THiết kế hệ thống điện tử công suất_ mô hình flyback

www.trungtamtinhoc.edu.vn

Học phần: Thiết kế điện tử công suất

EE4336

Thiết kế bộ điều khiển phản hồi trạng

thái cho bộ biến đổi Flyback

Sinh viên: Lê Văn Công

MSSV: 20130450

Lớp: KT ĐK&TĐH 04 K58

1/9/2017 1

www.trungtamtinhoc.edu.vn

Nội Dung

1. Mô hình hóa bộ biến đổi

2. Thiết kế bộ điều khiển phản hồi trạng

thái gán điểm cực

3. Mô phỏng simunlink

1/9/2017 2

www.trungtamtinhoc.edu.vn

1. Mô hình hóa bộ biến đổi

Sơ đồ bộ biến đổi

1/9/2017 3

www.trungtamtinhoc.edu.vn

1. Mô hình hóa bộ biến đổi

Trạng thái 1: Q_ON, D_OFF

1/9/2017 4

𝐿𝑑𝑖𝐿𝑑𝑡

= 𝐸

𝐶𝑑𝑢𝐶𝑑𝑡

= −𝑢𝐶𝑅

www.trungtamtinhoc.edu.vn

1. Mô hình hóa bộ biến đổi

Trạng thái 2: Q_Off, D_On

1/9/2017 5

𝐿𝑑𝑖𝐿𝑑𝑡

=−𝑢𝐶𝑛

𝐶𝑑𝑢𝐶𝑑𝑡

=𝑖𝐿𝑛−𝑢𝐶𝑅

www.trungtamtinhoc.edu.vn

1. Mô hình hóa bộ biến đổi

Mô hình đóng cắt: hàm đóng cắt s=0,1

1/9/2017 6

𝐿𝑑𝑖𝐿𝑑𝑡

= 𝑠𝐸 − (1 − 𝑠)𝑢𝐶𝑛

𝐶𝑑𝑢𝐶𝑑𝑡

= (1 − 𝑠)𝑖𝐿𝑛−𝑢𝐶𝑅

www.trungtamtinhoc.edu.vn

1. Mô hình hóa bộ biến đổi

Mô hình trung bình với hệ số điều chế d

1/9/2017 7

𝐿𝑑𝑖𝐿𝑑𝑡

=< d > 𝐸 −< 1 − 𝑑 >𝑢𝐶𝑛

𝐶𝑑𝑢𝐶𝑑𝑡

=< 1 − 𝑑 >𝑖𝐿𝑛−𝑢𝐶𝑅

www.trungtamtinhoc.edu.vn

1. Mô hình hóa bộ biến đổi

Thời điểm xác lâp d/dt=0 nên ta có điểm

làm việc cân bằng:

1/9/2017 8

𝑈𝐶 =𝐷𝐸𝑛

1 − 𝐷

𝐼𝐿 =𝑈𝐶𝑛

)𝑅(1 − 𝐷

www.trungtamtinhoc.edu.vn

1. Mô hình hóa bộ biến đổi

Tuyến tính hóa quanh điểm làm việc

cần bằng ta thu được mô hình tín hiệu

nhỏ :

1/9/2017 9

𝐿𝑑 𝑖𝐿𝑑𝑡

= (𝐷 + 𝑑)𝐸 − (1 − 𝐷 − 𝑑)𝑈𝐶 + 𝑢𝐶

𝑛

𝐶𝑑 𝑢𝐶𝑑𝑡

= (1 − 𝐷 − 𝑑)𝐼𝐿 + 𝑖𝐿

𝑛−𝑈𝐶 + 𝑢𝐶

𝑅

www.trungtamtinhoc.edu.vn

1. Mô hình hóa bộ biến đổi

Biến đổi ta có:

1/9/2017 10

𝐿𝑑 𝑖𝐿𝑑𝑡

= 𝑢𝐶)−(1 − 𝐷

𝑛+ 𝑑 𝐸 +

𝑢𝐶𝑛

𝐶𝑑 𝑢𝐶𝑑𝑡

= 𝑖𝐿1 − 𝐷

𝑛−

𝑢𝐶𝑅

+ 𝑑−𝐼𝐿𝑛

www.trungtamtinhoc.edu.vn

1. Mô hình hóa bộ biến đổi

Chuyển sang không gian trạng thái với:

- biến trạng thái x=

- biến ra y=

- đầu vào u=

1/9/2017 11

𝑖𝐿 𝑢𝐶

𝑑

𝑢𝐶

𝑥 = 𝐴 𝑥 + 𝐵𝑢

𝑦 = 𝐶 𝑥

www.trungtamtinhoc.edu.vn

1. Mô hình hóa bộ biến đổi

Các ma trận hệ thống:

A=

B= C=[0 1]

1/9/2017 12

0 −1 − 𝐷

𝑛𝐿1 − 𝐷

𝑛𝐶−

1

𝑅𝐶

1

𝐿(𝐸 +

𝑈𝐶

𝑛

−𝐼𝐿𝑛𝐶

www.trungtamtinhoc.edu.vn

2. Điều khiển phản hồi trạng thái

Thông số mạch lực:

E=15V f=10kHz

Uc=5V n=0.5

L=0.3mH R=5Ω

C=4mF

Ta có: - Hệ số điều chế D=0.4

- dòng điện IL=0.83A

1/9/2017 13

www.trungtamtinhoc.edu.vn

2. Điều khiển phản hồi trạng thái

Cấu trúc điều khiển DC/DC theo

phương pháp phản hồi trạng thái

1/9/2017 14

www.trungtamtinhoc.edu.vn

2. Điều khiển phản hồi trạng thái

Đối tượng sau khi gán điểm cực:

Xác định K để hệ có điểm cực mong

muốn với w𝑛 = 4000rad/s và 𝜉𝑛= 0.7

𝑝n= với

1/9/2017 15

𝑥 = (𝐴 − 𝐵𝐾). 𝑥 + 𝐵.w

𝑦 = 𝐶. 𝑥

𝑝1 𝑝2𝑝1 = −𝜉𝑛w𝑛 + 𝑗𝑤𝑛 1 − 𝜉𝑛

2

𝑝2 = −𝜉𝑛w𝑛 − 𝑗𝑤𝑛 1 − 𝜉𝑛2

www.trungtamtinhoc.edu.vn

2. Điều khiển phản hồi trạng thái

- Để đảm bảo không có sai lệch tĩnh và

có thể bám được nhưng thay đổi

chậm của lượng đặt, ta thêm khâu

tích phân Kc .

1/9/2017 16

www.trungtamtinhoc.edu.vn

2. Điều khiển phản hồi trạng thái

Sử dụng matlab tính toán K

1/9/2017 17

www.trungtamtinhoc.edu.vn

2. Điều khiển phản hồi trạng thái

Tính toán KC

1/9/2017 18

www.trungtamtinhoc.edu.vn

2. Điều khiển phản hồi trạng thái

Kết quả ta thu được

K=[0.0695 0.5758]

Kc= 806.397

1/9/2017 19

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Dùng lệnh >>rlocus(sys) ta thu được

- quỹ đạo điểm cực hệ hở

1/9/2017 20

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Dùng lệnh >>rlocus(sys) ta thu được

- quỹ đạo điểm cực hệ hở

1/9/2017 21

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Dùng lệnh >>rlocus(sys_n) ta thu được

- quỹ đạo điểm cực sau khi gán

1/9/2017 22

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Dùng lệnh >>rlocus(sys) ta thu được

- quỹ đạo điểm cực sau khi gán

1/9/2017 23

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Dùng lệnh >>rlocus(sys) ta thu được

- quỹ đạo điểm cực sau khi gán

1/9/2017 24

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Đồ thị bode của đối tượng chưa có bộ

bù tích phân:

1/9/2017 25

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Đồ thị bode của đối tượng sau khi có

bộ bù tích phân

1/9/2017 26

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Mô phỏng Simulink

1/9/2017 27

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Mạch lực

1/9/2017 28

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Kết quả mô phỏng với khi đầu vào là

xung

Điện áp ra trên R

1/9/2017 29

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Thời gian quá độ

1/9/2017 30

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Độ quá điều chỉnh

1/9/2017 31

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Độ đập mạch

1/9/2017 32

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Dòng điện IL

1/9/2017 33

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

khi thêm khâu quá độ với Tqt=0.01s

1/9/2017 34

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

khi thêm khâu quá độ với Tqt=0.01s

Đồ thị điện áp ra trên tải

1/9/2017 35

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Độ đập mạch

1/9/2017 36

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Đầu vào thay đổi

1/9/2017 37

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Khi Đầu vào thay đổi 5v -> 6V

1/9/2017 38

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Thời gian qua độ và độ quá điều chỉnh

1/9/2017 39

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Khi Đầu vào thay đổi 5v -> 6V

1/9/2017 40

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Dòng iL

1/9/2017 41

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Khi đầu vào có nhiểu là tín hiệu xoay

chiều nhỏ biên dộ 1V tần số 50Hz

1/9/2017 42

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Khi đầu vào có nhiểu là tín hiệu xoay

chiều nhỏ biên dộ 1V tần số 50Hz

1/9/2017 43

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Dòng trên cuộn cảm

1/9/2017 44

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3. Mô phỏng

Dòng trên cuộn cảm

1/9/2017 45