وبلاگ

این حالت در شکل ۳-۱۹ نشان داده شده است، که در آن تصویر تا زمان مختلف، از شرایط اولیه مختلف نقطه یکسانی را روی خط (s) σ رهگیری کرده‌اند. شکل ۳-۱۹: تصویر فاز سیستم تحت کنترل VSC نزدیک مبدأ. خطوط سیرهای مختلف به سمت خط لغزنده از شرایط متفاوت حرکت می‌کنند. اگر فرکانس سوئیچینگ نامحدود وجود داشته باشد، حرکت به دام خواهد افتاد و یا محدود خواهد افتاد و یا محدود خواهد شد تا بر روی خط (s) σ باقی بماند. حرکت وقتی که بر روی خط (s) σ محدود گردد، معادله دیفرانسیلی بدست آمده از مرتب کردن مجدد معادله s(y, )=۰ را ارضا می‌کند، یعنی: این معادله بیانگر فروپاشی درجه اول می‌باشد و خط سیر در امتداد خط (s) σ به سمت مبدأ لغزش خواهد کرد، این حالت در شکل ۳-۲۰ نشان داده شده است. چنین رفتار دینامیکی‌ای به عنوان مد لغزش ایده‌آل یا یک حرکت لغزشی ایده‌آل مطلوب بوده و خط (s) σ به اصلاح صفحه لغزشی می‌باشد. در طول حرکت لغزشی، سیستم همانند یک سیستم کاهش مرتبه یافته رفتار می‌کند که ظاهراً مستقل از کنترل می‌باشد. عمل کنترلی تضمین می‌کند به جای آنکه شرایط در معادله ۳-۱۴ برقرار شوند، معادله s(y,ẏ)=۰ برقرار باشد. شکل ۳-۲۰: تصویر فاز یک حرکت لغزشی. قانون کنترل در معادله ۱۴ـ۳ این اطمینان را حاصل می‌کند که خط سیر به سمت صفحه لغزشی (s) σ حرکت کند. ۳-۱۰- خلاصه این فصل بر روی روش‌های مختلف کنترلی (کنترل PID، کنترل هیسترزیس، کنترل تطبیق‌پذیر، کنترل با برنامه‌ریزی جریان، VSC و SMC) برای کنترل مبدل‌های DCبهDC تمرکز نمود. توضیحی در رابطه با هر روش کنترلی با مزایا و معایب آن داده شد. به طور کلی، روش‌های کنترلی توانست به عنوان روش‌های کنترل خطی و غیرخطی تقسیم‌بندی گردد. مقایسه‌ای بین ویژگی‌‌های روش‌های کنترل خطی و غیرخطی در زیر داده شده است. روش‌های کنترل خطی بستگی به این فرض کلیدی که عملکرد محدوده کوچک برای مدل خطی باید معتبر باشد، دارند. هنگامی که محدوده عملکرد مورد نیاز بزرگ است، کنترلر خطی به احتمال زیاد بسیار ضعیف و یا ناپایدار عمل خواهد نمود، به خاطر اینکه غیرخطی بودن سیستم را نمی‌توان به درستی برای کنترلرهای غیرخطی جبران نمود، از طرف دیگر، ممکن است غیرخطی بودن در محدوده عملکرد وسیع به طور مستقیم اداره گردد. در طراحی کنترلر‌های خطی، ضروری است فرض شود که پارامترهای مدل سیستم به طور منطقی شناخته شده‌اند. با این وجود، تعدادی از مشکلات کنترلی شامل عدم قطعیت‌ها در پارامترهای مدل می‌باشند؛ این ممکن است ناشی از نوسان زمانی آهسته پارامترها باشد. یک کنترلر خطی براساس مقادیر ناصحیح یا مطلق از پارامترهای مدل ممکن است تنزل کارآیی قابل توجه یا حتی ناپایداری را نشان دهد. غیرخطی بودن می‌تواند عمداً به قسمت کنترلر یک سیستم کنترلی معرفی گردد به صورتی که عدم قطعیت‌های مدل بتواند قابل تحمل باشد. کنترل خطی ممکن است نیاز به محرک‌های کیفیت بالا و سنسورهایی برای تولید رفتار خطی در محدوده عملکردی مشخص داشته باشند، در حالیکه غیرخطی بودن‌ها ممکن است اجازه استفاده از المان‌های ارزان‌تر با ویژگی‌های غیرخطی را بدهد. طرح‌های کنترل غیرخطی خوب ممکن است ساده‌تر و شهودی‌تر از قسمت‌های کنترل خطی آنها باشند. این نتیجه از این حقیقت که طرح‌های کنترلر غیرخطی اغلب از فیدبک دستگاه ناشی می‌شود، قابل استنتاج است. SMC در قسمت نهایی بحث گردید و دلیل انتخاب SMC به عنوان یک روش کنترلی در این تحقیق توضیح داده شد. فصل چهارم کنترل مدلغزشی ۴-۱- کنترل مد لغزشی برای مبدل های DCبه DC همانطور که ذکر شد یکی از مهمترین ویژگی های رژیم مدلغزشی در VSS قابلیت رسیدن به جواب، مستقل از پارامترهای سیستم می باشد. از این نقطه نظر مبدل DCبه DC به طور ویژه ای برای به کاربستن SMC مناسب می باشد و این به دلیل حالت قابل کنترل بودن آن می باشد. سیستم قابل کنترل است اگ رهر متغیر حالت را بتوان توسط یک سیگنال ورودی تحت تاثیر قرار داد. ولتاژ خروجی مشتق آن هر دو پیوسته و برای اندازه گیری در دسترس می باشند. برای مبدل هایDC بهDC که در عمل استفاده می شوند نرخ حرکت جریان خیلی سریع تر از نرخ حرکت ولتاژ می باشد. مساله کنترلی را می توان با بهره گرفتن از ساختار کنترلی آبشاری با دو حلقه کنترلی حل نمود، یک حلقه کنترل درونی جریان و یک حلقه کنترل بیرونی ولتاژ. حلقه های ترکیب شده نشان دهنده عملکرد SMC می باشند. کنترل ولتاژ معمولاً با روش های کنترل خطی استاندارد تحقق می یابد، در حالیکه کنترل جریان با بهره گرفتن از PWM یا کنترل هسترزیس قابل پیاده سازی است. در اینجا روش مدلغزشی برای کنترل جریان سلف به کار می رود. شکل (۴-۱) ساختار کلی SMC برای مبدل های DCبه DC را نشان می دهد. این روش کلی برای هر کدام از مبدل DCبهDCایزوله نشده قابل پیاده سازی است. (کاهنده، افزاینده و کاهنده-افزاینده). این موضوع می تواند توسط مقالات کارشده در رابطه با این موضوع تایید شود: در مرجع ]۲۶[، کنترل به روش SMC در مبد های DCبهDC کاهنده وکاهنده-افزاینده با بهره گرفتن از MATLAB/SIMULINK پیاده سازی شده است. در مرجع ] ۲۷SMC[ آنالوگ با بهره گرفتن از آپ- امپ به منظور کنترل مبدل DCبه DC کاهنده، پیاده سازی شده است. با گسترش این روش SMC می‌توان آن را درمبدل‌های DCبهDC رزونانسی نیز پیاده سازی کرد. این موضوع را می‌توان در مراجع [۸] و [۹] مشاهده کرد. در این مراجع روش SMC در مبدل DCبهDC نیم موج با کلیدسزنی جریان ـ صفر، پیاده سازی شده است. به کار گیری این روش هم با شبیه سازی و هم به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته شده است. مسأله اصلی این روش کنترلی این است که هیچ روش مستقیمی برای اندازه گیری بهره قسمت خطی وجود ندارد. که این می‌تواند به عنوان یک اشکال در نظر گرفته شود [۲]. یک راه‌حل ممکن به کارگیری پاسخ پله برای انتخاب بهره مناسب برای هر کاربرد خاص می‌باشد. شکل ۴ ـ ۱ بلوک دیاگرام نشان دهنده ساختار SMC برای مبدل‌های DC به DC . ساختار کنترلی شامل دو حلقه کنترلی می‌باشد: یک حلقه ولتاژ خطی و یک حلقه جریان غیرخطی. ترکیب حلقه‌ها روش SMC می‌باشد. ۴ ـ ۱ ـ ۱ ـ توصیف طرح فاز[۳۴] SMC برای مبدل DCبهDC کاهنده برای مبدل‌های DCبهDC ، جریان سلف و ولتاژ خازن به عنوان متغیرهای حالت در نظر گرفته می‌شود. برای مبدل DCبهDC باک نشان داده شده در شکل ۴ ـ ۲ بهتر است توصیفی از سیستم داشته باشیم که شامل خطای خروجی و مشتق آن باشد ]۲۵[ شکل ۴ ـ ۲ ـ ساختار مبدل DCبهDC کاهنده، نشان دهنده اجزای استفاده شده در ساختار و شیوه اتصال آنها به یکدیگر که در آنVref بیانگر ولتاژ مرجع،Vo ولتاژ خروجی وIc جریان خازن می‌باشد. با در نظر گرفتن عملکرد CCM،‌ معادله سیستم را برحسب متغیرهای حالتX1,X2 می‌توان به صورت زیر نوشت (به پیوست الف-۵ مراجعه کنید). که شکل ماتریسی آن به صورت زیر می‌باشد: که در آن u ورودی ناپیوسته می‌باشد که می‌توان مقادیر ۰ یا ۱ را برای آن در نظر گرفت. در فرم ماتریسی، ماتریس‌های A و B و D به صورت زیر می‌باشد. خط سیر فاز مربوط به زیرساختارهای و به ازای مقادیر مختلف حالت اولیه در شکل ۴ ـ ۳ نشان داده شده است. بهتر است که سطح لغزش به صورتی ترکیب خطی از متغیرهای حالت انتخاب گردد تا مجر به سیستم‌های کنترل شود که به سادگی قابل پیاده سازی باشد و امکان استفاده از روش کنترل معادل برای توصیف دینامیک‌های سیستم در مد لغزش وجود داشته باشد، بنابراین: که در آنCT[c1,1] بردار ضریب سطح لغزش مشابه G در رابطه (۱ ـ ۱۰) می‌باشند. بدون از دست رفتن کلیت،‌مقدارC2=1 در نظر گرفته شده است. معادله (۴ ـ ۵) یک خط را در طرح فاز توصیف می‌کند که از مبدأ عبور می‌کند. که نشانگر یک نقطه کار پایدار برای این مبدل می‌باشد. خطای ولتاژ خروجی و ولتاژ آن صفر می‌باشند) شکل ۴ ـ ۳:خط مسیر سیستم و خط لغزش در طرح فاز مبدل DCبهDC کاهنده، نقطه (A) نشان دهنده نقطه‌ای است که خط مسیرها وقتی که کلید در حالت روشن است، نقطه (B) نشان دهنده نقطه پایان خط مسیرها وقتی که کلید در حالت خاموش می‌باشد. از معادله ۴ ـ۱ x1=vo-vre در حالی که.x2=ic/c با جایگذاری معادله (۴ ـ ۲) در معادله (۴ ـ ۵) داریم: که دینامیک سیستم را در مد لغزشی توصیف می‌کند. بنابراین در صورتی که شروط وجود و وصول SMC برآورده شوند، یک سیستم پایدار با انتخاب مقدار مثبتc1 حاصل می‌گردد. بر طبق معادلات (۱ ـ ۵) و (۱ ـ ۷) و استفاده از قانون کنترلی زیر هر دو شرط وجود و وصول برآورده می‌شود. در حقیقت، به سادگی می‌توان دید که قانون کنترلی برای هر دو طرف خط لغزش و خط مسیرهای فاز زیر ساختارهای مربوطه، مستقیماً به طرف خط لغزش می‌باشد (حداقل در ناحیه کوچکی حول آن). همان طور که در شکل (۴ ـ ۳) نشان داده شده است، ساختار واقعی دارای محدودیت‌هایی به علت خاصیت یکسوسازی دیود هرزگرد می‌باشد. در حقیقت، وقتی که کلید خاموش است، ‌جریان سلف iL فقط می‌تواند مقدار غیرمنفی داشته باشد. در عمل وقتی که iL به صفر می‌رسد، مقدار آن روی صفر باقی می‌ماند و خازن خروجی به صورت نمائی دشارژ می‌گردد. این موقعیت مطابق با حالت DCM می‌باشد و یک قید را به متغیر حالت اعمال می‌کند. مرز این ناحیه را می‌توان با بهره گرفتن از قید۰ iL= بدست آورد که به صورت زیر می‌باشد (به پیوست الف-۶ مراجعه کنید). که مطابق با یک خط مستقیم با شیب منفی-۱/RLc) ( می‌باشد و از نقطه) –Vref,0 (می‌گذرد. همان طور که در شکل (۴ ـ ۳) نشان داده شده است همچنین خطx1=-vref یک ناحیه دیگر را که از نظر فیزیکی قابل دسترس نمی‌باشد را نشان می‌دهدvo<0. ۴ ـ ۱ ـ ۲ شرط وجود SMC برای مبدل DCبهDC کاهنده