DC-DC功率开关变换器的非线性控制研究

论文摘要

近年来,由于电力电子技术的发展,开关电源的应用已深入到各个领域,在这些应用中一般要求开关电源具有高质量的输出波形。开关电源输出波形质量主要包括两个方面：一是动态性能好；二是稳态精度高。因此研究既简单又具有优良动、静态性能的开关电源控制方案,一直是电力电子和自动控制领域的研究热点问题。本文针对DC-DC变换器电源系统,根据其物理特性,在开关元件的导通和截止的不同阶段,给出了状态空间平均模型。为了获得高性能的开关电源,依据所建立的数学模型,应用非线性控制方法,提出了几种新型控制器设计方案。首先,根据DC-DC变换器自身的变结构特性,本文设计滑模变结构控制器,并同时考虑了两种滑模面的内在联系。滑模控制方法具有响应速度快以及对系统参数和外界扰动的强鲁棒性等优点,缺点是在实际滑模控制中存在抖振问题。其次,本文结合Backstepping、滑模变结构、自适应等设计方法对DC-DC变换器的控制器进行了设计,仿真结果表明：该方法能够在一定程度上消除滑模抖振,但系统响应时间较单纯的滑模控制偏长。最后,本文结合了滑模变结构的快速性和Backstepping滑模控制方法的高稳定性,采用了控制器切换的策略,利用两种控制器切换,实现了系统的快速响应,并消除了抖振。大量的仿真结果表明系统在所设计的各类控制作用下,具有较好的跟踪效果,同时还获得了良好的稳态和动态性能,说明了所提出的控制方案能够满足开关电源的控制要求,且控制器简单,鲁棒性强。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 DC-DC变换器的发展概况
• 1.3 DC-DC变换器的建模及其控制方法
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 buck变换器的滑模变结构控制
• 2.1 引言
• 2.2 buck变换器模型
• 2.3 buck变换器滑模控制器设计
• 2.4 仿真研究
• 2.5 结论
• 第3章 DC-DC变换器的非线性控制
• 3.1 引言
• 3.2 boost变换器控制器设计
• 3.2.1 boost变换器数学模型
• 3.2.2 负载R已知的boost变换器Backstepping滑模控制器设计
• 3.2.3 仿真研究
• 3.2.4 负载R未知的boost变换器自适应Backstepping滑模控制器设计
• 3.2.5 仿真研究
• 3.3 buck变换器控制器设计
• 3.3.1 R已知的buck变换器带有滤波器Backstepping滑模控制器设计
• 3.3.2 仿真研究
• 3.3.3 R未知的buck变换器带有滤波器自适应Backstepping滑模控制器设计
• 3.3.4 仿真研究
• 3.4 结论
• 第4章 基于控制器切换的boost变换器控制
• 4.1 切换控制概念
• 4.2 多控制器系统
• 4.3 boost变换器的控制器切换
• 4.3.1 滑模控制器的设计
• 4.3.2 Backstepping滑模控制器的设计
• 4.3.3 boost变换器的切换律设计
• 4.4 仿真研究
• 4.5 结论
• 第5章 结束语
• 参考文献
• 致谢