Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi Boost theo chế độ điện áp

Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi Boost theo chế độ điện áp. Tính toán mạch lực, mô hình hoá bộ biến đổi boost converter , thiết kế cấu trúc và tính toán tham số bộ điều khiển, mô phỏng. Điện áp đầu vào Uin= 5V, điện áp đầu ra Uo= 12V, tải thuần trở Ro=6 ohm, dòng điện Io= 2A, độ đập mạch 30%, tần số làm việc 100kHz

Trang 1

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

ĐỀ BÀIThiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi Boost theo chế độ điện áp

Trang 2

NỘI DUNG TRÌNH BÀY

❑ Tính toán mạch lực.

❑ Mô hình hóa bộ biến đổi boost converter.

❑ Thiết kế cấu trúc và tính toán tham số bộ điều khiển.

❑ Mô phỏng

Trang 3

TÍNH TOÁN MẠCH LỰC

❑ Sơ đồ bộ boost converter

Hình 1 sơ đồ mạch lực boost converter

Trang 4

❑ Yêu cầu thiết kế:

1 Điện áp đầu vào: Uin = 5V ± 10%

2 Điện áp đầu ra: Uo = 12V ± 1%

3 Tải thuần trở:R0 = 6Ώ

4 Dòng điện: I0=2A

5 Độ đập mạch dòng qua cuộn cảm:∆𝑖𝐿=30%𝐼𝐿

6 Tần số làm việc:𝑓𝑠=100kHz

Trang 6

❑ Dòng đỉnh qua van MOSFET và DIODE:

❑ 𝐼𝑉𝑚𝑎𝑥= 𝐼𝐷𝑚𝑎𝑥= 𝐼𝐿+∆𝐼𝐿/2=5.5A

❑ Dòng trung bình qua van MOSFET: 𝐼𝑉=D 𝐼𝐿=2.79A

❑ Dòng trung bình qua diode: 𝐼𝐷=(1-D) 𝐼𝐿=2A

❑ Chọn cuộn cảm có L=20𝜇𝐻 , 𝑅𝐿=0.035 Ώ

❑ Chọn tụ C=400𝜇F , 𝑅𝐶=20mΏ

Trang 7

Mô hình hóa bộ biến đổi boost converter.

Trang 8

Mô hình hóa bộ biến đổi boost converter.

❑ Mô hình trạng thái bộ biến đổi boost converter:

Trang 9

Mô hình hóa bộ biến đổi boost converter

❑ Quan hệ giữa điện áp đầu ra và tín hiều điều khiển D:

❑ Với :

Trang 10

Mô hình hóa bộ biến đổi boost converter

❑ Quan hệ giữa điện áp đầu ra và tín hiều điều khiển D:

Trang 11

Thiết kế cấu trúc và tính toán tham số bộ điều khiển

❑ Sơ đồ cấu trúc điều khiển theo điện áp:

Trang 12

❑ Sơ đồ thiết kế bộ điều khiển dựa theo hàm truyền :

❑ Trong đó bộ điều khiển được thiết kế theo:

❑Bộ bù loại III

❑Bộ bù PID (lead – lag)

Trang 13

❑ Phân tích đối tượng:

❑ Tần số cắt của đối tượng

Là 4315Hz và góc dự trữ pha

PM=-11 Hệ kín không ổn

định

Trang 14

❑ Thiết kế bộ điều khiên theo cấu chúc bộ bù loại III:

Trong đó: Các tần số điểm không (zeros) được đặt tại lân cận tại tần số cộng hưởng của đối tượng (hàm truyền quan hệ giữa

điện áp đầu ra và hệ số điều chế)

Trang 15

 Tần số điểm cực thứ 2 được đặt trùng với tần số tại điểm ESR của đối tượng (hàm truyền quan hệ giữa điện áp đầu ra và hệ số điều chế).

 Tần số điểm cực thứ 3 được đặt trùng với tần số tại điểm RHP của đối tượng (hàm truyền quan hệ giữa điện áp đầu ra và hệ số điều chế).

 Nếu tần số tại điểm ESR và RHP của đối tượng lớn hơn 1/2 tần số phát xung của bộ biến đổi thì tần số các điểm cực được đặt bằng 1/2 tần số phát xung (kiểm tra lại điều kiện chọn các điểm cực).

Trang 16

❑ Chọn tần số cắt 𝑓𝑐=1.5kHz.

❑ Sử dụng lệnh [mag,phase]=bode(Gvd,2*pi*1500) ta có biên độ và pha của đối tượng Gvd(s) tại tần số 1.5kHz là :

❑ Sử dụng lệnh [mag,phase]=bode(Gc1,2*pi*1500) ta có biên độ và pha của hàm truyền Gc1(s) (hàm truyền của bộ bù chỉ có 2 điểm

không, 2 điểm cực và 1 điểmcực tại gốc tọa độ) tại tần số 1.5kHz là:

Trang 17

❑ Biên độ của bộ bù được xác đinh:

Trang 18

❑ Phân tích hàm truyền của hệ hở :

❑ Tần số cắt là 1.5kz

❑ Góc dự trữ pha là PM=34

Trang 19

❑ Điểm cực của hệ hở:

❑ Nhận thấy điểm cực của hệ hở

đều nằm bên trái trục ảo

❑ Một điểm cực nằm tại gốc tọa độ

❑ Hệ hở ổn định

Trang 20

Mô phỏng

❑ Sơ đồ mạch lực mô phỏng

Trang 21

Mô phỏng

❑ Sơ đồ điều khiển.

Trang 22

Mô phỏng

❑ Kết quả mô phỏng khi tải không thay đổi

Trang 23

Mô phỏng

❑ Kết quả mô phỏng khi tải thay đổi

Trang 24

Mô phỏng

 Đồ thị điện áp khi phóng to

Trang 25

Thiết kế cấu chúc và tính toán tham số bộ điều khiển

❑ Cấu chúc bộ bù PID( lead-lag)

Trang 26

❑ Tần số cắt của đối tượng

Là 4315Hz và góc dự trữ là

PM=-11

Trang 27

❑ Chọn tần số cắt 𝑓𝑐=1.5kHz, độ dự trữ pha là 45

❑ Sử dụng lệnh [mag,phase]=bode(Gvd,2*pi*1500) ta có biên độ và pha của đối tượng Gvd(s) tại tần số 1.5kHz là:

Trang 28

❑ Tần số điểm không và điểm cực của bộ bù được tính như sau:

Trang 29

Trang 30

❑ Phân tích hàm truyền của hệ hở

❑ Tần số cắt của hệ hở là 1500Hz

❑ Góc dự trữ PM=43

Trang 31

❑ Điểm cực và điểm không của hệ hở

❑ Nhận xét: điểm cực của hệ

hở nằm bên trái trục ảo nên

hệ hở ổn định

Trang 32

Mô phỏng

 Kết quả mô phỏng

 Tải thay đổi

Trang 33

Mô phỏng

 Đồ thị điện áp khi phóng to

Trang 34

Nhận xét

❑ Giá trị điện áp ra bám giá trị đặt

❑ Hệ hở ổn định

❑ Khi tải thay đổi thì giá trị điện áp ra vẫn bám theo giá trị đặt

❑ Đầu ra điện áp bị dao động nhẹ quanh giá trị đặt

❑ Giá trị giao động của điện áp theo bộ điều khiển bù loại ba nhỏ hơn

so với bộ điều khiển PID

Trang 35

THANKS FOR YOUR ATTENTION

Định dạng
Số trang	35
Dung lượng	815,65 KB