Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi Boost theo chế độ dòng điện trung bình

Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi Boost theo chế độ dòng điện trung bình. Yêu cầu thiết kế, mô hình hóa, thiết kế bộ điều khiển, kết quả mô phỏng, kết luận. Điện áp nguồn Vin= 10V, điện áp ra V0=15V, R=5 ohm, L=62uH, C= 300uF, tần số phát xung fx= 100kHz. Điều khiển theo chế độ dòng điện trung bình

Thiết kế mạch vòng điều chỉnh

độ dòng điện trung bình

1: Yêu cầu thiết kế

• Van MOSFET với tần số phát xung fx = 100kHz

• Điều khiển theo chế độ dòng điện trung bình

2: Mô hình hóa

Sơ đồ mạch điện:

2: Mô hình hóa

Với <s> = d hệ số điều chế 0   d 1

=> Mô hình trung bình

(1 )(1 )

2: Mô hình hóa

Hàm truyền giữa điện áp ra và hệ số điều chế

Hàm truyền giữa dòng điện và hệ số điều chế

( ) 0

(1

( )( )

( ) (1 )

)

in

c vd

u s

v s G

( ) (1 )

in

L id

3: Thiết kế bộ điều khiển

Từ các hàm truyền đạt, ta xây dựng được cấu trúc điều khiển bộ biến

đổi Boost

3: Thiết kế bộ điều khiển

- Sử dụng Matlab, ta có đồ thị Bode của hàm truyền Gid như dưới đây:

3: Thiết kế bộ điều khiển

a) Thiết kế mạch vòng dòng điện

Để có tần số cắt fci = 10kHz và có độ dữ trự pha 60o ta sử dụng bộ

bù loại II cho mạch vòng điều chỉnh có hàm truyền:

Sử dụng lệnh [mag,phase]=bode(Gid,2*pi*10000) ta có biên độ và pha của đối tượng tại tần số fci là:

Mag = 3,8746

Phase = -90

1 w 1

( )

1 w

3: Thiết kế bộ điều khiển

a) Thiết kế mạch vòng dòng điện

Do thành phần tích phân có pha không đổi nên góc pha bộ bù:

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

• f z = f ci 1−𝑠𝑖𝑛60

• f p = f ci 1+𝑠𝑖𝑛60

3: Thiết kế bộ điều khiển

3: Thiết kế bộ điều khiển

a) Thiết kế mạch vòng dòng điện

Đồ thị bode sau khi có bộ bù độ dự trữ pha 59.5, tần số cắt 10kHz

3: Thiết kế bộ điều khiển

- Sử dụng Matlab ta vẽ được đồ thị Bode của hàm truyền Gui = Gvd / Gid như hìnhdưới đây:

3: Thiết kế bộ điều khiển

b) Thiết kế mạch vòng điện áp

Để có tần số cắt fcu = 700Hz và có độ dữ trữ pha 40o ta sử dụng bộ

bù loại II cho mạch vòng điều chỉnh điện áp có hàm truyền:

Sử dụng lệnh [mag,phase]=bode(Gui,2*pi*fcu) ta có biên độ và pha của đối tượng tại tần số fcu là:

Mag = 0,4872

Phase = 280

1 w 1

( )

1 w

3 Thiết kế bộ điều khiển

3: Thiết kế bộ điều khiển

3:Thiết kế bộ điều khiển

b) Thiết kế mạch vòng điện áp

Đồ thị bode đối tượng sau khi có bộ bù

thetau=pi/6;

fzu=fcu*sqrt((1-sin(thetau))/(1+sin(thetau))); fpu=fcu*sqrt((1+sin(thetau))/(1-sin(thetau))); Gcu1=tf([1/(2*pi*fzu) 1],[1/(2*pi*fpu) 1 0]); [magui,phaseui] = bode(Gui,2*pi*fcu);

4.:Mô phỏng

4: Mô phỏng

5: Kết quả mô phỏng

Nhận xét: Điện áp ra bám sát kể cả khi giá trị đặt thay đổi

Thời gian điện áp ra xác lập nhỏ cỡ 0,0015s

Đồ thị điện áp ra khi nguồn không đổi

5: Kết quả mô phỏng

Đồ thị dòng điện qua cuộn dây khi nguồn ko đổi

5: Kết quả mô phỏng

 Tải thay đổi (Không tải → Tải định mức → Non tải)

Nhận xét: Khi tải thay đổi, điện áp ra bám sát giá trị đặt, tại 0,004s tải

5: Kết quả mô phỏng

 Nguồn đầu vào thay đổi (± 10%)

Nhận xét: Khi điện áp vào thay đổi 10% thì điện áp ra vẫn bám sát giá trị đặt, độ đập

6: Nhận xét

 Bộ bù loại II:

 Bộ bù 2 cho kết quả với thời gian xác lập bé

 Hoạt động đúng với yêu cầu đặt ra

 Hệ thống ổn định ngay cả khi có sự thay đổi ở tải cũng như ở nguồn cấp

TRÂN TRỌNG CẢM ƠN!