THIẾT KẾ VÀ MÔ HÌNH HÓA BỘ ĐIỀU KHIỂN HAI VÒNG CHO BỘ BIẾN ĐỔI DC–DC BOOST PHI LÝ TƯỞNG DỰA TRÊN MIỀN TẦN SỐ

Nguyễn Ngọc Đức; Vũ Thanh Lâm; Nguyễn Thị Thanh Bình; Nguyễn Tiến Dũng; Nguyễn Duy Cương

doi:10.34238/tnu-jst.14336

THIẾT KẾ VÀ MÔ HÌNH HÓA BỘ ĐIỀU KHIỂN HAI VÒNG CHO BỘ BIẾN ĐỔI DC–DC BOOST PHI LÝ TƯỞNG DỰA TRÊN MIỀN TẦN SỐ

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 24/12/25 Ngày hoàn thiện: 12/02/26 Ngày đăng: 24/02/26

Các tác giả

1. Nguyễn Ngọc Đức, Trường Đại học Kỹ huật Công nghiệp– ĐH Thái Nguyên
2. Vũ Thanh Lâm, Trường Đại học Kỹ huật Công nghiệp– ĐH Thái Nguyên
3. Nguyễn Thị Thanh Bình, Đại học Thái Nguyên
4. Nguyễn Tiến Dũng , Trường Đại học Kỹ huật Công nghiệp– ĐH Thái Nguyên
5. Nguyễn Duy Cương, Trường Đại học Kỹ huật Công nghiệp– ĐH Thái Nguyên

Tóm tắt

Bài báo này trình bày mô hình toán học của bộ biến đổi DC-DC boost phi lý tưởng dựa trên kỹ thuật trung bình không gian trạng thái. Các đặc tính phi lý tưởng được xem xét bao gồm điện trở nối tiếp ký sinh của cuộn cảm, tụ điện, diode, MOSFET khi dẫn và sụt áp thuận của diode. Khi áp dụng các bộ điều khiển một vòng lặp, những hạn chế của chúng trở nên rõ ràng. Qua phân tích cho thấy bộ điều khiển PI đã loại bỏ được sai số ở trạng thái xác lập, nhưng lại làm tăng đáng kể thời gian quá độ. Với bộ điều khiển PI-lead, độ dự trữ pha được cải thiện cùng với tần số cắt biên ở mức hợp lý. Tuy nhiên, khi tần số cắt biên mong muốn được tăng lên, nhiễu đã xuất hiện trong điện áp đầu ra được điều chỉnh. Trong bài báo này, mô hình toán học và điều khiển hai vòng lặp bộ biến đổi boost phi lý tưởng được trình bày và thảo luận. Hiệu suất của bộ điều khiển PI cho hai vòng phản hồi của bộ biến đổi boost được đưa ra, cùng các kiểm nghiệm bằng mô phỏng số được trình bày để chứng minh tính hiệu quả của giải pháp đề xuất.

Từ khóa

Bộ biến đổi DC-DC giảm áp; Kỹ thuật trung bình không gian trạng thái; Thuật toán Leverrier; Bộ điều khiển; PI hai vòng lặp; Chỉ tiêu trong miền tần số

Toàn văn:

PDF (English)

Tài liệu tham khảo

[1] W. Zhang, X. Tan, K. Wang, T. Li, and J. Chen, "Design for boost DC-DC converter controller based on state-space average method," Integrated Ferroelectrics, vol. 172, no. 1, pp. 152–159, 2016, doi: 10.1080/10584587.2016.1176834

[2] H. K. Khleaf, A. K. Nahar, and A. S. Jabbar, "Intelligent control of DC-DC converter based on PID-neural network," Int. J. Power Electron. Drive Syst., vol. 10, no. 4, pp. 2254–2262, 2019, doi: 10.11591/ijpeds.v10.i4.pp2254-2262.

[3] M. Z. Hossain and N. A. Rahim, "Recent progress and development on power DC-DC converter topology, control, design and applications: A review," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 81, pp. 205–230, 2018, doi: 10.1016/j.rser.2017.07.017.

[4] R. H. Tan and L. Y. Hoo, "DC-DC converter modeling and simulation using state space approach," in Proc. IEEE CENCON, 2015, pp. 42–47, doi: 10.1109/CENCON.2015.7409511.

[5] K. Guesmi and A. Hamzaoui, "On the modelling of DC‐DC converters: An enhanced approach," International Journal of Numerical Modelling: Electronic Networks, Devices and Fields, vol. 24, no. 1, pp. 36–57, 2011, doi: 10.1002/jnm.759.

[6] C. Levis, C. O’Loughlin, T. O’Donnell, and M. Hill, "A comprehensive state-space model of two-stage grid-connected PV systems in transient network analysis," International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 110, pp. 441–453, 2019, doi: 10.1016/j.ijepes.2019.03.032.

[7] P. Azer and A. Emadi, "Generalized state space average model for multi-phase interleaved buck, boost and buck-boost DC-DC converters: Transient, steady-state and switching dynamics," IEEE Access, vol. 8, pp. 77735–77745, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.2987277.

[8] N. Ghanbari, P. M. Shabestari, A. Mehrizi-Sani, and S. Bhattacharya, "State-space modeling and reachability analysis for a DC microgrid," in Proc. IEEE APEC, 2019, pp. 2882–2886, doi: 10.1109/APEC.2019.8721914.

[9] A. Özdemir and Z. Erdem, "Double-loop PI controller design of the DC-DC boost converter with a proposed approach for calculation of the controller parameters," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering, vol. 232, no. 2, pp. 137–148, 2017, doi: 10.1177/0959651817740006.

[10] M. M. Garg, Y. V. Hote, M. K. Pathak, and L. Behera, “An approach for buck converter PI controller design using stability boundary locus,” in 2018 IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exposition (T&D), IEEE, 2018, doi: 10.1109/TDC.2018.8440291.

[11] M. Gupta, N. Gupta, M. M. Garg, and A. Kumar, "Analysis and design of PI-lead compensator for DC-DC boost converter," in Proc. ICEPE, 2022, pp. 1–6, doi: 10.1109/ICEPE55035.2022.979814.

[12] D. N. Nguyen, D. T. Nguyen, S. Q. Tran, and C. D. Nguyen, “Modeling and PI Controller Design Based on Stability Boundary Locus Approach for Non-ideal DC–DC Boost Converter,” in Advances in Engineering Research and Application. ICERA 2024. Lecture Notes in Networks and Systems, D.C. Nguyen et al., (eds), vol. 1610, Springer, Cham, 2025, doi: 10.1007/978-3-032-03856-2_38.

[13] S. Kapat and P. T. Krein, "A tutorial and review discussion of modulation, control and tuning of high-performance DC-DC converters based on small-signal and large-signal approaches," IEEE Open Journal of Power Electronics, vol. 1, pp. 339–371, 2020, doi: 10.1109/OJPEL.2020.3018311.

[14] J. Sun, "Pulse-width modulation," in Dynamics and Control of Switched Electronic Systems, Springer, pp. 25–61, 2012, doi:10.1007/978-1-4471-2885-4_2.

[15] H. Al-Baidhani, M. K. Kazimierczuk, and A. Reatti, "Nonlinear modeling and voltage-mode control of DC-DC boost converter for CCM," in Proc. IEEE ISCAS, 2018, pp. 1–5, doi: 10.1109/ISCAS.2018.8351078.

[16] Y. Shen, Z. Qin, and H. Wang, “Chapter 3 - Modeling and Control of DC-DC Converters,” in Control of Power Electronic Converters and Systems, F. Blaabjerg, ed., Academic Press, 2018, pp. 69-92, doi: 10.1016/B978-0-12-805245-7.00003-2.

[17] M. Arjun and V. Patil, "Steady state and averaged state space modelling of non-ideal boost converter," International Journal of Power Electronics, vol. 7, no. 1–2, pp. 109–125, 2015, doi: 10.1504/ijpelec.2015.071204.

[18] D. Ngo, D. Nguyen, and T. Tran, “Frequency-Domain Modeling and PI-Lead Controller Design for Non-Ideal DC-DC Boost Converters,” International Journal of Robotics and Control Systems, vol. 5, no. 5, pp. 2399-2413, 2025, doi: 10.31763/ijrcs.v5i5.2138.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.14336

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ