طراحی کنترل کننده مقاوم در برشگرهای الکترونیک قدرت و مقایسه آن با روشهای کنترل خطی :پایان نامه ارشد مهندسی برق – قدرت
پایان نامه ای که به شما همراهان صمیمی فروشگاه دیجی لود معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته مهندسی برق – قدرت و با عنوان طراحی کنترل کننده مقاوم در برشگرهای الکترونیک قدرت و مقایسه آن با روشهای کنترل خطی در 129 صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد تهیه و نگارش شده است. امیدواریم مورد توجه کاربران سایت و دانشجویان عزیز مقاطع تحصیلات تکمیلی رشته های جذاب مهندسی برق قرار گیرد.
چکیده طراحی کنترل کننده مقاوم در برشگرهای الکترونیک قدرت و مقایسه آن با روشهای کنترل خطی:
در این پایان نامه طراحی کنترل کننده مقاوم در برشگرهای الکترونیک قدرت و مقایسه آن با روشهای کنترل خطی مورد بررسی قرار گرفتهاست. هدف اصلی تحقیق و توسعه در این زمینه، همواره یافتن مناسبترین روش کنترل به منظور پیاده سازی کنترل حلقه بسته بر روی توپولوژیهای مختلف برشگر های الکترونیک قدرتمیباشد.به عبارت دیگر، هدف از انتخاب یک روش کنترلی، بهبود بازده مبدل، کاهش تاثیراغتشاشات (خط وتغییرات بار)، کاستن از تاثیرات تداخل الکترومغناطیسیو نیز تاثیرپذیری کمتر از تغییرات المانهای مبدل میباشد.در این پایان نامه، مطالعه روشهای مختلف کنترلی پیادهشده بر روی منابع تغذیه سوئیچینگمانند کنترل خطی و مد لغزشیآورده شده است. مزایا و نقاط ضعف هر روش کنترلی نیز داده شده است.در این راستا، روشهای کنترلی خطی و مد لغزشی انتخاب شده و پاسخ آنها بر روی مبدلهای DCبهDCکاهنده مورد آزمایش قرار گرفتهاند. نرمافزار Matlab به منظور شبیه سازی روش کنترل خطیو نیز روش مد لغزشی دربرشگر های الکترونیک قدرت مورد استفاده قرار گرفته است.در انتها، مقایسه تاثیرات کنترل خطی و مد لغزشی بر روی پاسخ حالت ماندگار مبدل باک تحت نوسانات خطی، نوسانات بار و تغییرات قطعات مختلف انجام شده است. در این پایاننامه نشانداده شده است که، در مقایسه با کنترل خطی، روش مد لغزشی پاسخ حالت ماندگار بهتر، پاسخ دینامیکی بهتر و مقاومت بیشتر در مقابل اغتشاشات احتمالی سیستم را فراهم میکند.
مقدمه
منابع تغذیه سوئیچینگ (SMPS[1] ها) به منظور تبدیل انرژی الکتریکی از یک نوع به نوع دیگر مورد نیاز هستند. SMPS ها به طور گستردهای در مبدلهای DCبهDC، جایی که منبع ورودی ولتاژ است (به عنوان مثال در ولتاژ خطی یکسوشده، ولتاژ خروجی یک مدار تصحیح ضریب توان (PFC[2])، یک باتری و یا ولتاژ یک سلول سوختی) مورد استفاده قرار میگیرد.
در برخی از مبدلهای قدرت، مبدلهای DCبهDC در فرکانسهای سوئیچینگ نسبتاً بالایی عمل میکنند و این خاصیت آنها را قادر به استفاده از قطعات القایی کوچک میکندکه باعث بهبود رفتار دینامیکی و نیز کاهش سایز مبدل میگردد.
برخلاف مزایی که در بالا برای SMPS ها ذکر گردید، پارامترهایی وجود دارند که چندان مطلوب نیستند و تاثیر زیادی بر رفتار مبدلها دارندکه عمدتاً عبارتاند از:
- قطعات غیرخطی در ساختار مبدل؛
- نوسانات خط و بار
- تداخل الکترومغناطیسی ([3]EMI).
مبدل DCبهDC قطعات غیرخطی دارد (دیود، ترانزیستور، ) عاملی که غیرخطی بودن را تغییر میدهدیکی اغتشاش مبدل و دیگری تغییر در زمان است. تاثیرات این تغییرات درپارامترهای مبدل در [6] داده شده است.
برای طراحی مبدل DCبهDC، ولتاژ نامی ورودی و مقادیر بار پیشبینی میگردد. در عمل این مقادیر نامی ممکن است کمی انحراف داشته باشند. برای مثال، 20% تغییر (نوسان) خط مورد انتظار میباشد و یا بار نامی ممکن است به سمت بیباری و یا بار کامل منحرف گردد. این موارد در [1] ، [2] ، [3] ، [4] و [6] مورد مطالعه قرار گرفته است.
هدف ازمطا لعه ی تداخل الکترومغناطیسی (EMI) مطمئن شدن از این است که سیستم الکترونیکی میتواند دریک محیط الکترومغناطیسی، بدون پاسخ به نویز الکتریکی یا تداخل الکتریکی ناخواسته تولید شده، عمل کند. برای مثال در منبع تغذیه DCبهDC، EMIبر روی قطعات مبدل تاثیر میگذارد. تاثیرات EMIبر مبدل DCبهDC در مرجع [7] مورد مطالعه قرار گرفته است.
موارد فوق ممکن است باعث شود تا مبدل از شرایط عملکرد مطلوب دچار انحراف گردد. اگر انحراف پارامترها افزایش یابد، ممکن است که مبدل اساسا در حالت ماندگار عمل نکند(ناپایدار شود). تعدادی از روشهای کنترلی به منظور کنترل SMPS ها مورد استفاده قرار گرفتهاند و مشکل ذکرشده را حل کردهاند. از آنجاییکه یک روش کنترلی خاص، در مقایسه با سایر روشها ممکن است مناسبترین روش( تحت شرایط خاصی) باشد، بنابراین هر روش کنترلی مزایا و نقاط ضعف خود را دارد. معمولاً ، دست یافتن به یک روش کنترلی مطلوب است که بهترین عملکرد را تحت شرایط خاصی دارد.
اهداف تحقیق
این پایاننامه دلایلی را که منجر به انتخاب یک روش کنترلی خاص، یعنی روش کنترل مد لغزشی ([4]SMC) در مقایسه با سایر روشهای کنترلی، را تحت تاثیر قرار میدهد، معرفی کرده است. تجزیه و تحلیل دقیق SMC پیادهسازیشده بر روی توپولوژیهای مبدل DCبهDC صورت گرفته است.
به منظور ثبت کردن مزیتهای SMC، یک روش کنترلی دیگر انتخاب شده است. پاسخ مبدل در حالت ماندگار و ناحیههای دینامیکی که بوسیله دو روش کنترلی مختلف کنترل میشد (PID[5] و SMC) مورد مقایسه قرار گرفته است.
کار تحقیقاتی صورت گرفته در توالی منطقی زیر صورت پذیرفته است:
- مطالعه توپولوژیهای مبدل DCبهDC؛
- مطالعه روشهای کنترلی جهت کنترل مبدلهای DCبهDC؛
- انتخاب مبدلهای DCبهDC به عنوان توپولوژیهای مبدل که آزمایشها بر روی آنها انجام شده است؛
- انتخاب کنترل PID مرسوم به عنوان یک روش کنترلی؛
- انتخاب SMC به عنوان دومین روش کنترلی؛
- مطالعه رفتار مبدلهای DCبهDC در حالت ماندگار و تحت شرایط دینامیکی هنگامی که دو روش کنترلی پیادهسازی میگردد
- مقایسه نتایج و تعییم مناسبترین روش کنترلی.
ذکر این نکته قابل توجه است که تاثیر SMC بر رفتار مبدل در حالت ماندگار و تحت شرایط دینامیکی بهتر از روش کنترل PID میباشد.
روند کار تحقیقاتی صورت گرفته به صورت زیر توصیف میگردد:
در فصل دوم منبع تغذیه خطی بررسی شده و مزیتها و نقاط ضعف آن مورد بحث قرار گرفته است.در بخش بعدی، SMPS ها به طور جزئی مورد مطالعه قرار گرفته و مزیتها و نقاط ضعف آنها نسبت به رگولاتورهای خطی نشان داده شده است. طبقهبندی SMPS ها در مبدلهای DCبهDC ایزولهشده و ایزولهنشده داده شده است. مبدل رزونانسی DCبهDC مورد مطالعه قرار گرفته و مزیتهای آن بر روی مبدلهای DCبهDC با سوئیچینگ سخت نشان داده شدهاند.
مبدلهای DCبهDC هم در مد هدایتی پیوسته (CCM) و هم در مد هدایتی ناپیوسته (DCM) عمل میکنند. تحلیلها برای انتخاب مقدار اولیه القاگر برای سه مبدل DCبهDC اساسی (کاهنده، افزاینده وکاهنده-افزاینده) که مبدل را ملزم به عملکرد هم در حالت CCM و هم در حالت DCM میکند داده شده است.یک جدول برای انتخاب مقدار بحرانی القاگر داده شده است. در پایان این فصل، یک طبقهبندی از منابع تغذیه DCبهDC آشنا نشان داده شده است.
در فصل سوم یک روش کنترلی استفاده شده در مبدلهای DCبهDC شامل کنترل PID، کنترل هیسترزیس، کنترل تطبیقپذیر، کنترل برنامهریزی جریان، کنترل ساختار متغیر ([6]VSCS) و کنترل مد لغزنده (SMC) مورد مطالعه قرار گرفته و هر حالت به صورت جداگانه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. تحلیل کنترلی هر یک از روشهای کنترلی داده شده و مزایا و نقاط ضعف هر کدام نشان داده شده است. دلایل انتخاب SMC به عنوان روش کنترلی اصلی برای SMPS ها در کار تحقیقاتی داده شدهاند. اصول اساسی SMC بوسیله معادلات ریاضی نشان داده شده است.
فصل چهارم به صورت جزئی SMC را توضیح میدهد و به صورت خلاصه تاریخچه آن را مرور میکند. قسمت مقدماتی فصل دلایل را معرفی میکند. Utkin که یکی از نخستین دانشمندانی است که با موضوع سروکار داشته است]1[، به طور خلاصه مهمترین تحقیقات خود را در این زمینه معرفی میکند. در بخش بعدی، مروری بر تئوری SMC مخصوصاً شرایط وجود، شرایط حصول، توصیف سیستم در مد لغزشی و ارتعاشات کاترینگ[7] داده شده است. این معادلات ریاضی برای اثبات تحلیل مورد استفاده قرار میگیرند. تحقیقات و کاربردهای SMC در سیستمهای الکتریکی و مکانیکی در یک دیاگرام نشان داده شده است.
در بخش بعدی فصل چهارم، SMC بر روی مبدل کاهنده پیادهسازی شده و تئوریهای SMC ذکرشده در بالا اثبات گردیده است. نتایج بدست آمده با استفاده از نتایج شبیهسازی مورد تایید قرار گرفته است.سرانجام تحقیقات و کاربردهای SMC برای مبدلهای DCبهDC به صورت جزئیتر داده شدهاند.
در فصل پنجم، نتایج بدست آمده از کار تحقیقاتی داده شده و آثار چاپ شده توضیح داده شدهاند. سرانجام، قسمتهای اصلی این پایاننامه خلاصه شده و پیشنهادات برای ادامه کار تحقیقاتی داده شده است
فهرست مطالب
چکیده 1
فصل اول ـ کلیات تحقیق 2
1-1-مقدمه 3
1-2-اهداف تحقیق 4
1-3 پیشینه ی تحقیق 7
1-3-1-مقدمه 7
1-3-2-تحقیقات انجام شده و کاربردهای کنترل مد لغزشی در سیستم های الکتریکی و مکانیکی: 11
1-3-3- بررسی تئوری کنترل مدلغزشی: 12
1-3-4-شرط وجود: 13
1-3-5- شرط وصول: 14
1-3-6- توصیف سیستم در مد لغزشی: 15
1-3-7- اغتشاشات کاترینگ: 16
1-3-8 تحقیقات انجام شده در مورد کنترل مد لغزشی و کاربردهای آن در مبدلهای DC به DC 17
فصل دوم ـ منابع تغذیه DC به DC 22
2-1-مقدمه 23
2-2- منبع تغذیه خطی 24
2-3 منبع تغذیه سوئیچینگ 26
2-4- توپولوژیهای منبع تغذیه سوئیچینگ 29
2-4-1- توپولوژیهای غیرایزوله 29
2-4-2-توپولوژیهای ایزوله 30
2-4-3- توپولوژیهای چندسوئیچه 31
2-5. مبدلهای DCبهDC رزونانسی 33
2-5-1. توپولوژی های مبدل رزونانسی DCبهDC 34
2-7 طبقه بندی و کاربردهای توپولوژی سوئیچینگ 40
فصل سوم ـ روشهای کنترلی 44
3-1 مقدمه 45
3-2 پایداری خطی و غیرخطی سیستمهای کنترلی 46
3-3-روشهای کنترلی 49
3-4- کنترل PID 51
3-5-کنترل هیسترزیس 56
3-6- کنترل تطبیقی 60
3-6-1-روش کنترل تطبیقی مدل مرجع 61
3-6-2-کنترلر خود تنظیمگر 62
3-7- کنترل با برنامهریزی جریان 64
3-8- سیستم کنترلی ساختار متغییر (VSCS) 68
3-9کنترل مد لغزشی (SMC) 70
3-9-1- اساس کنترل مد لغزشی 71
3-10- خلاصه 74
فصل چهارم ـ کنترل مد لغزشی 76
4-1- کنترل مد لغزشی برای مبدل های DCبه DC 77
4 ـ 1 ـ 1 ـ توصیف طرح فاز SMC برای مبدل DCبهDC کاهنده 78
4 ـ 1 ـ 2 شرط وجود SMC برای مبدل DCبهDC کاهنده 82
4 ـ 2- خلاصه 86
فصل پنجم ـ نتیجه گیری و کارهای آینده 87
5-1 ـ نتیجه گیری 88
5-2 پیشنهاداتی برای ادامه ی کار تحقیقاتی 89
پیوستها 90
پیوست الف (معادلات ریاضی) 91
پیوست ب (مدلهای شبیهسازی و کدهای نرمافزار MATLAB) 106
منابع 113
فهرست جداول
جدول 2-1: مقادیر بحرانی القاگر برای مبدلهای DCبه DC ایزوله نشده. 39
جدول 2-2: مقایسه بین مزایا و نقاط ضعف رگولاتوهای خطی و سوئیچ شده 42
فهرست اشکال
شکل 1-1 : کاربردهای SMC در سیستم های الکتریکی. 12
شکل 1-2: پدیده ی اغتشاشات کاترینگ در SMC 17
شکل 2-1: مدار عملی رگولاتور سری خطی 24
شکل 2-2: مدارات پایه رگولاتورهای خطی 26
شکل2-3: مدار کاربردی رگولاتور سوئیچینگ. 27
شکل 2-4: توپولوژیهای مبدل DCبهDC ایزوله نشده، 30
شکل 2-5: توپولوژیهای مبدل DC بهDC ایزوله شده 31
شکل 2-6-: توپولوژیهای چندسوئیچه DCبهDC 32
شکل 2-7: قطعات رزونانسی اضافه شده به مبدلهای DCبهDC 35
شکل 2-8-: توپولوژی مبدل DCبهDC کاهنده 38
شکل 2-9: رگولاتور خطی ترکیبی و رگولاتورهای سوئیچ برای کاربردهای مختلف 41
شکل 2-10- رگولاتور خطی ترکیبی و رگولاتور سوئیچشده برای حذف نویز و ریپل 41
شکل3-1- یک بلوک دیاگرام نشان دهنده تعدادی از روشهای استفاده شده برای کنترل مبدلهای DCبه DC 50
شکل3-2-: یک بلوک دیاگرام ساده شده برای مبدل DCبهDC با کنترل کننده PID 53
شکل 3ـ3ـ a) دیاگرام بود مبدل کاهنده DCبهDC 54
شکل 3ـ3ـ b) دیاگرام بود مبدل باک DCبهDC . 55
شکل 3-4- حدود مقدار خروجی با توجه به زمان 56
شکل 3-5: کنترل هیسترزیس مبدل باک DCبهDC براساس ولتاژ خروجی. 57
شکل 3-6: رفتار زمانی مبدل باک DCبهDC تحت کنترل هیسترزیس 58
شکل3-7: کنترل هیسترزیس برای مبدل افزاینده DCبهDC براساس ولتاژ خروجی 58
شکل3-8- کنترل هیسترزیس برای مبدل کاهنده- افزاینده DCبهDC . 59
شکل 3-9یک سیستم کنترل تطبیقی مدل مرجع نشاندهنده چهار بخش اصلی استفاده شده 61
شکل 3-10- یک کنترلر خود تنظیمگر. 62
شکل 3-11- بلوک دیاگرام نشاندهنده ساختار و کنترل برنامهریزی با جریان با سه مبدل DCبهDC ایزوله نشده 64
شکل 3-12- شکل موج های جریان سوئیچ is(t) و ورودی کنترل icontrol(t) برای مدار کنترل برنامهریزی یا جریان 65
شکل3-13- a) نوسان ناپایدار b) فرمان پایدار 67
شکل3-14: پایدارسازی کنترل برنامهریزی جریان با افزدون یک شیب مصنوعی به جریان اندازهگیری شده سوئیچ. 67
شکل 3-15- یک بلوک دیاگرام ساده از یک سیستم درجه 2 (دو انتگرالگیر) با کنترل فیدبک استفاده شده 68
شکل 3-16-: تصویر فاز از حرکت هارمونیکی ساده. 69
شکل 3-17.صفحه فاز سیستم تحت VSCS. 70
شکل 3-18: تصویر فاز سیستم برای مقادیر بزرگẏy- 73
شکل 3-19: تصویر فاز سیستم تحت کنترل VSC نزدیک مبدأ 73
شکل 3-20: تصویر فاز یک حرکت لغزشی. 74
شکل 4 ـ 1 بلوک دیاگرام نشان دهنده ساختار SMC برای مبدلهای DC به DC 78
شکل 4 ـ 2 ـ ساختار مبدل DCبهDC کاهنده 79
شکل 4 ـ 3:خط مسیر سیستم و خط لغزش در طرح فاز مبدل DCبهDC کاهنده 80
شکل 4 ـ 4: ناحیه وجود مدلغزشی و در طرح فاز 83
شکل 4 ـ5: ناحیه وجود مد لغزشی در طرح فاز وقتیc1<1/RLc. 83
شکل 4 ـ6: پاسخ زمانی ولتاژ خروجی به ازای مقادیر مختلف K 84
شکل 4 ـ 7: پاسخ زمانی جریان سلف به ازای مقادیر مختلف K 84
شکل4-8: پاسخ زمانی ولتاژ خروجی PID. 85
شکل 4-9: پاسخ زمانی ولتاژ خروجی SMC. 85
شکل 4-10: پاسخ زمانی ولتاژ خروجی PID,SMC. 85
شکل 4-11: پاسخ زمانی ولتاژ خروجی SMC 86
شکل پ-1: توپولوژی مبدل افزاینده DCبهDC 92
شکل پ-2: توپولوژی مبدل DCبهDC کاهنده-افزاینده 95
شکل پ-3: مدل سیمولینک برای مبدل DCبهDC کاهنده با کنترل PID 108
شکل پ-4 : مدل سیمولینک برای ساختار داخلی مبدل DC بهDC کاهنده 108
شکل پ-5 : مدل سیمولینک برای ساختار داخلی یک PID 109
شکل پ-6 : مدل سیمولینک برای مبدل DCبهDC کاهنده با SMC. 109
شکل پ-7 : مدل سیمولینک برای ساختار داخلی مبدل DCبه DC کاهنده. 110
شکل پ-8: مدل سیمولینک برای مبدل DC بهDC کاهنده با SMC، 111
شکل پ-9: مدل سیمولینک برای ساختار داخلی مبدل DCبهDC کاهنده 111
شکل پ-10: مدل سیمولینک برای ساختار داخلی SMC 112
راهنمای خرید و دانلود فایل
برای پرداخت، از کلیه کارتهای عضو شتاب میتوانید استفاده نمائید.
بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.
در صورت بروز هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا شکایت شما مورد بررسی قرار گیرد.
برای دانلود فایل روی دکمه خرید و دانلود کلیک نمایید.
ديدگاه ها