Bài giảng Thiết kế hệ thống điều khiển điện tử công suất - Điều khiển bộ biến đổi điện tử công suất theo phương pháp tuyến tính hóa chính xác

Thiết kế hệ thống điều khiển điện tử công suất Điều khiển bộ biến đổi ĐTCS theo phương pháp tuyến tính hóa chính xác TS. Vũ Hoàng Phương BM. Tự động hóa Công Nghiệp – Đại học Bách Khoa Hà Nội 07/2014 1 Nội dung trình bày 1. Cơ sở lý thuyết của phuong pháp tuyến tính hóa chính xác (TTHCX). 2. Ví dụ cho bộ biến đổi DC/DC Buck 3. Ví dụ cho bộ biến đổi DC/DC Boost 4. Kết luận 5. Bài tập 07/2014 2 CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP TTHCX 07/2014 3       d u dt y g x f x h x x       Có bậc tương đối r = n thì tồn tại bộ điều khiển phản hồi trạng thái sẽ tuyến tính hóa chính xác được đối tượng thành tuyến tính Nếu đối tượng affine được mô tả        1 f n f g L g L g x x z m x x                 Quan hệ giữa biến trạng thái cũ x của đối tượng và biến trạng thái mới z Xét riêng với trường hợp hệ SISO      1 1 1 n f n n h f h f L g u L L g L L g x x x       CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP TTHCX 07/2014 4 Hệ tuyến tính thu được có dạng 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 d dt y z z z Az B                                            u p qx x       d d u t x f x hx  y     z Az B Cz   g x y u z    g L g       f x x Điều khiển tuyến tính hóa chính xác quan hệ vào – ra kết hợp với thuật toán điều khiển tuyến tính VÍ DỤ CHO BỘ BIẾN ĐỔI BUCK 07/2014 5 Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi Buck Mô hình toán học bộ biến đổi Buck L C C c L di L u dE dt du u C i dt R              1 2 T T T L c x x i ux  u d   1 2 2 2 1 1 1 x uE x L x x x C R                   2 2 1 ; 1 0 x E L L x x C R f x h x                    Trong đó: 2 y x VÍ DỤ CHO BỘ BIẾN ĐỔI BUCK 07/2014 6 Kiểm tra lại điều kiện bậc tương đối của mô hình thỏa mãn điều kiện tuyến tính hóa chính xác bằng cách xét đạo hàm Lie.      0 1 0 0 E L g Lh g x h x x                  2 2 1 2 1 1 0 1 1 x L x L g x x C R x C R f g x f x x                             1 1 0 E L g E L L g L C RC LC f h f x x h x x                  VÍ DỤ CHO BỘ BIẾN ĐỔI BUCK 07/2014 7 Tồn tại khâu chuyển hệ tọa độ trạng thái    u p qx x   Trong đó:           2 1 ; L g p q L L g L L g f h f h f x x x x x          2 2 2 2 12 2 1 1 1 1 1 x L g L x x L g x xC RC LC RC R x C R f f x x f x x                            Mô hình tuyến tính mới 1 0 1 0d 0 0 1dt y z z Az B z                      VÍ DỤ CHO BỘ BIẾN ĐỔI BUCK 07/2014 8 Trong đó, mối quan hệ giữa trạng thái mới z và cũ x là:     2 1 2 12 1 x gz x xz L g C Rf x z x                         Quan hệ giữa đầu ra y và đầu vào mới ω y  Mục tiêu điều khiển  2, 0y y z      2 2 22 n n n y p y p p p       Dẫn dắt đầu ra theo quan hệ khâu dao động bậc 2 →    2 2 2 12 n ny y y k z k y y          Và đầu vào mới ω được xác đinh: VÍ DỤ CHO BỘ BIẾN ĐỔI BUCK 07/2014 9 PWM 1 2k k 0 T refy       g L g       f x x    d p qx x   Boost DC/DC  1 2 T z z 1x 2x Cấu trúc điều khiển bộ biến đổi Buck theo phuong pháp tuyến tính hóa chính xác Điện áp nguồn vào E=28VDC Điện áp nguồn ra 15VDC Tải R=3Ω Tần số phát xung fs= 100 kHz Tụ điện đầu ra C = 500 µF Giá trị điện cảm L = 50µH VÍ DỤ CHO BỘ BIẾN ĐỔI BOOST 07/2014 10 Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi Boost Mô hình toán học bộ biến đổi Boost     1 2 T T T L c x x i ux  1u d  Trong đó:     1 10 1 1 1 01 LL CC d ii L EL uu d C RC                                     1 2 2 2 1 1 1 x ux E L x x ux C R                    2 2 1 ; E x L L x x RC C f x h x                             2 2 1 2 1 2 y g x Lx Cx LC    VÍ DỤ CHO BỘ BIẾN ĐỔI BOOST 07/2014 11 Kiểm tra lại điều kiện bậc tương đối của mô hình thỏa mãn điều kiện tuyến tính hóa chính xác bằng cách xét đạo hàm Lie.     2 1 2 1 0 x x x L L g xC L C h g x h x x                        2 1 2 2 1 2 E x x xEL L g x xC L LC RLC RC f g x f x x                           2 2 2 1 2 1 2 2 x L g x x xE EL L L g x xLC RLC LC L RC C f h f x x h x x                           VÍ DỤ CHO BỘ BIẾN ĐỔI BOOST 07/2014 12 Tồn tại khâu chuyển hệ tọa độ trạng thái    u p qx x   Trong đó:           2 1 ; L g p q L L g L L g f h f h f x x x x x    Mô hình tuyến tính mới 1 0 1 0d 0 0 1dt y z z Az B z                            22 2 2 2 2 2 2 2 2 2 E L g x xE EL L g xLC RLC L C R LC RC f f x x f x x                      VÍ DỤ CHO BỘ BIẾN ĐỔI BOOST 07/2014 13 Trong đó, mối quan hệ giữa trạng thái mới z và cũ x là: Quan hệ giữa đầu ra y và đầu vào mới ω y  Mục tiêu điều khiển  2, 0y y z      2 2 22 n n n y p y p p p       Dẫn dắt đầu ra theo quan hệ khâu dao động bậc 2 →    2 2 2 12 n ny y y k z k y y          Và đầu vào mới ω được xác đinh:      2 21 2 1 2 2 2 1 1 2 Lx Cx gz LC z xEL g x LC RLC f x z x                        VÍ DỤ CHO BỘ BIẾN ĐỔI BOOST 07/2014 14 Cấu trúc điều khiển bộ biến đổi Buck theo phuong pháp tuyến tính hóa chính xác Điện áp nguồn vào E=28VDC Điện áp nguồn ra 15VDC Tải R=3Ω Tần số phát xung fs= 100 kHz Tụ điện đầu ra C = 500 µF Giá trị điện cảm L = 50µH PWM 1 2k k 0 T refy       g L g       f x x    u p q  x x 1 u  Boost DC/DC  1 2 T z z u d 1x 2x