مقاله طراحی کنترل کننده غیرخطی کانورتر کاهنده

بخشی از مقاله

چکیده

مطالبی در این مقاله به منظور شبیه سازی و پیاده سازی کنترل کننده غیرخطی مبدل باک مورد بررسی قرار می گیرد. مشکلات زیادی در پیادهسازی کنترلکنندههای طراحیشده بر روی دستگاههای حقیقی وجود دارد. یکی از مهمترین منشأ این مشکلات، عدم توانایی در مدلسازی دقیق دستگاههای حقیقی است به طور کلی مبدل باک و مطالعات انجام شده بر روی آن و یک روش کنترلی برای بدست اوردن متوسط ولتاژ خروجی برای برابری با یک سطح مطلوب ارائه شده است.

روش کنترلی ارائه شده شامل یک سری مزایا و معایب می باشد.برای بهبود معایب و همچنین نتیجه بهتر در خروجی مبدل کنترلر خطی - PI - معرفی می شودو برای بهبود معایب و همچنین نتیجه بهتر وبدست اوردن ولتاژ خروجی با یک سطح ثابت و کاهش ریپل و زمان نشست ولتاژ در خروجی مبدل کنترلر خطی - PI - معرفی می شود که با روش کنترلی غیر خطی - کنترل حالت لغزشی - ترکیب شده ودر محیط متلب شبیه سازی شده است و نتایج آن در انتهای مقاله قابل مشاهده می باشد.

مقدمه

در بسیاری از کاربردهای صنعت از منابع DC استفاده می شود، بنابراین به دستگاهی نیاز است که بتواند یک منبع ولتاژ DC را به منبع ولتاژ DC متغیر تبدیل کند، این کار به وسیله چاپر صورت می گیرد. چاپر یک مبدل DC به DCاست که همانند یک ترانس ACکه با تغییر تعداد دورها می تواند ولتاژ دلخواه را ایجاد کند، میتواند مستقیماً ولتاژDC را به ولتاژ DC موردنظر و به صورت پیوسته تبدیل کند.ازکاربردهای خیلی مهم چاپر می توان استفاده در بهینه سازی شبکه های برق ac نام برد.

چاپرها براساس ولتاژ خروجی به دو دسته افزاینده و کاهنده تقسیم می شوند و بر اساس نحوه عملکردشان به صورت زیر تقسیم بندی می شوند:

مبدل افزاینده مبدل کاهنده

مبدل کاهنده- افزاینده مبدل چک

1-1 بلوک دیاگرام کلی چاپر

شکل1-1 بلوک دیاگرام چاپر

اساس مبدل های dc-dc بر مبنای سوئیچینگ است.

در مبدل dc-dc با یک ولتاژ ورودی داده شده، متوسط ولتاژ خروجی با کنترل مدت زمان روشن بودن و خاموش بودن سوئیچ کنترل می شود. مانند سایر منابع تغذیه یک SMPS، توان را از یک منبع به یک مقصد - مصرفکننده - همزمان با تغییر مشخصههای ولتاژ و جریان تبدیل میکند.

برخلاف منابع تغذیه خطی, در این منابع ترانزیستوری که نقش کلید را به عهده دارد با فرکانسی حدود 50 کیلو هرتز یا بیشتر بین وضعیت قطع و اشباع در نوسان است که این خود سبب کاهش تلفات ترانزیستور می گردد. برخلاف منابع تغذیه خطی, در این منابع ترانزیستوری که نقش کلید را به عهده دارد با فرکانسی حدود 50 کیلو هرتز یا بیشتر بین وضعیت قطع و اشباع در نوسان است که این خود سبب کاهش تلفات ترانزیستور می گردد . . بازده بالا مزیت اصلی یک منبع تغذیه سوئیچینگ است . هنگامی که بازده بالاتر, ابعاد کوچک تر و وزن کم تر مد نظر باشد منابع تغذیه سوئیچینگ جایگزین منابع تغذیه خطی می شوند . منابع تغذیه سوئیچینگ پیچیده تر هستند و اگر جریان ورودی به آنها به خوبی فیلتر نشود می تواند نویز ایجاد کند.

-2 کنترل حالت لغزشی

مشکلات زیادی در پیادهسازی کنترل کنندههای طراحی شده بر روی سیستمهای حقیقی وجود دارد. یکی از مهمترین منشأ این مشکلات، عدم توانایی در مدلسازی دقیق سیستمهای حقیقی است. [1-2]به علاوه اگر هم این توانایی تا حد زیادی وجود داشته باشد، مدل به دست آمده آنقدر پیچیده میگردد که طراحی کنترل کننده مناسب را برای آن دشوار میکند. کنترل مقاوم و کنترل تطبیقیدو روش مهم و مکمّلی هستند که برای غلبه بر این مشکل پیشنهاد شده اند یکی از ساده ترین رویکردها در طراحی یک کنترل-کننده مقاوم، کنترل حالت لغزشی [3] است. مهم ترین مسأله ای که در این جا مورد بررسی قرار می گیرد، وزوز [4]می باشد. بنابراین کنترل حالت لغزشی از دو مرحله تشکیل شده است:

1.    مرحله رسیدن به سطح
2.    مرحله لغزش بر روی سطح

-2-1 مرحله رسیدن
در این مرحله سیگنال ورودی کنترل چنان طراحی می شود که در بدترین شرایط ممکن مسیر حالت خطا به سطح برسد که به معنی مقاوم بودن[5] سیستم است. از معایب عمده این مرحله این است که سیستم نسبت به نویز و اغتشاش، تغییرناپذیر نمی باشد.

-2-2 مرحله لغزش

در این مرحله سیستم نسبت به اغتشاش سازگار[7]تغییر ناپذیر[8] می باشدو این مهم ترین خصوصیت کنترل حالت لغزشی است.

-3 شبیه سازی

اکنون مبدل باک را در نرم افزارMATLAB مطابق شکل 1-3 شبیه سازی می کنیم:
در این مدار قصد داریم به ولتاژ خروجی v15 و جریان A1,5 برسیم، اما در حالت ماندگار ولتاژ خروجی کمتر از این مقدار است، این افت ولتاژ توسط مدار فیدبک جبران می شود که مدار فیدبک در انتهای این فصل طراحی شده است. عناصر و مقادیر مورد استفاده:

1.    منبع ولتاژ DC

2.    منبع تولید پالس

3.    GTO

4.    دیود

5.    سلف

6.    خازن

7.    مقاومت بار