Bộ chuyển đổi Buck-Boost là thành phần quan trọng trong hệ thống nguồn điện một chiều, đặc biệt trong ứng dụng tàu thủy, robot và thiết bị điện tử công suất. Mô hình toán học của bộ chuyển đổi này là phi tuyến mạnh do sự tồn tại của khóa bán dẫn có hai trạng thái đóng/mở, làm cho bài toán điều khiển trở nên phức tạp.
Các phương pháp điều khiển tuyến tính truyền thống như PID hoặc điều khiển trượt (SMC) thường khó đảm bảo chất lượng điều khiển tối ưu khi có các ràng buộc về dòng điện, điện áp và chế độ chuyển mạch.
Phương pháp MPC là hướng tiếp cận hiện đại, có khả năng xử lý tốt các ràng buộc và tối ưu hóa việc tính toán trực tuyến. Tuy nhiên, với đối tượng phi tuyến và rời rạc như bộ chuyển đổi Buck Boost, việc áp dụng trực tiếp MPC sẽ đòi hỏi khối lượng tính toán rất lớn. Do đó, nghiên cứu đề xuất xây dựng mô hình MLD cho bộ chuyển đổi Buck-Boost, trong đó trạng thái đóng/mở của khóa bán dẫn được biểu diễn bởi biến logic nhị phân. Trên cơ sở đó, bộ điều khiển MPC được thiết kế và mô phỏng trên Matlab/HYSDEL nhằm đạt được điện áp đầu ra ổn định, nhanh và chính xác.
Để mô tả chính xác hệ thống, mô hình MLD được xây dựng nhằm liên kết phần động học tuyến tính với phần logic chuyển mạch. Dựa trên mô hình này, bộ điều khiển MPC được thiết kế dưới dạng bài toán tối ưu tuyến tính số nguyên hỗn hợp (MILP) để xác định tín hiệu điều khiển tối ưu tại mỗi chu kỳ lấy mẫu, đảm bảo điện áp đầu ra bám sát giá trị đặt và tuân thủ các ràng buộc có sẵn.
Nghiên cứu đã trình bày một phương pháp thiết kế điều khiển điện áp cho bộ chuyển đổi Buck-Boost dựa trên mô hình logic hỗn hợp (MLD) kết hợp với điều khiển dự báo mô hình (MPC). Việc sử dụng mô hình MLD như một cách phù hợp để mô tả chính xác hệ phi tuyến và quá trình chuyển mạch của khóa bán dẫn trong hệ thống, qua đó giúp bài toán điều khiển có thể được biểu diễn dưới dạng tối ưu tuyến tính số nguyên hỗn hợp (MILP).
Bộ điều khiển MPC được thiết kế dựa trên cơ sở mô hình MLD đã đảm bảo điện áp đầu ra bám sát giá trị đặt, đồng thời các ràng buộc về dòng điện cuộn cảm và điện áp tụ điện vẫn được thỏa mãn. Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp đề xuất đạt được hiệu quả, thời gian xác lập nhanh, độ quá chỉnh nhỏ hơn so với các phương pháp điều khiển truyền thống |