开关电源离散映射模型分析及混沌控制研究

论文摘要

作为开关电源核心部分的DC-DC功率变换器是一个非线性系统,在一定的条件下会表现出丰富的非线性现象,例如分岔、混沌等。对混沌现象进行有效的分析和控制,不仅能优化DC-DC变换器设计,避免有害混沌现象的出现而且还能利用混沌控制技术提升DC-DC变换器的工作性能。此外,DC-DC变换器的混沌研究成果,会进一步推动非线性科学理论的发展。本文应用混沌动力学方法研究DC-DC变换器的混沌现象及混沌控制方法。本文首先介绍了DC-DC变换器的几种离散映射建模方法,以电流控制的Boost和Buck-Boost变换器为研究对象,采用频闪映射法建立了它们的离散迭代映射模型,基于此模型利用雅可比矩阵和李雅普诺夫指数方法结合其分岔图、状态变量的波形图、相图和庞加莱截面辨识了Boost和Buck-Boost变换器的混沌现象,详细介绍了变换器从分岔到混沌的演化过程。在混沌控制研究方面,本文结合所建立的精确离散映射模型,以将处于混沌状态Boost和Buck-Boost变换器控制到单周期轨道为目的,分别采用线性反馈法、参数微扰法和延迟反馈法进行控制。首先通过仿真验证了控制的有效性,然后并针对不同的变换器、不同参数引起的混沌,以对变换器运行状态影响的大小和其动态特性为指标,给出了每种方法的优缺点和选择依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的背景及研究意义
• 1.3 混沌国内外研究概述
• 1.4 DC-DC变换器的混沌研究
• 1.4.1 DC-DC变换器的混沌现象研究
• 1.4.2 DC-DC变换器的混沌控制方法研究
• 1.5 本文的研究内容和组织结构
• 第2章 混沌学基础
• 2.1 引言
• 2.2 混沌的基本概念
• 2.3 混沌的基本特征
• 2.4 DC-DC变换器通向混沌的路径
• 2.5 DC-DC变换器的混沌辨识方法
• 2.6 DC-DC变换器的混沌控制方法
• 2.7 本章小结
• 第3章 DC-DC变换器的离散映射建模
• 3.1 引言
• 3.2 DC-DC变换器的动力学描述
• 3.2.1 功率级建模
• 3.2.2 控制级建模
• 3.2.3 离散建模
• 3.3 BOOST变换器的离散映射模型
• 3.3.1 变换器状态方程的建立
• 3.3.2 变换器离散映射模型的建立
• 3.4 BUCK-BOOST变换器的离散映射模型
• 3.4.1 变换器状态方程的建立
• 3.4.2 变换器离散映射模型的建立
• 3.5 本章小结
• 第4章 DC-DC变换器的混沌现象研究
• 4.1 引言
• 4.2 BOOST变换器的混沌现象研究
• 4.2.1 变换器的分岔现象研究
• 4.2.2 变换器的变量波形图、相图及庞加莱截面分析
• 4.2.3 变换器的稳定性研究
• 4.3 BUCK-BOOST变换器的混沌现象研究
• 4.3.1 变换器的分岔现象研究
• 4.3.2 变换器的变量波形图、相图及庞加莱截面分析
• 4.3.3 变换器的稳定性研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 DC-DC变换器的混沌控制研究
• 5.1 引言
• 5.2 BOOST变换器参考电流混沌的控制
• 5.2.1 变换器参考电流混沌的线性反馈控制
• 5.2.2 变换器参考电流混沌的参数微扰控制
• 5.2.3 变换器参考电流混沌的延迟反馈控制
• 5.3 BOOST变换器输入电压混沌的控制
• 5.3.1 变换器输入电压混沌的线性反馈控制
• 5.3.2 变换器输入电压混沌的参数微扰控制
• 5.3.3 变换器输入电压混沌的延迟反馈控制
• 5.4 Buck-BOOST变换器的混沌控制
• 5.4.1 变换器混沌的线性反馈控制
• 5.4.2 变换器混沌的参数微扰控制
• 5.4.3 变换器混沌的延迟反馈控制
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 存在的问题及今后继续研究的工作
• 参考文献
• 致谢