Thiết kế hệ thống điều khiển nghịch lưu một pha độc lập theo chế độ điện áp (voltage mode)

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC
Đề bài: Thiết kế hệ thống điều khiển nghịch lưu một
pha độc lập theo chế độ điện áp (Voltage mode)

GVHD: T.S Nguyễn Kiên Trung
20181388
20181708

Phạm Tiến Đạt
Phạm Viết Quân

Nhóm 4

1


NỘI DUNG BÁO CÁO
1. GIỚI THIỆU, YÊU CẦU THIẾT KẾ
2. PHÂN TÍCH
3. KẾT QUẢ MƠ PHỎNG, ĐÁNH GIÁ
4. KẾT LUẬN

Nhóm 4

2


I. GIỚI THIỆU, YÊU CẦU THIẾT KẾ
 Tổng quan về DC-AC Converter
•

DC-AC Converter (Nghịch lưu) là bộ biến đổi nguồn điện một chiều thành
nguồn điện xoay chiều với tần số mong muốn.
• Ứng dụng của DC-AC Converter: Nguồn UPS, Biến tần, Bidirectional
Charger (Sạc 2 chiều cho xe điện),…

 Yêu cầu đề bài
•

Nghịch lưu độc lập nguồn áp 1 pha cầu H, Unipolar PWM, Voltage Mode
Input

Nhóm 4

Output

3


II. PHÂN TÍCH
 Phương pháp điều chế đơn cực (Unipolar PWM)

mở:
mở:
mở:
mở:

Nhóm 4

4

II. PHÂN TÍCH
 Tham số thiết kế của mạch lực
Giá trị trung bình điện áp đầu ra
(m là hệ số điều chế )

 

Dòng tải hiệu hiệu dụng

 

Tải định mức

 

Đập mạch dịng điện tải

 

Giá trị cuộn cảm lọc
Giá trị tụ lọc

 

Nhóm 4

5

II. PHÂN TÍCH
 Mơ hình hóa đối tượng
- Hệ phương trình trạng thái:

Nhóm 4

6


II. PHÂN TÍCH
 Khảo sát đặc tính động học của đối tượng
- Phương trình hàm truyền của đối tượng:

MATLAB Program 2.1
clc
clear all
%numerator
num1 =[9680];
%denominator
den1 =[1.53e-7 1.94e-3
24.2];

>> Gvd
Gvd =
9680
------------------------------1.53e-07 s^2 + 0.00194 s + 24.2
Continuous-time transfer function.

%Gvd transfer function
Gvd =tf(num1, den1);

%Bode diagram
bode(Gvd);
margin(Gvd);

Nhóm 4

7


II. PHÂN TÍCH
 Khảo sát đặc tính động học của đối tượng
- Phương trình hàm truyền của bộ điều khiển:

•Đánh giá: độ dự trữ pha quá thấp ở vùng tần
số cắt biên quá cao so với tần số đóng cắt của
bộ biến đổi khiến cho đối tượng đáp ứng chậm
và dạng sóng đầu ra cịn có thể bị ảnh hưởng
bởi nhiễu.
Cần sự tác động của bộ điều khiển.
Một số phương án điều khiển đề xuất.

Nhóm 4

8


II. PHÂN TÍCH
 Phương án điều khiển đề xuất
- Điều khiển trên hệ trục tọa độ tĩnh, sử dụng bộ điều khiển PR (Proprotional –
Resonant)

- Điều khiển trên hệ trục tọa độ quay (dq0), sử dụng bộ PI (Proportional – Integral)
Điều khiển nghịch lưu độc lập nguồn áp 1 pha ở chế độ Voltage mode sử dụng bộ điều
khiển PR

 Cấu trúc bộ điều khiển PR

- Trong đó:
: hệ số khuếch đại tỷ lệ
: hệ số khuếch đại tích phân
: tần số cộng hưởng của bộ PR
Nhóm 4

9


II. PHÂN TÍCH
 Xác định tham số của bộ điều khiển
 Chọn tần số cắt biên
 Chọn độ dự trữ pha PM (Phase Margin) = 55o.
- Từ (1) và (3):

Nhóm 4

10


II. PHÂN TÍCH
MATLAB Program 2.2
clc
clear all

%1-phase Inverter parameter
Vdc = 400; %V
Lf = 1.94e-3; %H
Cf = 3.26e-6; %F
R_var = 1; %Ohm
%Initialization
f0=50; %fundamental frequency (Hz)
fc=2000; %gain cross-over frequency (Hz)
fh=50; %harmonic frequency (Hz)
w0=2*pi*f0;
wc=2*pi*fc;
wh=2*pi*fh;
%Plant transfer function
num1 = [9680]; %numerator
den1 = [1.5305e-7 1.94e-3 24.2]; %denominator
Gvd = tf(num1, den1); %transfer function

%PR Controller Calculation
[mag, phase] = bode(Gvd, wc);
PM = 65; %degree
Ac = PM - (phase+180);
Kpr = 1/mag;
Kir = tan(Ac*pi/180)*Kpr*(wh*wh-wc*wc)/wc;
%PR transfer function
num = [Kpr Kir Kpr*wh*wh];
den = [1 0 wh*wh];
Gdk = tf(num,den);
bode(Gdk);

>> Kir

Kir =
14.7980
>> Kpr
Kpr =
0.0025
>> Gdk
Gdk =
0.002518 s^2 + 14.8 s + 248.6
----------------------------s^2 + 9.87e04
Continuous-time transfer function.

Nhóm 4

11


II. PHÂN TÍCH
 Xác định tham số của bộ điều khiển

Hàm truyền bộ điều khiển là

Nhóm 4

12


II. PHÂN TÍCH
 Tác động của bộ điều khiển lên đối tượng
ꭙ TRƯỚC

 SAU

Nhóm 4

13


III. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ
 Mục tiêu và kịch bản mô phỏng
- Kiểm chứng chất lượng mô hình.
- Mơ phỏng lấy kết quả là dạng điện áp đầu ra, công suất đầu ra
và đánh giá chất lượng kết quả mô phỏng.
- Mô phỏng kiểm chứng bộ điều khiển PR trong các trường hợp:
+ Tải thay đổi từ định mức 24.2 về 1
+ Điện áp nguồn đầu vào một chiều dao động

Nhóm 4

14


III. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ
 Sơ đồ khối hàm truyền của hệ thống

Nhóm 4

15


III. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ

 Sơ đồ mơ phỏng với mạch lực

Nhóm 4

16


III. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ
 Sơ đồ mơ phỏng với mạch lực

Nhóm 4

17


III. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ
 Sơ đồ mơ phỏng với mạch lực

Nhóm 4

18


III. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ
 Kiểm chứng chất lượng mơ hình

0.7V

Nhóm 4

19


III. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ
 Đánh giá chất lượng bộ điều khiển
1. Chất lượng đáp ứng ở q trình q độ

Tsettle = 0.04s

Nhóm 4

20


III. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ
 Đánh giá chất lượng bộ điều khiển
1. Chất lượng đáp ứng ở q trình q độ

Nhóm 4

21


III. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ
 Đánh giá chất lượng bộ điều khiển
2. Kết quả mô phỏng công suất đầu ra

Nhóm 4

22

III. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ
 Đánh giá chất lượng bộ điều khiển
3. Chất lượng đáp ứng khi tải thay đổi từ 24.2 về 1 tại t = 0.5s

t = 0.5s

Nhóm 4

23


III. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ
 Đánh giá chất lượng bộ điều khiển
4. Dòng đầu ra khi tải thay đổi từ 24.2 về 1 tại t = 0.5s

Nhóm 4

24


III. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ
 Đánh giá chất lượng bộ điều khiển
5. Đáp ứng khi nguồn đầu vào biến thiên 10%
40V

Nhóm 4

25