nâng cao chất lượng bộ biên đổi dc-dc bằng bộ điều khiển trượt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN VĂN THỤ

NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG BỘ BIÊN ĐỔI DC-DC

BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT

Chuyên ngành : Tự động hóa

Mã số: 60.52.60

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2013

Công trình được hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN ANH DUY

Phản biện 1: PGS.TS. NGUYỄN DOÃN PHƯỚC

Phản biện 2: TS. TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Thạc

sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 05 tháng 05 năm

2013.

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết đề tài

- Đối với bài toán chuyển đổi điện áp DC – DC đã có nhiều

phương pháp nghiên cứu và được ứng dụng trong thực tế như chuyển

đổi nguồn tuyến tính, nguồn ngắt mở (Switched Mode Power

Supply)…Tuy nhiên chúng có những hạn chế như độ ổn định điện áp

ra chưa cao, tổn hao năng lượng lớn, cồng kềnh, giá thành lớn.

- Điều khiển PID đã được ứng dụng cho bộ biến đổi DC-DC

nhưng chất lượng điện áp ra vẫn chưa thỏa mãn được yêu cầu.

- Bộ điều khiển trượt được thiết kế và so sánh với bộ điều khiển

PID cho thấy khả năng ứng dụng để nâng cao chất lượng của bộ biến

đổi DC-DC.

2. Mục tiêu nghiên cứu.

Thiết kế bộ điều khiển trượt cho bộ biến đổi DC-DC giảm áp.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Tìm hiểu bộ biến đổi DC-DC với chuyển mạch đơn bằng cách

sử dụng các phương trình toán học.

- Thực hiện bộ điều khiển PID cho bộ biến đổi DC-DC đã được

nghiên cứu trước đó.

- Thiết kế bộ điều khiển cho bộ biến đổi DC-DC bằng điều khiển

trượt.

- So sánh kết quả thu được từ hai phương pháp điều khiển trên và

kết luận.

4. Phương pháp nghiên cứu

- Tìm hiểu cấu trúc điều khiển và xây dựng mô hình, mô phỏng

trên phần mềm Matlab - Simulik.

5. Bố cục đề tài.

2

Luận văn được tổ chức như sau.

Ngoài phần mở đầu và kết luận, tài liệu tham khảo, luận văn chia

thành 4 chương như sau.

Chương 1 Giới thiệu chung về bộ biến đổi DC-DC

Chương 2 Nguyên lý điều khiển trượt

Chương 3 Điều khiển trượt cho bộ biến đổi DC-DC

Chương 4 Mô phỏng kiểm chứng trên nền Matlab- Simulink Kết

luận và hướng phát triển của đề tài.

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC

1.1. GIỚI THIỆU

1.2. PHÂN LOẠI CÁC BỘ BIẾN ĐỔI BÁN DẪN

1.3. KHÁI QUÁT VỀ MẠCH BĂM XUNG

1.3.1. Khái niệm

1.3.2. Ưu điểm của phương pháp dùng mạch băm xung

1.3.3. Phân loại

1.3.4. Nguyên tắc hoạt động chung của mạch băm xung

1.3.5. Các phương pháp điều chỉnh điện áp ra

a. Phương pháp thay đổi độ rộng xung

b. Phương pháp thay đổi tần số xung

1.4. CÁC BỘ BIẾN ĐổI DC-DC

1.4.1. Bộ biến đổi giảm áp (buck converter)

1.4.2. Bộ biến đổi đảo áp (buck-boost converter)

1.4.3. Bộ biến đổi tăng áp (boost converter)

1.5. CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC BỘ CHUYỂN ĐỔI

ĐIỆN ÁP DC-DC

1.5.1. Chế độ dòng điện liên tục

1.5.2. Chế độ dòng điện gián đoạn

3

1.5.3 Chọn giá trị Lmin cho chuyển đổi điện áp DC-DC

1.6. KẾT LUẬN

Bộ biến đổi DC-DC có nhiều ưu điểm vượt trội như kết cấu mạch

đơn giản, hoạt động cho hiệu suất cao nhờ kĩ thuật băm xung áp một

chiều, tổn thất điện năng thấp. Bằng phương trình toán học cũng cho

biết làm thế nào ta chọn được Lmin cho ba bộ chuyển đổi (giảm áp,

tăng áp và đảo áp) để chắc chắn hoạt động trong chế độ DĐGĐ hoặc

DĐLT điện áp.

CHƯƠNG 2. NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT

2.1. GIỚI THIỆU

2.2. CÁC HỆ THỐNG CẤU TRÚC BIẾN

2.2.1. Điều khiển đối với các hệ thống điều chỉnh bằng

chuyển mạch đơn.

2.2.2. Các mặt trượt

2.2.3. Cơ sở nguyên lí điều khiển trượt

2.3. XEM XÉT NGUYÊN LÍ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT

2.3.2. Điều kiện tồn tại

2.3.3. Điều kiện tiếp cận

2.3.4. Mô tả hệ thống trong phương thức trượt

2.3.5. Rung (chattering)

2.4. KẾT LUẬN

Chương này nêu lên những vấn đề về nguyên lý điều khiển trượt.

Sau khi tìm hiểu phương pháp điều khiển trên, tác giả luận văn chọn

phương pháp điều khiển trượt làm cơ sở cho việc nghiên cứu bởi vì

phương pháp này có các ưu điểm là tính bền vững đối với sự thay đổi

của nhiễu, đáp ứng nhanh và độ chính xác cao, phù hợp với các đối

tượng điều khiển có tính phi tuyến mạnh. Tuy nhiên phương pháp điều

khiển trượt truyền thống có nhược điểm là xuất hiện hiện tượng

4

chattering, một hiện tượng không mong muốn, ảnh hưởng rất lớn đến

chất lượng của hệ điều khiển trượt. Việc nghiên cứu hạn chế hiện

tượng chattering là định hướng để nâng cao chất lượng hệ điều khiển

chuyển động.

CHƯƠNG 3. ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT CHO BỘ BIẾN ĐỔI

DC-DC

3.1. MÔ HÌNH CỦA HỆ THỐNG CỦA BỘ BIẾN ĐỔI

DC-DC GIẢM ÁP

Để tìm mô hình của hệ thống của bộ biến đổi giảm áp DC-DC,

trong luận án này ta chỉ xét bộ biến đổi giảm áp DC-DC hoạt động ở

chế độ liên tục.

Hình 3.1: Bộ biến đổi DC-DC giảm áp (u=1 là đóng, u=0 là ngắt)

Ở hình 3.1, sẽ thuận tiện hơn nếu sử dụng hệ thống mô tả liên

quan đến sai lệch điện áp ra đầu ra và đạo hàm của nó nghĩa là

oref VVx 1 (3.1)

C

i

dt

dV

dt

dxx co 1

2 (3.2)

Trong đó refV là điện áp tham chiếu (điện áp ra mong muốn), Vo là

điện áp ra thực trên tải, ci dòng điện qua tụ. Như vậy

21 xx (3.3)

cidt

d

Cx

12 (3.4)

5

Xét dòng điện và điện áp của mạch điện khi khóa đóng ta suy ra

được:

2

12

1x

CRLC

V

LC

xu

LC

Vx

L

refin (3.13)

(3.3) và (3.13) là phương trình trạng thái với các biến x1 và x2 của

bộ biến đổi DC-DC giảm áp.

3.2 ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT CHO BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC

GIẢM ÁP

3.1.1. Mặt phẳng pha mô tả điều khiển cho trượt bộ giảm

áp DC-DC

Có thể viết lại phương trình trạng thái của bộ biến đổi giảm áp

DC-DC ở dạng:

DBuAxx (3.19)

Trong đó u là đại lượng đầu vào gián đoạn được giả thiết có giá trị 0

hoặc 1

CRLC

A

L

1110

,

LC

VB in

0,

LC

VD ref

0 . (3.20)

Đáp ứng quĩ đạo pha tương ứng 1,0u được vẽ ở hình 3.2.

Hàm trượt được chọn là

02211 xCxcxcx T (3.21)

Trong đó 21,ccCT là véctơ của hệ số mặt phẳng trượt và

Txxx 21 . Phương trình (3.21) mô tả đường thẳng trong mặt phẳng

pha đi qua gốc tọa độ (chính là điểm hoạt động ổn định cho bộ biển đổi

điện áp: sai lệch điện áp ra bằng 0 và đạo hàm sai lệch bằng 0).

Thay phương trình (3.3), (3.13) vào (3.21) dẫn đến

0)( 1211 xcxcx (3.22)

Phương trình (3.22) mô tả hệ thống động trong chế độ trượt.

6

Ta chọn luật điều khiển bám

,0)(0

0)(1

xkhi

xkhiu

(3.23)

Khi khóa (van) ngắt thì dòng điện qua cuộn cảm ( Li ) được giả

định giá trị là không âm, Li tiến về 0 và bằng 0, tụ ngừng nạp, hàm mũ

nạp điện của tụ tiến về 0. Điều này tương ứng với chế độ dẫn gián

đoạn và đặt sự giới hạn lên biến trạng thái. Biến vùng này có thể suy

ra giới hạn 0Li .

)(1

12 xVCR

x ref

L

Hình 3.2: Quĩ đạo của hệ thống và đường trượt trong mặt phẳng pha

của bộ biến đổi giảm áp

3.1.2. Điều kiện tồn tại chế độ trượt

Để chứng minh điều kiện tồn tại chế độ trượt trong v ng trượt

của bộ giảm áp DC-DC ta lấy đạo hàm phương trình (3.21)

0)( xCx T (3.34)

Thay phương trình (3.19) vào (3.34) ta được

7

DCBuCAxCx TTT )( (3.35)

Với điều kiện tồn tại cho v ng trượt từ phương trình (2.11) ta có:

.0)(0

0)(0)(

xkhiDCBuCAxC

xkhiDCBuCAxCx

TTT

TTT

(3.36)

Sử dụng phương trình (3.20) và (3.35) với điều kiện đầu 0u

với 0)( x trong phương trình (3.23) ta được

0)()( 12

22

11

LC

VVx

LC

cx

CR

ccx

inref

L

(3.38)

Tương tự với điều kiện thứ hai 1u với 0)( x trong phương

trình (3.23) ta cũng có

0)()( 212

22

12 cLC

Vx

LC

cx

CR

ccx

ref

L

(3.40)

Phương trình 0)(1 x và 0)(2 x xác định hai đường thẳng

trong mặt phẳng pha với c ng độ dốc đi qua hai điểm tương ứng là

( 0,refV ) và (inref VV ).

Vùng tồn tại chế độ trượt trong hình 3.3 cho CRcc L21 và

trong hình 3.4 cho CRcc L21 . Có thể nhìn thấy rằng, giá trị của c1

giảm thì gây ra sự suy giảm của vùng tồn tại chế độ trượt (hệ số c1

của đường trượt cũng quyết định đáp ứng động của hệ thống trong chế

độ trượt). Từ phương trình (3.22) đáp ứng động của hệ thống ở bậc 1

với hằng số thời gian 12 cc . Như vậy tốc độ đáp ứng cao nghĩa là

CRL ở (3.38) và (3.40) sẽ giới hạn tồn tại chế độ trượt và là

nguyên nhân gây quá điều chỉnh trong thời gian quá độ.

8

Hình 3.3 : Vùng tồn tại của chế độ trượt trong mặt phẳng pha khi

CR

cc

L

21 . Ranh giới các vùng được chỉ rõ bởi phương trình( 3.38) và

(3.40). Điểm (Vref ,0) chắn vùng quĩ đạo khi khóa(van) đóng và điểm

(Vref –Vin,,0) khi khóa(van) ngắt.

Hình 3.4: Vùng tồn tại của chế độ trượt trong mặt phẳng pha

khiCR

cc

L

21 . Ranh giới các vùng được chỉ rõ bởi phương trình (3.38)

và (3.40). Điểm Vref ,0) chắn vùng quĩ đạo khi khóa(van) đóng và điểm

(Vref –Vin,,0) khi khóa(van) ngắt

9

3.3. KẾT LUẬN

Qua việc phân tích tính ổn định của chế độ trượt trong mặt phẳng

pha cho bộ biến đổi DC-DC giảm áp, ta nhận thấy rằng để hệ thống

hoạt động ổn định thì ta chọn hệ số CR

cc

L

21 .

CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG TRÊN NỀN

MATLAB-SIMULINK

4.1. MẠCH LỰC BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC GIẢM ÁP

4.1.1. Xây dựng thông số mạch lực

Hình 4.1: Sơ đồ bộ biến đổi DC-DC giảm áp

Tham số ban đầu của bộ chuyển đổi DC-DC giảm áp được chọn

là KHzfRVVVV sLoin 100,13,12,24 Để mạch hoạt động chế

độ dòng điện liên tục thì

(max)(min)

2(max)

min2

))((

ino

Sooin

VP

TVVVL

(4.1)

Trong đó

,1,28(max)s

sin fTVV và chọn

WR

VIVP

L

oooo 11.0

1300

12.

2

(max)

2

(min)(min) ,

Thay vào phương trình (4.1) ta được HL 45min

10

- Chọn giá trị gợn sóng dòng điện Li là 1A, ta tìm được giá trị

điện cảm L cần thiết cho bộ chuyển đổi DC-DC giảm áp từ phương

trình:

HLDT

iL

t

iLV

s

LLL 60

- Chọn giá trị gợn sóng Vvv oc 003.0 , từ phương trình

(4.3) ta tìm được giá trị tụ C.

28

)1(

LCf

DDVv o

c

(4.3)

FC 208 , ta chọn FC 220

4.1.2. Mô hình hóa mạch động lực trên Matlab-Simulink

Hình 4.3: Mô hình bộ biến đổi DC-DC giảm áp

4.2. XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN

4.2.1. Bộ điều khiển PID

khiển PID cho bộ biến đổi DC-DC giảm áp có các thông số mạch

lực:

kHzfVVVV

RHLFC

soin

L

100,12,24

,13,60,220

là

91106

10681314210

s

s

S

sGc

11

Hình 4.4: Sơ đồ khối điều khiển PID bộ giảm áp trên

Matlab-SimulinkTM

Ghép với mô hình mạch lực bộ biến đổi ta có sơ đồ mô phỏng

Hình 4.5: Điều khiển PID cho bộ biến đổi giảm áp

4.2.2. Xây dựng bộ điều khiển trượt

Sử dụng bộ điều khiển trượt với mặt trượt 2211)( xcxcx , ta

xác định luật điều khiển sau:

00)( 2211 uxcxc

10)( 2211 uxcxc

)( 2211 xcxcsignu

Trong đó 1x là sai lệch điện áp đầu ra, 2x là đạo hàm của 1x và

12

c1,c2 là hằng số tích phân được lấy là dương.

Hình 4.8: Điều khiển trượt cho bộ biến đổi DC-DC giảm áp

Giá trị c1,c2 được chọn sao cho giảm độ quá điều chỉnh thấp nhất với

điều kiện là CR

cc

L

21 . Nếu ta chọn c1 = 1 thì 0028.02 c , qua nhiều

lần thử nghiệm ta chọn c2 = 0.0025

Mô phỏng ta được dạng sóng điện áp và dòng điện như sau.

0.182 0.182 0.182 0.182 0.182 0.182 0.1821 0.1821 0.1821 0.1821 0.182111.998

11.999

12

12.001

12.002

die

n á

p r

a (

V)

0.182 0.182 0.182 0.182 0.182 0.182 0.1821 0.1821 0.1821 0.1821 0.18210

0.5

0.921

1.5

Timer(s)

Do

ng

die

n q

ua

L (

A)

Hình 4.9: Gợn sóng điện áp ra Vo và dòng điện qua cuộn cảm L

13

Ta thấy độ dao động dòng điện là 1A quanh giá trị cân bằng 9.2A

và độ dao động điện áp rất nhỏ khoảng 0.003V.

4.3. SO SÁNH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT

VỚI ĐIỀU KHIỂN PID

Các kết quả sau đây được thực hiện mô phỏng điều khiển trượt

với điều khiển PID trên cùng mô hình bộ biến đổi điện áp DC-DC

giảm áp

4.3.1. Thời gian xác lập và độ quá điều chỉnh

0 0.002 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025

5

10

12

15

V

PID

0 0.002 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025

2

10

20

30

Timer(s)

A

Qua dieu chinh =3V

Qua dieu chinh =28A

Thoi gian xac lap =0.002s

Hình 4.12: Điện áp ra Vo và dòng điện qua L bằng điều khiển PID

Cho ta thấy thời gian xác lập là 0.002s và độ quá điều chỉnh dòng

điện là 28A và điện áp ra là 3V.

14

0 0.005 0.011 0.015 0.02 0.0250

5

10

12

16V

SMC

0 0.005 0.011 0.015 0.02 0.0250

0.5

11.2

2

3

Timer(s)

A

Thoi gian xac lap = 0.011s

Thoi gian xac lap = 0.011s

Hình 4.13 : Điện áp ra Vo và dòng điện qua L của điều khiển trượt

Cho ta thấy thời gian xác lập là 0.011s và độ quá điều chỉnh dòng

điện không đáng kể.

Bảng so sánh 4.1: Thời gian xác lập và độ quá điều chỉnh

Bộ điều khiển

Thông số

Điều khiển PID Điều khiển trượt

Thời gian

xác lập

Độ quá

điều chỉnh

Thời gian

xác lập

Độ quá

điều chỉnh

Điện áp ra (Vo) 0.002s 3V 0.011s 0V

Dòng điện qua L 0.002s 28A 0.011s 0A

*Nhận xét: Nhìn vào bảng so sánh 4.1, ta thấy bộ điều khiển trượt có

thời gian xác lập lớn (0.011s) gấp 9 lần so với PID (0.002s), nhưng b

lại độ quá điều chỉnh không đáng kể so với PID.

15

4.3.2. Tác động của sự thay đổi điện áp vào (Vin)

a. Điện áp vào Vin tăng từ 24V lên 28V

0.02 0.021 0.022 0.023 0.024 0.025 0.026 0.027 0.028 0.029 0.03

11.8

12

12.2

Vo

PID

0.02 0.021 0.022 0.023 0.024 0.025 0.026 0.027 0.028 0.029 0.03

24

25

26

27

28

Timer(s)

Vin

Hình 4.14: Điện áp ra của điều khiển PID khi Vin từ 24V lên 28V

0.02 0.021 0.022 0.023 0.024 0.025 0.026 0.027 0.028 0.029 0.03

12.212

11.8

Vo

SMC

0.02 0.021 0.022 0.023 0.024 0.025 0.026 0.027 0.028 0.029 0.03

24

25

26

27

28

Timer(s)

Vin

Hình 4.15: Điện áp ra điều khiển trượt khi Vin tăng từ 24V lên 28V

16

Bảng so sánh 4.2: Hệ thống làm việc khi điện áp vào từ 24V lên 28V

Bộ điềukhiển

Thông số


Thời gian

xác lập

Dao động

đỉnh-đỉnh

Thời gian

xác lập

Dao động

đỉnh-đỉnh

Điện áp ra (Vo) 0 s 0 V 0 s 0 V

*Nhận xét: Nhìn vào bảng so sánh 4.2 ta thấy điện áp ra cả hai bộ

điều khiển cho độ ổn định rất tốt điện áp ra khi điện áp vào Vin tăng.

b. Điện áp vào Vin giảm từ 24V xuống 18V

0.029 0.0295 0.03 0.0305 0.031 0.0315 0.032

11.9

12

12.15

12.4

Vo

PID

0.029 0.0295 0.03 0.0305 0.031 0.0315 0.032

18

20

22

24

Vin

0.029 0.0295 0.03 0.0305 0.031 0.0315 0.0320

2

33.5

Timer(s)

iL

Dao dong dinh-dinh =0.2V

Dao dong dinh-dinh =3.5A

Hình 4.16: Điện áp ra điều khiển PID khi Vin giảm từ 24V đến 18V

17

0.029 0.0295 0.03 0.0305 0.031 0.0315 0.03211.8

12

12.4

Vo

SMC

0.029 0.0295 0.03 0.0305 0.031 0.0315 0.032

18

24

Vin

0.029 0.0295 0.03 0.0305 0.031 0.0315 0.0320

0.4

1

1.4

2

Timer(s)

iL

Dao dong dinh-dinh =1A

Hình 4.17: Điện áp ra điều khiển trượt khi Vin giảm từ 24V đến 18V

Bảng so sánh 4.3: Hệ thống làm việc khi Vin từ 24V xuống 18V


Thông số


Thời gian

xác lập

Dao động

đỉnh-đỉnh

Thời gian

xác lập

Dao động

đỉnh-đỉnh

Điện áp ra (Vo) 0 s 0.2V 0 s 0 V

Dòng điện qua L 0 s 3.4A 0 s 1A

*Nhận xét: Nhìn vào bảng so sánh 4.3, ta thấy điện áp ra của bộ

điều khiển trượt vẫn ổn định trong khi điện áp ra bộ điều khiển PID

bắt đầu có gợn sóng điện áp tăng (0.2V) và dòng điện qua L là gián

đoạn.

4.3.3. Tác động sự thay đổi giá trị tải

a. Hệ thống làm việc không tải (RL = 1.3kΩ)

18

0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1

11.7

12

12.3

Vo

PID

0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

2

3.4

4

Timer(s)

iL


Dao dong dinh-dinh =0.6V

Hình 4.18: Điện áp ra điều khiển PID khi hệ thống làm việc không tải

0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1

11.7

12

12.3

Vo

SMC

0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1

0

1

2

Timer(s)

iL

Hình 4.19: Điện áp ra điều khiển trượt khi khi hệ thống làm việc

không tải

19

Bảng so sánh 4.4: Hệ thống làm việc không tải (RL = 1.3kΩ)


Thông số


Thời gian

xác lập

Dao động

đỉnh-đỉnh

Thời gian

xác lập

Dao động

đỉnh-đỉnh

Điện áp ra (Vo) s0 6.0 V s0 0 V

Dòng điện qua L s0 3.4A s0 0 A

*Nhận xét: Nhìn vào bảng so sánh 4.4, ta thấy điện áp ra và dòng điện

qua L của điều khiển trượt rất ổn định so với điều khiển PID.

b. Hệ thống làm việc quá tải (RL = 1.3Ω)

0.025 0.03 0.035 0.04 0.04511.2

11.4

11.6

11.95

12.05

V

PID

0.025 0.03 0.035 0.04 0.0450

7.2

9.2

11.2

15

Timer(s)

A

Dao dong dinh - dinh =4A

Dao dong dinh - dinh =0.1V

Hình 4.20: Điện áp ra điều khiển PID khi hệ thống làm việc quá tải

20

0.025 0.03 0.035 0.04 0.04511.2

11.4

11.6

11.8

12

Vo

SMC

0.025 0.03 0.035 0.04 0.045

0.92

5

9.2

Timer(s)

iL



Hình 4.21: Điện áp ra điều khiển trượt khi hệ thống làm việc quá tải

Bảng so sánh 4.5: Hệ thống làm việc quá tải (RL=1.3Ω)


Thông số


Thời gian

xác lập

Dao động

đỉnh-đỉnh

Thời gian

xác lập

Dao động

đỉnh-đỉnh

Điện áp ra (Vo) s0 1.0 V s01.0 0 V

Dòng điện qua L s0 4A s005.0 0 A

*Nhận xét: Nhìn vào bảng so sánh 4.5, ta thấy điện áp ra và dòng

điện qua L bộ điều khiển trượt rất tốt so với điều khiển PID, tuy nhiên

thời gian xác lập của bộ điều khiển trượt lớn hơn gấp 10 lần so với

điều khiển PID.

21

c. Hệ thống làm việc với tải có thành phần điện kháng

L= 100mH RL= 1.3Ω

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.40

7.5

12

15

Vo

PID

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.40

79.2

11.5

20

29

Timer(s)

iL




Hình 4.22: Điện áp ra và dòng điện trên L điều khiển PID khi hệ

thống làm việc với tải có thành phần điện kháng

0 0.02 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.40

6

12

15

Vo

SMC

0 0.02 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.40

5

9.210

Timer(s)

iL



Hình 4.23: Điện áp ra và dòng điện trên L của điều khiển trượt khi hệ

thống làm việc với tải có thành phần điện kháng

22

Bảng so sánh 4.6: Hệ thống làm việc với tải có điện kháng


Thông số


Thời gian

xác lập

Dao động

đỉnh-đỉnh

Thời gian

xác lập

Dao động

đỉnh-đỉnh

Điện áp ra (Vo) s3.0 Không

đáng kể

s02.0 0V

Dòng điện qua L s3.0 3.5A s35.0 0.5A

*Nhận xét: Nhìn vào bảng so sánh 4.6, ta thấy thời gian xác lập điện

áp luôn nhanh hơn thời gian xác lập dòng điện qua L, cả hai bộ điều

khiển có độ ổn định tốt.

4.4. KẾT QUẢ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT CHO BỘ BIẾN ĐỔI DC-

DC TĂNG ÁP

Điều khiển trượt cho bộ biến đổi DC-DC tăng áp có các thông số

mạch lực là:

kHzfVVVVRHLFC soinL 100,24,12,20,80,220

Hình 4.28: Bộ biến đổi DC-DC tăng áp

Khi mô phỏng ta thu được các kết quả sau :

23

0 1 2 3 4

x 10-4

0

5

10

15

20

24

Timer(s)

VDien ap ra Vo

Hình 4.29: Điện áp ra của bộ biến đổi DC-DC tăng áp

*Nhận xét: Ta thấy điện áp ra tiến nhanh đến giá trị cân bằng trong

thời gian rất ngắn là 0.00005s, không xảy ra quá điều chỉnh và độ dao

động điện áp ra rất nhỏ.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Luận văn đã giải quyết khá thành công yêu cầu của đề tài là

“nâng cao chất lượng bộ biến đổi DC-DC bằng điều khiển trượt”

mà cụ thể là bộ biến đổi giảm áp. Bằng việc so sánh các kết quả mô

phỏng giữa bộ điều khiển trượt và điều khiển PID ta thấy chất lượng

điện áp ra bộ điều khiển trượt luôn ổn định và điều này thể hiện khả

năng nâng cao chất lượng điện áp ra của bộ biển đổi DC-DC bằng bộ

điều khiển trượt. Luận văn này đã thực hiện được các yêu cầu sau:

- Làm rõ cấu trúc, đưa ra mô hình toán học của bộ biến

đổi giảm áp.

24

- Nghiên cứu nguyên lý điều khiển trượt thông qua việc nghiên

cứu các khái niệm về hệ thống cấu trúc biến, mặt trượt và tính

tiếp cận được của các mặt trượt...

- Xây dựng bộ điều khiển cho bộ biến đổi giảm áp trên cơ sở

áp dụng nguyên lý điều khiển trượt, khảo sát tính ổn định trên mô hình

toán học hệ thống.

- Đưa ra cấu trúc của các bộ điều khiển trên nền Matlab &

Simulink. Thực hiện mô phỏng khảo sát các đặc tính chất lượng hệ

thống, hoàn thiện thiết kế cho hệ thống.

- So sánh kết quả điều khiển trượt với điều khiển PID để cho thấy

rằng điều khiển trượt có ưu thế hơn nhiều so với điều khiển PID.

- Đưa ra các kết quả điều khiển trượt cho bộ biến đổi DC-DC tăng

áp xuất phát từ ý tưởng luật điều khiển trượt của bộ biến đổi DC-DC

giảm áp.

Trong tương lai đề tài có thể được phát triển theo hướng sau:

- Thực hiện trên mô hình thực tế.

- Có thể đưa iL vào biến trạng thái để thực hiện điều khiển cho ba

chuyển đổi giảm áp, tăng áp và đảo áp

Documents

nâng cao chất lượng bộ biên đổi dc-dc bằng bộ điều khiển trượt