Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi BuckBoost theo chế độ dòng điện đỉnh

Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi BuckBoost theo chế độ dòng điện đỉnh. Giới thiệu và mô hình hoá mạch BuckBoost converter, cấu trúc điều khiển, thiết kế bộ bù, mô phỏng matlab Simulink. Điện áo vào Uin= 30V, điện áp tải U0= 15V, tải thuần trở R= 5 ohm(I=3A),fs=200kHz

ĐỀ TÀI: “Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi Buck-Boost theo chế độ dòng điện đỉnh”

Kết Luận

Mô phỏng Thiết kế bộ bù Thông số mạch lực và cấu trúc điều khiển

Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi Buck-Boost

Trạng thái 1: V ON, D OFF

Sử dụng định luật Kirhoff ta được:

Trạng thái 2: V OFF, D ON

Sử dụng định luật Kirhoff ta được:

 Đưa vào hàm đóng cắt u={0,1}

 Biến đổi phương trình trên thành dạng Bilinear ta được:

b Mô hình trung bình tín hiệu lớn DC

u

u

u L u

u u

Đặt x1 = <iL>0 ; x2 = <uC>0; d= <u0>0

• Mô hình trung bình:

c Mô hình trung bình tín hiệu nhỏ AC

Ta tuyến tính hóa quanh điểm làm việc với các biến động nhỏ

• Giá trị xác lập:

21

in e e

e

in e e

, 1, , , 1, ,

 Thay các biến động vào phương trình trạng thái ta được:

 Bỏ qua các tích hai biến động nhỏ ta được:

 Viết lại dưới dạng ma trận trạng thái:

in e e

e

in e e

sC R

+

=

− +

+

in e e

e

in e e

d

d sL

sC R

+

=

− +

e

d L

d x

RLCs Ls R d d

(1 ) :

(1 )(1 )

1

e e

 Chuyển sang dạng hàm truyền ta được:

 Hàm truyền giữa điện áp đầu ra và hệ số điều chế là:

Nằm bên trái trục ảo nên dễ điều khiển

 Hàm truyền giữa điện áp đầu ra và dòng điện qua cuộn cảm là:

2

0

e e

e id

E RC s d i

G

d RLCs Ls R d d

e

d L

d u

G

RLCs Ls R d d

e ui

Nhận xét:

• Cả hai đều có cùng mẫu số là khâu bậc hai

• Hàm truyền điện áp -> điều khiển có điểm zero bên phải trục ảo Vậy đây là khâu không tối thiểu về góc pha, gây nên khó khăn khi điều khiển trực tiếp điện áp ra

• Hàm truyền dòng điện -> điều khiển có dạng đơn giản hơn Như vậy dẫn đến phương pháp thiết kế điều khiển gián tiếp, gồm hai mạch vòng, mạch vòng dòng điện bên trong và mạch vòng điện áp bên ngoài

Từ các yêu cầu ta có :

• Hệ số điều áp :

• Dòng điện qua tải :

• Độ đập mạch của dòng điện qua cuộn cảm ( chọn độ đập mạch là 15%):

o o

• Đập mạch điện áp trên tụ điện ( chọn độ đập mạch là 0.1%):

2 Cấu trúc điều khiển

Sơ đồ điều khiển theo nguyên lý dòng điện đỉnh

Buck-Boost Converter

Cấu trúc điều khiển theo nguyên lý dòng điện đỉnh

Thiết kế bộ điều khiển

Hàm truyền giữa điện áp đầu ra và dòng điện () được viết lại dưới dạng :

e

p

s

d R G

s d

ω ω

=

Dựa vào Matlab, ta xác định được hàm truyền giữa điện áp đầu ra và dòng điện () là:

•  

4.167 05 2.5 ( )

Đồ thị Bode của hàm truyền Gui(s) :

=> Hệ ổn định nhưng độ dự trữ pha lớn.

1.146( ) 5

ω ω

Tính toán bộ bù loại II

Dùng lệnh: [mag1,phase1] = bode(,2*pi*1000) ta có biên độ và pha của đối tượng tại tần số 1kHz:

Thành phần tích phân (1 ) /� có góc pha không đổi là -90⁰

−

+ +

Tính toán hàm truyền bộ bù Gc(s) bằng Matlab:

2

3.15 6483 ( )

Đồ thị Bode của bộ điều khiển khi thêm bộ bù

=> Hệ ổn định đúng theo thiết kế

Sơ đồ điều khiển trên matlab Simulink

Sơ đồ mạch lực Buck-Boost

Sơ đồ khối tạo xung:

Kết quả mô phỏng:

Dòng qua cuộn cảm khi điện áp ra =15V

Kết quả mô phỏng khi xét đến các ảnh hưởng:

Khi điện áp ra 15V lên 35V

Nhận xét:Bộ điều khiển vẫn đáp ứng được yêu cầu , giá trị ra vẫn bám sát giát trị đặt

 Khi tải thay đổi từ R xuống R/2

Nhận xét: Bộ điều khiển vẫn đáp ứng được yêu cầu , giá trị ra vẫn bám sát giát trị đặt khi tải thay đổi

 Khi nguồn thay đổi 10%

Nhận xét: Bộ điều khiển vẫn đáp ứng được yêu cầu , giá trị ra vẫn bám sát giát trị đặt khi nguồn vào thay đổi

 Bộ điều khiển đáp ứng tốt

 Điện áp ra bám với giá trị đặt, không có độ quá điều chỉnh

 Đáp ứng nhanh 0.005s

 Độ đập mạch nhỏ 0.2%