基于DSP的DC-DC变换器模糊控制器设计与实现

论文摘要

随着信息技术产业的不断发展,开关电源以其体积小,转换效率高而得到广泛应用,同时对开关电源性能要求越来越高。传统的建模方法、控制方法已经很难满足现代开关电源的要求,利用模拟电路来实现开关电源控制的局限性也越来越明显,所以简单可靠、高效数字化控制已经成为开关电源发展的方向之一。首先,本文深入研究了DC-DC变换器的基本拓扑结构及其主要参数计算方法;详细讨论了开关电源中典型DC-DC变换拓扑的常用建模方法及研究现状;对DC-DC变换器控制策略和控制技术的研究现状进行了综述和总结。其次,在MATLAB/Simlink环境下建立Buck变换器和Boost变换器的PLECS模型,并以Boost变换器为控制对象采用双闭环电流型控制结构,外环为电压环,采用简单模糊控制器与积分环节构造其复合控制器;内环为电流环,采用PI控制器,输出为开关器件控制脉冲信号的占空比。以Buck变换器为控制对象设计了T-S模糊控制器,对模糊控制及PI控制分别进行了仿真分析,结果表明模糊控制策略能有效改善DC-DC变换器动态性能,且具有较好的静态性能。最后,以Buck变换器为控制对象,以TI公司的TMS320LF240 DSP作为处理器设计了一台小型数字化控制系统实验平台。在构建的实验平台上,对设计的模糊控制器进行了实验研究,实验结果证明了控制算法的可行性、有效性。设计的控制系统具有结构简单、可靠性高、动静态性高等优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题提出及研究意义
• 1.2 发展现状
• 1.2.1 控制策略
• 1.2.2 控制技术
• 1.3 本文所做的工作
• 1.4 本文各章节的安排
• 第二章 DC-DC变换器的拓扑结构和建模方法
• 2.1 概述
• 2.2 DC-DC变换器的种类及结构
• 2.2.1 Buck变换器
• 2.2.2 Boost变换器
• 2.2.3 Buck-Boost变换器
• 2.3 DC-DC变换器的建模方法
• 2.3.1 小信号建模方法
• 2.3.2 状态空间平均法
• 2.3.3 开关元件平均法
• 2.4 本章小结
• 第三章 DC-DC变换器的模糊控制器设计及仿真分析
• 3.1 常规模糊控制
• 3.1.1 Boost变换器的控制结构
• 3.1.2 Boost变换器的模糊控制器设计
• 3.1.3 Boost变换器的建模与仿真
• 3.2 T-S模糊控制
• 3.2.1 Buck变换器的T-S模糊模型
• 3.2.2 Buck变换器的模糊控制器设计
• 3.2.3 Buck变换器的仿真研究
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于DSP的DC-DC变换器软硬件设计及实验
• 4.1 基于DSP的系统硬件设计
• 4.1.1 系统主电路设计
• 4.1.2 DSP硬件系统
• 4.1.3 驱动电路设计
• 4.1.4 检测电路设计
• 4.1.5 辅助电源设计
• 4.2 基于DSP的系统软件设计
• 4.2.1 TMS320F240 软件设计简介
• 4.2.2 程序设计
• 4.2.3 模糊算法程序设计
• 4.3 实验结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 本文的主要研究成果
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文