháttừthựctếlàbộbiếnđổisửdụngmộtmatrậncáckhóa(van)2chiềuđểkếtnốitrựctiếpmộtphangõrabấtkỳvớimộtphangõvàobấtkỳ(tấtnhiêntheomộtquyl uật nàođóđểđảmbảoyêucầuđặtrađốivớibộbiếnđổi)

1.3.1 Bộbiếnđổigiảmáp(buckconverter)

Bộbiếnđổibuckhoạtđộngtheonguyêntắcsau:khikhóa(van)đóng,điệnápc h ê n h lệchgiữangõvàovàngõrađặtlênđiệncảm,làmdòngđiệntrongđiệncảmtăngd ần theothờigian.Khikhóa(van)ngắt,điệncảmcókhuynhhướngduytrìdòngđiệnq u a nósẽtạođiệnápcảmứngđủđểdiodephâncựcthuận.Điệnápđặtvàođiệncảmlú cnàyngượcdấuvớikhikhóa(van)đóng,vàcóđộlớnbằngđiệnápngõracộngvớiđ i ệ n áprơitrêndiode,khiếnchodòngđiệnquađiệncảmgiảmdầntheothờigian.Tụđiệnngõracógiátrịđủlớnđểdaođộngđiệnáptạingõranằmtronggiớihạnchop h ép Ởtrạngtháixáclập,dòngđiệnđiquađiệncảmsẽthayđổituầnhoàn,vớigiátrịcủadòngđiệnởcuốichukỳtrướcbằngvớigiátrịcủadòngđiệnởđầuchukỳsau.Xéttrườnghợpdòngđiệntảicógiátrịđủlớnđểdòngđiệnquađiệncảmlàliêntục.Vìđ i ệncảmkhôngtiêuthụnănglượng(điệncảmlýtưởng),haycôngsuấttrungbìnhtrênđ i ệ n cảmlàbằng0,vàdòngđiệntrungbìnhcủađiệncảmlàkhác0,điệnáprơitrungb ì n h trênđiệncảmphảilà0.GọiTlàchukỳchuyểnmạch(switchingcycle),

T1làthờigianđóngkhóa(van),vàT2làthờigianngắtkhóa(van).Nhưvậy,T=T1+T2.Giảsửđ i ệ

n áprơitrêndiode,vàdaođộngđiệnápngõralàkhánhỏsovớigiátrịcủađiệnápngõvàovàngõra.Khiđó,điệnáprơitrungbìnhtrênđiệncảmkhiđóngkhóa(van)là(T1/

T)×(Vin−Vout),cònđiệnáprơitrungbìnhtrênđiệncảmkhingắtkhóa(van)là

−(T2/T)×Vout

Điềukiệnđiệnáprơitrungbìnhtrênđiệncảmbằng0cóthểđượcbiểudiễnlà:

(T1/T)×(Vin− Vout)−(T2/T)×Vout=0hay

độngđiệnápngõrachophép,dòngđiệntảitốithiểuIout,min,xácđịnhgiátrịcủađiệncảm,tụđiện,tầnsốchuyểnmạchvàphạmvithayđổicủachukỳnhiệmvụ,đểđảmbảoổnđịnhđượcđiệnáp ngõra

PhạmvithayđổicủađiệnápngõvàovàgiátrịđiệnápngõraxácđịnhphạmvithayđổicủachukỳnhiệmvụD:Dmin=Vout/Vin,max,vàDmax=Vout/Vin,min

Thôngthường,cácbộbiếnđổibuckchỉnênlàmviệcởchếđộdòngđiệnliêntục quađiệncảm.Tạibiêncủachếđộ dòngđ i ệ n liêntụcvàgiánđoạn,độthayđổidòngđiệnsẽbằng2lầndòngđiệntải.Nhưvậy,độthayđổidòngđiệnchophépbằng2lầndòngđiệntảitốithiểu.Điệncảmphảiđủlớnđểgiớihạnđộthayđổidòngđiệnởgiátrịnàytrongđiềukiệnxấunhất,tứclàkhiD=

Dmin(vìthờigiangiảmdòngđiệnlàT2,vớiđiệnáprơikhôngthayđổilàVout).Mộtcáchcụthể,chúngtacóđẳngthứcsau:

(1−Dmin)×T×Vout= Lmin×2×Iout,min

HaithôngsốcầnđượclựachọnởđâylàLminvàT.Nếuchúngtachọntầnsốc h u y ể nmạchnhỏ,tứclàTlớn(T=1/f,flàtầnsốchuyểnmạch),thìLmincũngcầnphảilớn.

Thànhphầnxoaychiềucủadòngđiệnquađiệncảmsẽđiquatụđiệnngõra.Vớidòngđiệnqua điệncảmcódạngtamgiác,điệnáptrêntụđiệnngõrasẽlàcácđo ạn đathứcbậchainốivớinhau(xéttrongmộtchukỳchuyểnmạch).Lượngđiệnt í c h đượcnạpvàotụđiệnkhidòngđiệnquađiệncảmlớnhơndòngđiệntrungbìnhsẽlàΔI×T/I×T/

2.NếubiểudiễntheođiệndungvàđiệnáptrêntụđiệnthìlượngđiệntíchnàybằngC×ΔI×T/V.Trongđó,ΔI×T/Ilàb i ê n độcủat h à n h phầnxoaychiềucủadòngđiệnquađ i ệ n cảm,cònΔI×T/Vlàđộthayđổiđiệnáptrêntụkhinạp(cũngnhưkhixả,xétởtrạngtháixáclập).Nhưvậy,chúngtacóthểxácđịnhgiátrịcủatụđiệndựavàođẳngthứcsau:

ΔI×T/I×T/2=C×ΔI×T/V

ΔI×T/Iđãđượcxácđịnhởtrên, bằng2lầndòngđ i ệ n tảitốithiểu, vàTđãđượcchọnởbướctrướcđó.TùytheogiátrịđộdaođộngđiệnápngõrachophépΔI×T/VmàchúngtachọngiátrịCchothíchhợp

1.3.2 Bộbiếnđổităngáp(boostconverter)

Bộbiếnđổiboosthoạtđộngtheonguyêntắcsau:khikhóa(van)đóng,điệnápngõvàođặtlênđiệncảm,làmdòngđiệntrongđiệncảmtăngdầntheothờigian.Khikhóa(van)ngắt,điệncảmcókhuynhhướngduytrìdòngđiệnquanósẽtạođiệnápc ả m ứngđủđểdiodephâncựcthuận.Ởđiềukiệnlàmviệcbìnhthường,điệnápngõrac ó giátrịlớnhơnđiệnápngõvào,dođóđiệnápđặtvàođiệncảmlúcnàyngượcdấu

http://www.lrc-tnu.edu.vn Sốhóabởi TrungtâmHọc liệu–ĐạihọcTháiNguyên

vớivớikhikhóa(van)đóng,vàcóđộlớnbằngchênhlệchgiữađiệnápngõravàđiệná p ngõvào,cộngvớiđiệnáprơitrêndiode.Dòngđiệnquađiệncảmlúcnàygiảmdầnt h eo thờigian.Tụ điệnngõra cógiá trịđủlớnđể daođộngđiệnáptạingõranằmtronggiớihạnchophép

Tươngtựnhưtrườnghợpcủabộbiếnđổibuck,dòngđiệnquađiệncảmsẽthayđ ổ i tuầnhoànvàđiệnáprơitrungbìnhtrênđiệncảmtrongmộtchukỳsẽbằng0nếudòngđiệnquađiệncảmlàliêntục(nghĩalàdòngđiệntảicógiátrịđủlớn)

GọiT l à c h u kỳc h u y ể n mạch( s w i t c h i n g c y c l e ) , T 1 l à t h ờ i gianđóngkhóa(van),vàT2làthờigianngắtkhóa(van) Nhưvậy,T=T1+T2.Giảsửđiệnáprơitrênd i o d e , vàdaođộngđiệnápngõralàkhánhỏsovớigiátrịcủađiệnápngõvàovàngõra.Khiđó,điệnáprơitrungbìnhtrênđiệncảmkhiđóngkhóa(van)là(T1/

T)×Vin,cònđ i ệ n áprơitrungbìnhtrên điệncảmkhingắtkhóa(van)là(T2/T)×(Vin−Vout)

Điềukiệnđiệnáprơitrungbìnhtrênđiệncảmbằng0cóthểđượcbiểudiễnlà:(T1/T)×Vin+

(T2/T)×(Vin−Vout)=0

hay

(T1/T+T2/T)×Vin−(T2/T)×Vout=0⇔Vin=(T2/T)×Vout

VớicáchđịnhnghĩachukỳnhiệmvụD=T1/T,T2/T=1−D,tacóVin=(1−

D)×Vout,hayVout= V in/(1− D).Dthayđổitừ0đến1(khôngbaogồmcácgiátrị0và1 ) ,dođó0<Vin<Vout

Tươngtựnhưvớibộbiếnđổibuck,

mộttrongnhữngbàitoánthườnggặplànhưs a u : chobiếtphạmvithayđổicủađiệnápngõvào

Vin,giátrịđiệnápngõraVout,độdaođộngđiệnápngõrachophép,dòngđiệntảitốithiểuIou t,min,xácđịnhgiátrịcủa

http://www.lrc-tnu.edu.vn Sốhóabởi TrungtâmHọc liệu–ĐạihọcTháiNguyên

điệncảm,tụđiện,tầnsốchuyểnmạchvàphạmvithayđổicủachukỳnhiệmvụ,đểđảmbảoổnđịnhđượcđiệnápngõra

PhạmvithayđổicủađiệnápngõvàovàgiátrịđiệnápngõraxácđịnhphạmvithayđổicủachukỳnhiệmvụD:Dmin=1−Vin,max/Vout,vàDmax=1−Vin,min/Vout

Lýluậntươngtựnhưvớibộbiếnđổibuck,độthayđổidòngđiệnchophépsẽb ằng 2lầndòngđiệntảitốithiểu.Trườnghợpxấunhấtứngvớiđộlớncủađiệnáptrungbìnhđ

ặ t vàođ i ệ n cảmkhikhóa(van)ngắtđ ạ t giát r ị l ớ n n h ấ t , tứcl à h à m sốVin/

Vout×(Vin−Vout)đạtgiátrịnhỏnhấtkhiDthayđổitừDminđ ế nDmax( c h úýlàhàms ố nàycógiátrịâmtrongkhoảngthayđổicủaD).GọigiátrịcủaDvàVint ư ơ n gứngvớigiátrịnhỏnhấtđólàDthvàVin ,th(giátrịtớihạn),đẳngthứcsauđượcdùngđểchọngiátrịchukỳ(haytầnsố)chuyểnmạchvàđiệncảm:

(1−Dth)×T×(Vin,th−Vout)=Lmin×2×Iout,min

Việclựachọngiátrịchotụđiệnngõrahoàntoàngiốngnhưđốivớitrườnghợpbộbiếnđổibuck

1.3.3 Bộbiếnđổiđảoáp(buck-boostconverter)

Bộb iế nđ ổ i

buck-boosth oạ t độngdựat r ê n nguyênt ắ c : khikhóa(van)đóng,đ i ệ n ápngõvàođặtlênđiệncảm,làmdòngđiệntrongđiệncảmtăngdầntheothờigian.Khikhóa(van)ngắt,điệncảmcókhuynhhướngduytrìdòngđiệnquanósẽtạođ i ệ n ápcảmứngđủđểdiodephâncựcthuận.T

http://www.lrc-tnu.edu.vn Sốhóabởi TrungtâmHọc liệu–ĐạihọcTháiNguyên

ùyvàotỷlệgiữathờigianđóngkhóa(van)vàngắtkhóa(van)màgiátrịđiệnápracóthểnhỏhơn,bằng,haylớnhơngiátrị

Vớicácgiảthiếttươngtựnhưcáctrườnghợptrên,ởchếđộdòngđiệnquađiệncảmlàliêntục,điệnáprơitrungbìnhtrênđiệncảmsẽbằng0

VớicáchkýhiệuT=T1+T2n h ưtrên,điệnáprơitrungbìnhtrênđiệncảmkhiđ ó n g khóa(van)là(T1/T)×Vin,cònđiệnáprơitrungbìnhtrênđiệncảmkhingắtkhóa(van)là−(T2/T)×Vout

Điềukiệnđiệnáprơitrungbìnhtrênđiệncảmbằng0cóthểđượcbiểudiễn:

(T1/T)×Vin− (T2/T)×Vout=0Nhưvậy:

(T1/T)×Vin=(T2/T)×Vout⇔D×Vin=(1−D)×Vout

KhiD=0.5,Vin=Vout.Vớinhữngtrườnghợpkhác,0<Vout<Vinkhi0<D<

0.5,và0<Vin<Voutkhi0.5<D<1(chúýlàởđâychỉxétvềđộlớn,vìchúngtađãb i ế t Vinv àVoutl àngượcdấu).Nhưvậy,bộbiếnđổinàycóthểtăngáp

haygiảmáp,vàđ ó làlýdomànóđượcgọilàbộbiếnđổibuck-boost

Xétcùngmộtloạibàitoánthườnggặpnhưnhữngtrườnghợptrên,tứclà:chob i ết phạmvithayđổicủađiệnápngõvàoVin,giátrịđiệnápngõraVout,độdaođộngđ i ện ápngõrachophép,dòngđiệntảitốithiểuIout,min,xácđịnhgiátrịcủađiệncảm,tụđ i ệ n , tầnsốchuyểnmạchvàphạmvithayđổicủachukỳnhiệmvụ,đểđảmbảoổnđịnhđượcđiệnápngõra

Lýluậntươngtựnhưvớibộbiếnđổibuck,độthayđổidòngđiệnchophépsẽb ằng 2lầndòngđiệntảitốithiểu.Trườnghợpxấunhấtứngvớiđộlớncủađiệnáptrungbìnhđặtvàođiệncảmkhikhóa(van)ngắtđạtgiátrịlớnnhất,tứclà khiD=Dmin.Nhưvậyđẳngthứcdùngđểchọnchukỳ(tầnsố)chuyểnmạchvàđiệncảmLgiốngnhưcủabộbiếnđổibuck:

(1−Dmin)×T×Vout=Lmin×2×Iout,min

Cáchchọntụđiệnngõrachobộbiếnđổinàycũngkhôngkhácgìsovớinhữngtrườnghợptrên

1.3.4 Bộbiếnđổigiảmápkiểuquadratic( Q u a d r a t i c buckconverter)

Bộbiếnđổigiảmápkiểuquadraticthườngđượcsửdụngởmạchmộtchiềut ru ng g ianthiếtbịbiếnđổiđiệnnăngcôngsuấtnhỏ.Bộbiếnđổicótêngọinhưvậylàdotínhchấtbậchaicủacủahàmtruyềntĩnhphụthuộctheohằngsốgiátrịđiềukhiểnvàotrungbình.Yếutốbậchailàmgiatăngtínhhiệuchỉnhcủatrạngtháibềnv ữ n g cânbằngkhiđầuvàotiếnđếngiớihạngiớihạnbãohoà.Tatổnghợpvàbiểuthịmôhìnhcủabộbiếnđổiquadratictrênhình1.2

1.3.4.1 Môhìnhcủabộbiếnđổi

MạchbaogồmhaiđiệncảmL1,L2vàhaiTụC1,C2vàcácđiôt,khóaQthựch i ện bằngtranzitortrườngvới2trạngtháiđóng(0)vàmở(1).VớihaitrạngtháiđóngmởlýtưởngcủaQ,kếthợphaitrườnghợpcụthểchomạchởdạngkhaitriển:

E C1

(1.3)



x4v2/ E

DCnóiriêng.Điềukhiểntrượtđượcnghiêncứuc ơ bảnbởinềnkhoahọcNgaxôviếtđượctrìnhbàytrongcáccuốnsáchcủaEmelyanov,Utkin,vàmộts ố t ác giảk h á c Điềukhiểnp h ảnh ồigiá

nđ oạnđ ư ợ c á p d ụngchocáchệthốngvậtlýcơđiệntửđãđượcthựcnghiệmvàđạtkếtquảtốt.Trongc h ươngnàychúngtanghiêncứuđiềukhiểntrượtchohệthốngđiềuchỉnhđóngngắtp h ituyến.Taquyướcvàgiảiquyếtcácvấnđềtrêncơsởsửdụngngônngữbiểuđạtc ủahìnhhọcgiảitíchviphân.Chúngtacùngxemlạicáchệthốngmộtkhoáchuyểnmạchvàhệthốngnhiềukhoáchuyểnmạch(hệSISOvàhệMIMO),Chúngtanghiêncứutínhchấtnổibậtcủalýthuyếtcơsởcủađiềukhiểntrượt:mặttrượt,sựtồntạimặttrượt,địnhnghĩamặttrượt,điềukhiểntươngđương,trượtđộnglýtưởngvàcuốicùngl à sựổnđịnhcủahệthốngvònglặpđiềukhiểntrượtvớicácđiềukiệnnhiễu

2.2 Cáchệthốngcấutrúcbiến

Hệthốngcấutrúcbiếnlàmộthệthốngtrongđómôhìnhtrạngtháiđộngchịuả n h hưởnglớntrênmiềncủakhônggiantrạngthái,trênđócácphéptoáncủahệđượct ì m thấymộtcáchtườngtận.Bảnchấtkhôngliêntụccủamôhìnhchínhlàthôngsốđ ặctính,vànhữngthayđổiđộtngộtgâyrahoặcdosựtácđộngtựýlên cácthànhphần

Lớpcủacáchệthốngcấutrúcbiếntươngđốirộngđốivớicácnghiêncứuchit i ế t , hơnnữalạiítđượcquantâmtronglĩnhvựcĐiệntửCôngsuất(PowerE l e c t r o n i c s ) Vìlýdonày,tasẽchỉnghiêncứucáchệthốngcấutrúcbiếnđượcđiềukhiểnbởimộthoặcnhiềuchuyểnmạch.Vịtrícủacácchuyểnmạchnàysẽcấuthànhnêntậpcácđầuvàođiềukhiển

Ngoàira,

tagiớihạnthêmđốivớicácnhómhệthốngmàcácmôtảhoặccấutrúccóđiểmtươngđồngvềsốchiềuvớihệkếtquảcũngnhưvềbảnchấtcủatrạngtháimôtả tronghệ

2.2.1 Điềukhiểnđốivớicáchệthốngđiềuchỉnhbằngchuyểnmạchđơn

Taxétquátrìnhđiềukhiểncáchệthốngđượcbiểudiễnbởicácmôhìnhkhông giantrạngtháiphituyếntheodạng:

Đặcđiểmchínhcủahệmàtaquantâmlàbảnchấtgiátrịnhịphâncủabiếnđầuvàođiềukhiển.Khônglàmmấttínhtổngquát,tagiảsửđầuvàođiềukhiểnnàylấygiátrị trêntậprờirạc[0,1]Chúýrằngnếutậpcácgiátrịcóthểnhậnđượccủabiếnđầuvàovôhướngulàtậprờirạc[W1

Vídụ2.1:Mạchđiệndướiđâybiểudiễnbộbiếnđổicôngsuấttừmộtchiềusangmộtchiều(D

C-to-DCPowerConverter),còngọilàBộbiếnđổiBoost(BoostConverter),đượcđiềukhiểnbởimộtchuyểnmạchđơn

Hình2.1:BộbiếnđổiBoostmộtchiều-mộtchiềuchuyểnmạchbằngkhóabándẫn

LýtưởnghóakhóađóngmởQtacósơđồđượcbiểuthịtrênhình2.2

Cho: x

x1

x2 i v

cáctácđộngđầuvàođiềukhiểnhợplý,tứclàgiátrịcủauthíchhợp u[0,1].

Mộttrongcácđặctínhcănbảntrongthiếtkếluậtđiềukhiểnphảnhồichocáchệthốngđiềuchỉnhbởicácchuyểnmạchtrongthựctếlàđặctínhcủahàmvôhướngtrơnh ( x )làmộtphầncủavấnđềthiếtkế.Việclựachọnhàmđầurah(x),vàtheođó,làđa

dạngtrượtS,phụthuộchoàntoànvàomongmuốncủatađốivớitừngmụctiêuđiềukhiểnxácđịnhtronghệ

Vàt a đ ị n h nghĩagiánt i ế p Lfh(x)tươngt ự , t a kýh i ệ u Lgh(x)l à đ ạ o hàmcóhướngcủah(x)theophươngg(x).

h uy ển mạch.Sựtươngđươnggiữađầuvàođiềukhiểnchuyểnmạchtầnsốvôhạnvàđ i ều khiểnphảnhồitrơnđượcbiếtđếnnhưlàýtưởngđiềukhiểntươngđương.

Hình2.3:Minhhọađiềukhiểntươngđươngu eq

Tađịnhnghĩađiềukhiểntươngđươngnhưmộtluậtđiềukhiểnphảnhồitrơn,kýh i ệu bởi

ueq(x)màduytrìc ụ c bộsựtiếntriểnc ủ a quỹđạotrạngtháiđượcgiớihạnmộtcáchlýtưởngvớiđadạngtrơnSvớitrạngtháiđầucủahệx(t0)=x0đượcxácđịnhr i ê n g trênS,tứclàkhih(x)=0.Hàmtọađộh(x)thỏamãnđiềukiệnbấtbiếndướiđây: