Boost-hakkuri. Hakkurin tilaesitykset

Samankaltaiset tiedostot
1 PID-taajuusvastesuunnittelun esimerkki

PID-sa a timen viritta minen Matlabilla ja simulinkilla

Hyvyyskriteerit. ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 8: Säädetyn järjestelmän hyvyys aika- ja taajuustasossa, suunnittelu taajuustasossa, kompensaattorit

Hakkuritehola hteet Janne Askola Jari-Matti Hannula Jonas Nordfors Joni Kurvinen Semu Mäkinen

Elektroniikka, kierros 3

Taajuustason tekniikat: Boden ja Nyquistin diagrammit, kompensaattorien suunnittelu. Vinkit 1 a

Tehtävä 1. Vaihtoehtotehtävät.

ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 8: Säädetyn järjestelmän hyvyys aika- ja taajuustasossa, suunnittelu taajuustasossa, kompensaattorit

2. kierros. 2. Lähipäivä

Y Yhtälöparista ratkaistiin vuorotellen siirtofunktiot laittamalla muut tulot nollaan. = K K K M. s 2 3s 2 KK P

Y (s) = G(s)(W (s) W 0 (s)). Tarkastellaan nyt tilannetta v(t) = 0, kun t < 3 ja v(t) = 1, kun t > 3. u(t) = K p y(t) K I

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

Osatentti

MATLAB harjoituksia RST-säädöstä (5h)

PIIRIANALYYSI. Harjoitustyö nro 7. Kipinänsammutuspiirien mitoitus. Mika Lemström

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

ELEC-C1230 Säätötekniikka

Vcc. Vee. Von. Vip. Vop. Vin

Aikatason vaste vs. siirtofunktio Tehtävä

20 Kollektorivirta kun V 1 = 15V Transistorin virtavahvistus Transistorin ominaiskayrasto Toimintasuora ja -piste 10

12. Stabiilisuus. Olkoon takaisinkytketyn vahvistimen vahvistus A F (s) :

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

4. kierros. 1. Lähipäivä

ELEC-C1230 Säätötekniikka 10. laskuharjoitus Taajuustason tekniikat: Boden ja Nyquistin diagrammit, kompensaattorien suunnittelu

3. kierros. 2. Lähipäivä

Osatentti

ELEC-C1230 Säätötekniikka

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

EMC Säteilevä häiriö

Luento 7. LTI-järjestelmät

3. kierros. 1. Lähipäivä

Esimerkki: Laaduntasaussäiliö. Esimerkki: Laaduntasaussäiliö. Taajuusanalyysi. ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 7: Taajuusanalyysi

Esimerkki: Laaduntasaussäiliö. Esimerkki: Laaduntasaussäiliö. Taajuusanalyysi. ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 7: Taajuusanalyysi

Tehtävä 1. a) sähkövirta = varausta per sekunti, I = dq dt = 1, A = 1, C s protonin varaus on 1, C

Flash AD-muunnin. Ominaisuudet. +nopea -> voidaan käyttää korkeataajuuksisen signaalin muuntamiseen (GHz) +yksinkertainen

Sähkötekniikka ja elektroniikka

Säätötekniikan matematiikan verkkokurssi, Matlab tehtäviä ja vastauksia

H(s) + + _. Ymit(s) Laplace-tason esitykseksi on saatu (katso jälleen kalvot):

ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 7: Taajuusanalyysi

Y (z) = z-muunnos on lineaarinen kuten Laplace-muunnoskin

- Käyttäjä voi valita halutun sisääntulon signaalin asetusvalikosta (esim. 0 5V, 0 10 V tai 4 20 ma)

TASA- JA VAIHTOVIRTAPIIRIEN LABORAATIOTYÖ 5 SUODATINPIIRIT

PERUSRAKENTEET Forward converter, Myötävaihemuunnin ( BUCK regulaattori )

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

C 2. + U in C 1. (3 pistettä) ja jännite U C (t), kun kytkin suljetaan ajanhetkellä t = 0 (4 pistettä). Komponenttiarvot ovat

Pakotettu vaimennettu harmoninen värähtelijä Resonanssi

TL5503 DSK, laboraatiot (1.5 op) Suodatus 1 (ver 1.0) Jyrki Laitinen

Luento 7. tietoverkkotekniikan laitos

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

MICRO-CAP: in lisäominaisuuksia

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

SIMULINK 5.0 Harjoitus. Matti Lähteenmäki

SIGNAALITEORIAN KERTAUSTA 1

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

RAPORTTI Eemil Tamminen Markus Virtanen Pasi Vähämartti Säätötekniikan harjoitustyö Joulukuu 2007

RADIOTEKNIIKKA 1 HARJOITUSTYÖ S-2009 (VERSIO2)

Harjoitus (15min) Prosessia P säädetään yksikkötakaisinkytkennässä säätimellä C (s+1)(s+0.02) 50s+1

Dynaamisten systeemien teoriaa. Systeemianalyysilaboratorio II

ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 10: Digitaalinen säätö, perusteet, jatkuu

Signaalien generointi

Luento 8. Suodattimien käyttötarkoitus

Luento 7. Järjestelmien kokoaminen osista

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

Signaalien datamuunnokset. Digitaalitekniikan edut

Signaalien datamuunnokset

Järjestelmien kokoaminen osasysteemeistä. ELEC-C1230 Säätötekniikka. Lohkokaaviomuunnokset: Signaalit. Signaalin kulkeminen lohkon läpi

OPERAATIOVAHVISTIN. Oulun seudun ammattikorkeakoulu Tekniikan yksikkö. Elektroniikan laboratoriotyö. Työryhmä Selostuksen kirjoitti

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät Välikoe

y (0) = 0 y h (x) = C 1 e 2x +C 2 e x e10x e 3 e8x dx + e x 1 3 e9x dx = e 2x 1 3 e8x 1 8 = 1 24 e10x 1 27 e10x = e 10x e10x

Alias-ilmiö eli taajuuden laskostuminen

KOHINA LÄMPÖKOHINA VIRTAKOHINA. N = Noise ( Kohina )

Säätötekniikkaa. Säätöongelma: Hae (mahdollisesti ulostulon avulla) ohjaus, joka saa systeemin toimimaan halutulla tavalla

= 6, Nm 2 /kg kg 71kg (1, m) N. = 6, Nm 2 /kg 2 7, kg 71kg (3, m) N

Harjoitus 6: Simulink - Säätöteoria. Syksy Mat Sovelletun matematiikan tietokonetyöt 1

IIZE3010 Elektroniikan perusteet Harjoitustyö 2

6.8 Erityisfunktioiden sovelluksia

Sähköpaja. Kimmo Silvonen (X)

MIKROAALTOUUNI VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Tuomas Karri i78953 Jussi Luopajärvi i80712 Juhani Tammi o83312

Supply jännite: Ei kuormaa Tuuletin Vastus Molemmat DC AC Taajuus/taajuudet

Harjoitus 5: Simulink

ANALOGIAPIIRIT III/SUUNNITTELUHARJOITUS OSA 2

Matlab-tietokoneharjoitus

SATE1050 PIIRIANALYYSI II / MAARIT VESAPUISTO: APLAC, MATLAB JA SIMULINK -HARJOITUSTYÖ / SYKSY 2015

S Signaalit ja järjestelmät

Tehtävä 1. Vaihtoehtotehtävät.

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA Aalto-yliopisto, sähkötekniikan korkeakoulu

Matemaattinen Analyysi

LABORATORIOTYÖ 2 A/D-MUUNNOS

- Käyttäjä voi valita halutun sisääntulon signaalin asetusvalikosta (esim. 0 5V, 0 10 V tai 4 20 ma)

Operaatiovahvistimen vahvistus voidaan säätää halutun suuruiseksi käyttämällä takaisinkytkentävastusta.

1 Olkoon suodattimen vaatimusmäärittely seuraava:

12. Differentiaaliyhtälöt

LABORATORIOTYÖ 2 A/D-MUUNNOS

Harjoitus 7: Dynaamisten systeemien säätö (Simulink)

Sähköstatiikka ja magnetismi Sähkömagneetinen induktio

Tehtävä 4.7 Tarkastellaan hiukkasta, joka on pakotettu liikkumaan toruksen pinnalla.

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät Välikoe

MITTALAITTEIDEN OMINAISUUKSIA ja RAJOITUKSIA

Transkriptio:

Boost-hakkuri Boost-hakkurilla on toiminnassaan kaksi tilaa. Päällä, jolloin kytkimestä virtapiiri on suljettu ja pois silloin kun virtapiiri on kytkimestä aukaistu. Kummallekin tilalle tulee muodostaa oma tilaesityksensä, joita voidaan ensin keskiarvoistaa toiminta-ajan (duty cycle) mukaan ja sitten vielä linearisoida. Näiden kaikkien toimenpiteiden jälkeen saamme hakkuristamme rakennettua mallin esimerkiksi simulink-simulointia varten. Kuva 1: Boost-hakkuri, kytkin päällä ja pois Hakkurin tilaesitykset Saatiin seuraavat tilaesitykset hakkurin kahdelle tilalle. Kytkin kiinni (On-State): [ di dt dv C dt 0 0 ]=[ 1 0 RC ][ i 1 ]+[ v C ja kytkin auki (Off-State): di 0 [ dt ]=[ dv C 1 dt C 1 1 RC 0 ][ i 1 ]+[ v C 0 ]v i ;v o =[0 1][ i v C ] ]v i ;v o =[0 1][ i v C ]

Keskiarvoistamisen ja linearisoinnin jälkeen saimme ratkaistua Hakkurille kaksi siirtofunktiota G vg =C D (si A D ) 1 DR B D = CRs 2 +s+rd = 7.2 2 3.96e 8s 2 +0.0001s+4.32 ja V G vd =C D (si A D ) 1 E+F = i s+v i R CRs 2 + s+r(1 D) = 0.0048s+576 2 3.96e 8s 2 +0.0001s+1.92, joissa A D, B D ja C D ovat keskiarvoistettuja matriiseja. Siirtofunktioiden avulla saatiin seuraavan lainen simulink-malli. Step-lohko ajaa sisään järjestelmään amplitudia 12 ja häiriöksi on simuloitu random-numberia varianssilla 5. Kytkintä käytetään, jotta saadaan nopeasti vertailtua kompensoitua ja kompensoimatonta järjestelmää. Kuva 2: Boost-hakkurin simulink-malli Seuraavaksi simuloitiin pelkästään hakkurin vastetta ja sen vastetta häiriöiden kanssa.

Kuva 3: Vaste ilman häiriöitä Kuva 4: Vaste häiriöillä

Huomataan, että kummassakin mallissa esiintyy rutkasti häiriöpiikkejä joiden amplitudi saattaa olla hyvinkin huomattava. Kunnolla toimiakseen hakkuri tarvitsee siis kompensaattorin. Kompensaattorin suunnittelu Tehtävänannossa ei ole annettu selkeitä kriteereitä sille, kuinka kompensoidun hakkurin tulisi toimia nopeuden ja häiriöiden suodattamisen suhteen. Ehkä ensimmäinen ja tärkein olettamus on, että piirin tulee olla stabiili. Hakkuri itsessään on jo stabiili, joten epästabiiliksi piirin saisimme lisäämällä siihen väärin suunnitellun vaiheenjohto-kompensaattorin. Koska tahdomme kuitenkin vasteen olevan lähes täydellinen askelfunktio, päätimme suunnitella vaiheenjohtopiiriin perustuvan kompensaattorin epästabiliusriskeistä huolimatta. Tutkitaan kompensaattorin suunnittelemista varten siirtofunktioiden G vd ja G vg Boden diagrammeja. Kuva 5: Gvg:n (vihr) ja Gvd:n (sin) boden diagrammi Kuvaajasta nähdään, että vahvistuskäyrä alkaa nousta, kun taajuus on 2000 rad/s. Vahvistuskäyrien huiput ovat taajuuksilla 6730 rad/s, jolloin vahvistusta on tullut lisää 9,5dB ja 10300 rad/s. 12,4dB verrattuna DC-vahvistukseen. Asetettiin kompensaattorille perustaajuudeksi w_0=10 rad/s ja k=250 jolloin w1=2500 rad/s, joilla saatiin seuraavanlainen vaste.

Kuva 6: Kompensaattorin bodendiagrammi Tehtiin perusohjeen mukainen vaiheenjohtokompensaattori, jolle siirtofunktio on muotoa G c = 1 /w s+1 0 ja simuloitiin järjestelmää. Huomataan, että tämän kompensaattorin ajaminen 1/kw 0 s+1 Matabissa on hyvin hidasta, joten pudotettiin simulointiaikaa puoleen sekuntiin. Häiriöiden kanssa saatiin kuitenkin kiva vaste ja nopea nousuaika. Kuva 7: Kompensoitu hakkuri häiriöillä

Kuva 8: Nousuaika komensoituna ja häiriöllä Huomataan ainakin että piiri on hyvin nopea, eikä Matab kykene esittämään tarkempia sekunnin murto-osia. Jos verrataan vastette ilman kompensaattoria ja kompensaattorilla, voidaan kompensaattorin säätämistä pitää onnistuneena. Jos kuitenkin ollaan tarkkojua, huomataan, että kompensaattori laskee järjestelmän vastetta hieman, eikä näin ollen ole toivottu 12. Kasvatetaan vielä kompensaattorin vahvistusta Kc, jotta vaste alkaisi näyttää ideaaliselta. Kasvattamalla kompensaattorin vavhistusta Kc= 10 saadaan jo lähes halutunlainen vaste.

Kuva 9: Vaste häiriöillä, kompensaattorin vahvistus Kc=10 oppuhuomiot Huomataan vastekäyrän olevan melko paksu. Matabissa kuvaa suurentamalla paljastuu, että se johtuu todella suuritaajuisesta värähtelystä, jonka apmlitudi suhteessa järjestelmään lienee kuitenkin siedettävä. Nämä korkeataajuiset häiriöt lienevät mysö syynä sillä, miksi Matab laskee vasteen niiun hitaasti. Erilaisilla Kompensaattoreilla saimme erilaisia häiriöiden amplitudeja ja häiriötaajuuksia, mutta meidän mielestämme tämä on paras esitys kyseiselle kompensaattorille, koska tarkempia kriteereitä kompensaattorille ei asetettu.