开关变换器同步控制研究

论文摘要

混沌学的创立,促进了整个现代科学的迅速发展,使人们对于复杂的现实世界有了新的认识。由于混沌对初始条件极端敏感,而现实中任何系统不可避免受到精度限制和外部扰动,因此混沌控制与同步一直被认为不可实现而遭忽视。直至1990年OGY控制方法的提出,以及Pecora和Carroll成功实现混沌同步,引起了科学界的巨大震动,开启了混沌研究的新纪元。特别是混沌同步在保密通信中的应用,更是各国争相研究的热点课题。DC-DC变换器属于强非线性系统,包含丰富的非线性现象。人们通过理论分析、仿真模拟以及电路实验等途径对其进行了深入的研究,取得了丰硕的成果。本文以Cuk变换器为研究对象,首先分析其复杂的非线性动力学特性,利用PC同步法实现变换器的混沌同步。同时利用李雅普诺夫稳定性原理,设计一种包含开关切换量的反馈控制器,实现不同状态下Cuk变换器同步控制。研究结果可以推广应用于各种开关切换非线性电路与系统中,并为电力电子电路作为功率变换和信息传递的双重潜在应用建立基础。本文主要工作为：（1）介绍了混沌学基础知识,包括混沌的起源与发展、基本特征,混沌控制与同步理论等,并提出本文的研究内容。（2）介绍DC-DC变换器基本理论,分析Cuk变换器的工作原理,并利用MATLAB精确仿真研究其混沌与分叉现象。（3）详细总结了目前常用的驱动响应法、主动被动法、耦合同步法以及基于观测器同步法等方法,并结合实例仿真分析,为Cuk变换器同步方案设计奠定基础。最后详细介绍了混沌同步在保密通信领域的应用。（4）运用状态空间平均法分析Cuk变换器状态方程,以完全相同的变换器构成混沌同步系统,通过等效简化分析同步的可能性。最后通过仿真验证该分析方法的有效性。（5）针对双环控制Cuk变换器构成的驱动—响应系统,在参数已知的情况下,设计一种反馈控制器方案,成功实现系统的不同状态同步,并对方案进行改进,获得了理想的同步效果。该方法不仅快速有效,具有较好的鲁棒性,而且能够实现异结构系统同步,具有一定的普适性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 混沌的产生与发展
• 1.1.2 混沌的基本特征
• 1.1.3 混沌控制与同步简介
• 1.2 课题研究背景和意义
• 1.3 本文研究内容及章节安排
• 第二章 开关变换器非线性现象研究
• 2.1 引言
• 2.2 开关变换器简介
• 2.2.1 开关变换器的基本知识
• 2.2.2 开关变换器的控制模式
• 2.2.3 开关变换器的分析模型
• 2.3 Cuk变换器中的非线性现象研究
• 2.3.1 Cuk变换器工作原理
• 2.3.2 双环控制Cuk变换器
• 2.3.3 数值仿真分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 混沌同步的基本方法
• 3.1 引言
• 3.2 混沌同步理论简介
• 3.3 混沌同步方法介绍
• 3.3.1 驱动响应法
• 3.3.2 主动被动法
• 3.3.3 耦合同步法
• 3.3.4 基于观测器同步法
• 3.4 混沌同步的发展与应用
• 3.4.1 混沌掩盖
• 3.4.2 混沌键控
• 3.4.3 混沌调制
• 3.4.4 混沌密码系统
• 3.5 本章小结
• 第四章 Cuk变换器的变量耦合同步控制
• 4.1 引言
• 4.2 状态空间平均模型分析
• 4.3 构建驱动响应混沌同步系统
• 4.4 数值仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 Cuk变换器的驱动响应同步控制
• 5.1 引言
• 5.2 Cuk变换器同步电路模型
• 5.2.1 Cuk变换器系统描述
• 5.2.2 驱动—响应系统构成
• 5.2.3 同步控制器设计
• 5.2.4 仿真分析
• 5.3 同步方案改进
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 读研期间发表论文