طراحي كنترل كننده ي مد لغزشي تطبيقي براي مبدل افزاينده درهم تنيده با سلف تزويج مستقيم

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

كارشناسي ارشد

كنترل مبدل‌ها يكي از حوزه‌هاي پژوهشي مهم در مهندسي برق محسوب مي‌شود. بهبود عملكرد ديناميكي و تضمين پايداري مبدل‌ها همواره از چالش‌هاي اصلي در اين زمينه بوده است. در اين پژوهش، از يكي از ساختارهاي مبدل افزاينده بهره گرفته شده است. اين ساختار به دليل كاربرد گسترده در منابع تغذيه و مبدل‌هاي مياني ريزشبكه‌ها انتخاب شده است. يك ساختار نوآورانه براي مبدل افزاينده‌ي در‌هم‌تنيده طراحي و تحليل شده است كه هدف اصلي آن، بهبود عملكرد ديناميكي، كاهش ريپل جريان ورودي، افزايش بازده و ارتقاء پايداري ولتاژ خروجي در شرايط كاري متغير است. ساختار پيشنهادي با افزودن يك سلف ورودي به مبدل در‌هم‌تنيده‌ي دو فاز با سلف‌هاي كوپل‌شده، ضمن ساده‌سازي طراحي مغناطيسي، توانسته است ويژگي‌هاي الكترومغناطيسي و ديناميكي مدار را به‌طور محسوسي بهبود بخشد. بدون آن‌كه به پايداري حلقه و ميزان تنش‌هاي ولتاژ و جريان بر روي كليدها آسيبي وارد شود. طراحي اين ساختار به گونه‌اي انجام شده كه ضمن بهره‌گيري از مزاياي توپولوژي‌هاي درهم‌تنيده، پيچيدگي مغناطيسي و تعداد المان‌ها افزايش نيابد. در گام نخست، مروري جامع بر توپولوژي‌هاي مرسوم مبدل‌ها و تحليل مزايا و محدوديت‌هاي روش‌هاي كنترلي غيرخطي انجام شده است. سپس مبدل پيشنهادي با استفاده از تحليل حالت‌هاي كليدزني و استخراج مدل ميانگين فضاي‌حالت، به‌طور دقيق مدل‌سازي شده است. در اين مدل، اثر ضريب كوپلينگ بين سلف‌ها لحاظ شده و روابط تحليلي براي طراحي المان‌هاي غيرفعال، تعيين شرايط پيوستگي جريان سلف‌ها و كنترل ريپل ولتاژ خروجي ارائه شده است. نتايج محاسبات نشان مي‌دهد كه استفاده از سلف ورودي نه تنها دامنه ريپل جريان ورودي را كاهش مي‌دهد، بلكه باعث توزيع يكنواخت‌تر جريان در دو فاز و كاهش اثرات پوستي و تلفات هادي نيز مي‌گردد كه بهبود بازده كلي مبدل را در پي دارد. در اين پژوهش، كنترل‌كننده‌ي PI به‌عنوان يك روش مرجع كلاسيك براي مقايسه با ساختار پيشنهادي مورد استفاده قرار گرفته است. هدف از اين بخش، ارزيابي توانايي كنترل‌كننده‌ي PI در تنظيم ولتاژ خروجي و پاسخ ديناميكي مبدل در شرايط مختلف كاري از جمله تغييرات بار، افت ولتاژ ورودي و تغيير مرجع ولتاژ است. پياده‌سازي اين كنترل‌كننده بر مبناي مدل سيگنال كوچك و تبديل آن به يك سيستم مرتبه دوم انجام شد تا امكان تنظيم ضرايب تناسبي، انتگرالي و مشتقي فراهم گردد .در بخش بعدي، يك كنترل‌كننده‌ي مد لغزشي تطبيقي طراحي شده است كه قادر است پارامترهاي نامعين كليدي نظير مقاومت بار و ولتاژ ورودي را به‌صورت برخط تخمين بزند و بر اساس آن، فرمان كليدزني بهينه را توليد نمايد. پايداري و همگرايي خطاهاي تخمين با استفاده از تابع لياپانوف و به كمك نتيجه‌ي لم باربالت اثبات شده است كه اين امر تضمين مي‌كند حتي در شرايط تغييرات شديد بار يا افت ولتاژ ورودي، سيستم حلقه‌بسته پايدار باقي بماند و خروجي به مقدار مرجع همگرا شود. نتايج شبيه‌سازي‌ها در محيط متلب نشان مي‌دهد كه كنترل‌كننده‌ي پيشنهادي، در مقايسه با حالت بدون كنترل و نيز حالت با كنترل‌كننده‌ي PI، به‌طور چشمگيري ريپل جريان منبع و پيك‌هاي گذرا را كاهش داده و در عين حال شكل‌موج‌هاي ولتاژ و جريان كليدها را بهينه و كيفيت تنظيم ولتاژ خروجي را حفظ مي‌كند. نتايج، همراه با رفتار ديناميكي سريع و پايدار، نشان‌دهنده‌ي كارايي بالاي ساختار و كنترل پيشنهادي در كاربردهاي گوناگون، با راندمان بهبود يافته است.

234854

كنترل

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان