Điều khiển Trượt bộ biến đổi DC - DC tăng áp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN

ĐỀ TÀI:

ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC TĂNG ÁP

Học viên: ĐỖ THỊ LOAN

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TSKH. NGUYỄN PHÙNG QUANG

THÁI NGUYÊN 2009

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP

*****

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

-------------------------------------

THUYẾT MINH

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Học viên: Đỗ Thị Loan

Lớp: CHTBM&NMĐ-K10

Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và Nhà máy điện

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TSKH Nguyễn Phùng Quang

Ngày giao đề tài: 15/02/2009

Ngày hoàn thành: 30/07/2009

KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN

PGS.TSKH: Nguyễn Phùng Quang

HỌC VIÊN

Đỗ Thị Loan

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và là công

trình nghiên cứu của tôi, chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công

trình nào khác.

Thái Nguyên, ngày...... tháng 7 năm 2009

Tác giả luận văn

Đỗ Thị Loan

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 1 -

MỤC LỤC

Mục lục ................................................................................................................... 1

Mở đầu.................................................................................................................... 3

Chương 1: Mô hình bộ biến đổi............................................................................ 5

1.1 Giới thiệu các bộ biến đổi bán dẫn..................................................................... 5

1.2. Phân loại các bộ biến đổi bán dẫn ..................................................................... 7

1.3 Các bộ biến đổi DC-DC..................................................................................... 8

1.3.1. Bộ biến đổi giảm áp (buck converter) ............................................................ 9

1.3.2. Bộ biến đổi đảo áp ( buck-boost converter)...................................................11

1.3.3. Bộ biến đổi tăng áp (boost converter) ...........................................................12

1.3.3.1. Mô hình của bộ biến đổi ............................................................................14

1.3.3.2. Mô hình dạng chuẩn ..................................................................................15

1.3.3.3. Điểm cân bằng và hàm truyền tĩnh.............................................................16

Chương 2: Nguyên lý điều khiển trượt................................................................20

2.1. Giới thiệu.........................................................................................................20

2.2. Các hệ thống cấu trúc biến...............................................................................20

2.2.1. Điều khiển đối với các hệ thống điều chỉnh bằng chuyển mạch đơn..............21

2.2.2. Các mặt trượt................................................................................................24

2.2.3. Ký hiệu.........................................................................................................25

2.2.4. Điều khiển tương đương và trượt động lý tưởng ...........................................26

2.2.5. Tính tiếp cận được của các mặt trượt ............................................................29

2.2.6. Các điều kiện bất biến cho các nhiễu loạn tìm được ......................................34

Chương 3: Điều khiển trượt bộ biến đổi DC-DC tăng áp...................................36

3.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................36

3.2. Điều khiển trực tiếp .........................................................................................37

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 2 -

3.3. Điều khiển gián tiếp.........................................................................................39

Chương 4: Mô phỏng kiểm chứng trên nền Matlab& Simulink .......................42

4.1. Mạch lực bộ biến đổi .......................................................................................43

4.2. Xây dựng bộ điều khiển...................................................................................45

4.2.1. Bộ điều chỉnh dòng điện ...............................................................................45

4.2.2. Bộ điều chỉnh điện áp ...................................................................................54

4.2.2.1. Thử nghiệm các thông số hệ thống ............................................................58

4.2.2.2. Thử nghiệm tính điều chỉnh được của hệ thống..........................................64

Kết luận..................................................................................................................69

Tài liệu tham khảo..................................................................................................70

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 3 -

MỞ ĐẦU

Trong lĩnh vực kỹ thuật hiện đại ngày nay, việc chế tạo ra các bộ chuyển đổi

nguồn có chất lượng điện áp cao, kích thước nhỏ gọn cho các thiết bị sử dụng điện là

hết sức cần thiết. Quá trình xử lý biến đổi điện áp 1 chiều thành điện áp một chiều

khác gọi là quá trình biến đổi DC-DC. Một bộ nâng điện áp là một bộ biến đổi DC￾DC có điện áp đầu ra lớn hơn điện áp đầu vào. Bộ biến đổi DC-DC tăng áp hay được

sử dụng ở mạch một chiều trung gian của thiết bị biến đổi điện năng công suất vừa đặc

biệt là các hệ thống phát điện sử dụng năng lượng tái tạo (sức gió, mặt trời). Cấu trúc

mạch của bộ biến đổi vốn không phức tạp nhưng vấn đề điều khiển nhằm đạt được hiệu

suất biến đổi cao và đảm bảo ổn định luôn là mục tiêu của các công trình nghiên cứu.

Thêm vào đó, bộ biến đổi là đối tượng điều khiển tương đối phức tạp do mô hình có

tính phi tuyến.

Để nâng cao chất lượng điều khiển cho bộ biến đổi, với đề tài ”Điều khiển trượt

bộ biến đổi DC-DC tăng áp” đã ứng dụng lý thuyết điều khiển hiện đại tạo ra bộ điều

khiển để điều khiển cho bộ biến đổi DC-DC tăng áp, đảm bảo hiệu suất biến đổi cao và

ổn định. Luận văn bao gồm 4 chương, nội dung cơ bản như sau:

Chương 1: Mô hình bộ biến đổi DC-DC tăng áp

Chương này thành lập các phương trình toán học mô tả bộ biến đổi.

Chương 2: Nguyên lý điều khiển trượt

Trong chương này trình bày các khái niệm về hệ thống cấu trúc biến, điều khiển

tương đương, mặt trượt và tính tiếp cận được của các mặt trượt, từ đó đề xuất phương

pháp để thiết kế bộ điều khiển trượt.

Chương 3: Điều khiển trượt bộ biến đổi DC-DC tăng áp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- 4 -

Áp dụng nguyên lý điều khiển trượt để xây dựng bộ điều khiển trượt cho bộ

biến đổi, khảo sát tính ổn định thông qua mô hình toán học bộ biến đổi.

Chương 4: Mô phỏng kiểm chứng trên nền Matlab& Simulink

Đưa ra cấu trúc của các bộ điều khiển trên nền Matlab & Simulink. Thực hiện

mô phỏng các đáp ứng (dòng điện, điện áp) khi đã thiết kế bộ điều khiển cho cấu trúc

điều khiển được đề xuất ở chương III. Sau đó đánh giá kết quả mô phỏng.

Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng cảm ơn đối với Thầy PGS.TSKH.Nguyễn Phùng

Quang đã tận tình hướng dẫn trong suốt thời gian qua và cũng xin được bày tỏ lòng

biết ơn tới các anh, chị trong Trung tâm Công nghệ cao Trường ĐH Bách Khoa HN

cũng như gia đình , bạn bè đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn

này. Do hạn chế về trình độ ngoại ngữ, tham khảo tài liệu… và với thời gian chưa

nhiều nên luận văn còn có nhiều khiếm khuyết, sai sót. Tôi mong nhận được nhiều ý

kiến đóng góp cũng như những lời khuyên hữu ích từ các thầy, cô cùng các đồng

nghiệp để có thể thấy rõ những điều cần nghiên cứu bổ sung, giúp cho việc xây dựng

đề tài đạt đến kết quả hoàn thiện hơn.

Ngày tháng 7 năm 2009

Học viên

Đỗ Thị Loan