Luận văn: NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG BỘ BIÊN ĐỔI DC-DC BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT

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
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận văn: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 THỤNÂNG 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 NẴNGNgười hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN ANH DUYPhản biện 1: PGS.TS. NGUYỄN DOÃN PHƯỚCPhản biện 2: TS. TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐCLuận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Thạcsĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 05 tháng 05 năm2013. * 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 nhiềuphương pháp nghiên cứu và được ứng dụng trong thực tế như chuyểnđổi nguồn tuyến tính, nguồn ngắt mở (Switched Mode PowerSupply)…Tuy nhiên chúng có những hạn chế như độ ổn định điện ápra chưa cao, tổn hao năng lượng lớn, cồng kềnh, giá thành lớn. - Điều khiển PID đã được ứng dụng cho bộ biến đổi DC-DCnhưng 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 khiểnPID cho thấy khả năng ứng dụng để nâng cao chất lượng của bộ biếnđổi 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 cáchsử dụng các phương trình toán học. - Thực hiện bộ điều khiển PID cho bộ biến đổi DC-DC đã đượcnghiên cứu trước đó. - Thiết kế bộ điều khiển cho bộ biến đổi DC-DC bằng điều khiểntrượt. - So sánh kết quả thu được từ hai phương pháp điều khiển trên vàkết luận. 4. Phương pháp nghiên cứu - Tìm hiểu cấu trúc điều khiển và xây dựng mô hình, mô phỏngtrên 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 chiathành 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 Kếtluận và hướng phát triển của đề tài. CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC1.1. GIỚI THIỆU1.2. PHÂN LOẠI CÁC BỘ BIẾN ĐỔI BÁN DẪN1.3. 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 xung1.4. 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-DC1.6. KẾT LUẬN Bộ biến đổi DC-DC có nhiều ưu điểm vượt trội như kết cấu mạchđơn giản, hoạt động cho hiệu suất cao nhờ kĩ thuật băm xung áp mộtchiều, tổn thất điện năng thấp. Bằng phương trình toán học cũng chobiết 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 hoặcDĐLT điện áp. CHƯƠNG 2. NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT2.1. GIỚI THIỆU2.2. 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 trượt2.3. 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 chọnphương pháp điều khiển trượt làm cơ sở cho việc nghiên cứu bởi vìphương pháp này có các ưu điểm là tính bền vững đối với sự thay đổicủa nhiễu, đáp ứng nhanh và độ chính xác cao, phù hợp với các đốitượng điều khiển có tính phi tuyến mạnh. Tuy nhiên phương pháp điềukhiển trượt truyền thống có nhược điểm là xuất hiện hiện tượng 4chattering, một hiện tượng không mong muốn, ảnh hưởng rất lớn đếnchất lượng của hệ điều khiển trượt. Việc nghiên cứu hạn chế hiệntượng chattering là định hướng để nâng cao chất lượng hệ điều khiểnchuyển động. CHƯƠNG 3. ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT CHO BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC3.1. 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 ởchế 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 liênquan đến sai lệch điện áp ra đầu ra và đạo hàm của nó nghĩa là x1  Vref  Vo (3.1) dx1 dV i x2   o  c (3.2) dt dt C Trong đó Vref là điện áp tham chiếu (điện áp ra mong muốn), Vo làđiện áp ra thực trên tải, ic dòng điện qua tụ. Như vậy x1  x2  (3.3) 1 d x2    ic ...