Nâng cao chất lượng bộ biên đổi DC-DC bằng bộ điều khiển trượt

- Làm rõ cấu trúc, đưa ra mô hình toán học của bộ biến đổi giảm áp. - 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.

pdf26 trang | Chia sẻ: lylyngoc | Ngày: 27/12/2013 | Lượt xem: 1488 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nâng cao chất lượng bộ biên đổi DC-DC bằng bộ điều khiển trượt, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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 dx x co  12 (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) ci dt d C x 1 2  (3.4) 5 Xét dòng điện và điện áp của mạch điện khi khóa đóng ta suy ra được: 2 1 2 1 x CRLC V LC x u LC V x 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 11 10 ,           LC VB in 0 ,          LC VD ref 0 . (3.20) Đáp ứng quĩ đạo pha tương ứng 1,0u được vẽ ở hình 3.2. Hàm trượt được chọn là   02211  xCxcxcx T (3.21) Trong đó  21,ccC T  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 xkhi u   (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 0Li . )( 1 12 xV CR 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 xkhiDCBuCAxC x TTT TTT   (3.36) Sử dụng phương trình (3.20) và (3.35) với điều kiện đầu 0u với 0)( x trong phương trình (3.23) ta được 0)()( 1 2 2 2 11    LC VV x LC c x CR c cx inref L  (3.38) Tương tự với điều kiện thứ hai 1u với 0)( x trong phương trình (3.23) ta cũng có 0)()( 21 2 2 2 12  c LC V x LC c x CR c cx 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 c c L 2 1  . 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 khi CR c c L 2 1  . 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 c c L 2 1  . 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) min 2 ))(( ino Sooin VP TVVV L   (4.1) Trong đó ,1,28(max) s sin f TVV  và chọn W R V IVP L o ooo 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: HL DT i L t i LV s LL L 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 DDV v oc   (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 106813142 10 s s S s Gc 11 Hình 4.4: Sơ đồ khối điều khiển PID bộ giảm áp trên Matlab-Simulink TM 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 c c L 2 1  . 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 0.1821 11.998 11.999 12 12.001 12.002 di en á p ra (V ) 0.182 0.182 0.182 0.182 0.182 0.182 0.1821 0.1821 0.1821 0.1821 0.1821 0 0.5 0.92 1 1.5 Timer(s) D on g di en 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 0.025 0 5 10 12 16 V SMC 0 0.005 0.011 0.015 0.02 0.025 0 0.5 1 1.2 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) Vi n 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 12.2 12 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 7 28 Timer(s) Vi n 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 Điều khiển PID Điều khiển trượt 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 V o PID 0.029 0.0295 0.03 0.0305 0.031 0.0315 0.032 18 20 22 24 V in 0.029 0.0295 0.03 0.0305 0.031 0.0315 0.032 0 2 3 3.5 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 0.032 11.8 12 12.4 V o SMC 0.029 0.0295 0.03 0.0305 0.031 0.0315 0.032 18 24 V in 0.029 0.0295 0.03 0.0305 0.031 0.0315 0.032 0 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 Bộ điều khiển Thông số Điều khiển PID Điều khiển trượt 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 0.1 0 2 3.4 4 Timer(s) iL Dao dong dinh-dinh =3.4A 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) Bộ điều khiển Thông số Điều khiển PID Điều khiển trượt 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 0.045 11.2 11.4 11.6 11.95 12.05 V PID 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0 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 0.045 11.2 11.4 11.6 11.8 12 V o SMC 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.92 5 9.2 Timer(s) iL Thoi gian xac lap =0.01s Thoi gian xac lap =0.005s 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) Bộ điều khiển Thông số Điều khiển PID Điều khiển trượt 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 0.4 0 7.5 12 15 Vo PID 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0 7 9.2 11.5 20 29 Timer(s) iL Thoi gian xac lap =0.3s Thoi gian xac lap =0.3s Dao dong dinh-dinh =4.5A 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 0.4 0 6 12 15 Vo SMC 0 0.02 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0 5 9 2 10 Timer(s) iL Thoi gian xac lap =0.02s Thoi gian xac lap =0.35s 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 Bộ điều khiển Thông số Điều khiển PID Điều khiển trượt 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) V Dien 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

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdftomtat_56_4613.pdf
Luận văn liên quan