DC/DC开关功率变换器控制方法的研究

论文题目: DC/DC开关功率变换器控制方法的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 电力电子

导师: 周雒维

关键词: 开关功率变换器,单周控制器,控制器,建模,前馈控制,电流型控制器,分岔理论,混沌

文献来源: 重庆大学

发表年度: 2005

论文摘要: 单周控制、电流控制、前馈控制在DC/DC 变换器的控制中有很重要的地位。单周控制DC/DC 变换器具有很强的抗输入电压干扰能力,但它的负载动态响应特性差、输出有稳态误差。本论文根据单周控制DC/DC变换器中存在的主要问题,提出了三种改进的单周控制方法。前馈控制也有利于减小输入电压扰动对输出的影响,由于传统的控制芯片中锯齿波的幅值是固定的,传统的前馈控制方法并不适用,基于此,本文提出两种新型实用前馈控制方法。最后,本论文对电流型控制DC/DC 变换器的混沌现象进行了分析。第三章提出第一种新型改进单周控制方法,通过把单周控制器和一种类似滞环控制的非线性控制器组合起来对DC/DC 变换器进行控制。非线性控制器根据输出误差的不同为单周控制器选择不同的参考信号,从而提高变换器的动态响应速度。这种控制方法比传统单周控制方法具有更好的动态性能,指令跟踪性能,仿真结果证明了这种控制方法的有效性。第四章提出的改进单周控制方法是一种把单周控制器和PID控制器结合起来新型控制方法。由于单周控制器是一种非线性控制器,而要合理设计PID控制器的参数需要单周控制器的线性模型,本章提出一种新型单周控制器线性模型。在这种控制方法中,单周控制器代替了传统PWM 脉宽调制器,利用所提出的单周控制器模型,可以采用传统的方法设计PID控制器参数。仿真和实验结果证明了这种新型控制方法的有效性。第五章提出一种把单周控制器和电流型控制器结合起来的新型单周控制改进方法。采用这种控制方法可以限制瞬态时的电感电流,使输出电压过冲减小,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。第六章提出了两种新型前馈控制方法,所提出的第一种前馈控制方法中,用输入电压分量去除参考电压。对这种新型前馈控制方法进行了数学分析和仿真,结果表明能彻底消除输入电压变化对输出电压的影响。与传统的前馈控制方法不同,本方法是通过改变参考信号而不是改变锯齿波信号来实施前馈控制,因此实用性强。所提出的第二种前馈控制方法用参考电压减去部分输入电压的交流分量,通过这种控制方法虽然不能完全消除输入电压变化对输出电压的影响,但仍能取得令人满意的效果,而且电路实现容易,适用性更强。通过仿真证明了这两种前馈控制方法的有效性和实用性。

论文目录:

CHAPTER 1 INTRODUCTION

1.1 MOTIVATION AND OBJECTIVES

1.2 OUTLINE OF THESIS AND MAIN OBTAINED RESULTS

CHAPTER 2 ONE-CYCLE CONTROL AND SLIDING MODE CONTROL; FUNDAMENTALS, FEATURES AND PROBLEMS

2.1 INTRODUCTION

2.2 ONE-CYCLE CONTROL METHOD; FUNDAMENTAL IDEA, FEATURES AND PROBLEMS

2.2.1 ONE-CYCLE CONTROL METHOD: AN OVERVIEW AND NEW FORMULATION

2.2.2 ONE-CYCLE CONTROL OF BOOST CONVERTER

2.2.3 OTHER USAGES OF THE ONE CYCLE CONTROL METHOD

2.2.4 PROBLEMS OF THE ONE-CYCLE CONTROL METHOD AND SOME PREVIOUSLY PROPOSED METHODS

2.2.4.1 Output offset error

2.2.4.2 Load disturbance rejection incapability

2.2.4.3 sensitivity to miss adjustment

2.2.4.4 problem of fast resetting of integrator

2.2.5 CONCLUSION

2.3 SLIDING MODE CONTROL; FUNDAMENTALS AND APPLICATIONS IN POWER CONVERTERS CONTROL

2.3.1 GENERAL PROBLEM AND DEFINITIONS

2.3.2 EXISTENCE AND REACHING CONDITIONS

2.3.3 SLIDING SURFACE DESIGN

2.3.4 CHATTERING IN SLIDING AND STEADY STATE MODE

2.3.5 SLIDING MODE CONTROL OF DC TO DC CONVERTERS

2.3.6 SLIDING MODE CONTROL OF BUCK CONVERTER

2.3.7 REDUCED ORDER SLIDING MODE CONTROL OF DC-DC CONVERTERS IN GENERAL CASE

2.3.8 SOME OTHER PROPOSED METHODS BASED ON SLIDING MODE CONTROL.

2.3.9 CONCLUSION

CHAPTER 3 A NEW MODIFICATION OF THE ONE-CYCLE CONTROLLER BY A NONLINEAR CONTROLLER

3.1 INTRODUCTION

3.2 PROBLEM DEFINATION

3.3 ERROR SENSITIVE ONE-CYCLE CONTROL METHOD

3.4 STABILITY OF THE CONTROLLER

3.5 SIMULATION RESULTS

3.6 CONCLUSION

CHAPTER 4 A NEW METHOD FOR THE ONE-CYCLE CONTROLLER MODELING AND ITS COMBINATION WITH PID CONTROLLER

4.1 INTRODUCTION

4.2 PROBLEM DEFINITION AND MOTIVATION

4.3 PID ONE-CYCLE CONTROLLER METHOD

4.4 ONE-CYCLE CONTROLLER MODELING

4.5 COMPENSATOR DESIGN

4.6 SIMULATION RESULTS

4.7 EXPERIMENTAL VERIFICATION

4.8 CONCLUSIONS

CHAPTER 5 EFFECT OF CURRENT LIMITER ON THE TRANSIENT RESPONSE OF THE ONE-CYCLE CONTROLLER

5.1 INTRODUCTION

5.2 A BRIEF OVERVIEW ON CURRENT MODE CONTROL

5.3 EFFECT OF CURRENT LIMIT ON THE OPERATION OF ONE-CYCLE CONTROLLER

5.4 SIMULATION RESULTS

5.5 EXPERIMENTAL VERIFICATION

5.6 CONCLUSION

CHAPTER 6 FEEDFORWARD CONTROL OF A BUCK CONVERTER: A NEW APPROACH

6.1 INTRODUCTION

6.2 FEEDFORWARD CONTROL METHOD FOR BUCK CONVERTER

6.3 NEW FEEDFORWARD CONTROL METHODS FOR A DC-DC BUCK CONVERTER

6.4 IMPLEMENTATION OF THE PROPOSED METHOD

6.5 SIMULATION RESULTS

6.6 CONCLUSION

CHAPTER 7 A NEW ANALYSIS OF BIFURCATION DIAGRAM FEATURES OF A DC-DC CONVERTER UNDER CURRENT MODE CONTROL

7.1 INTRODUCTION

7.2 CHAOS AND BIFURCATION, DEFINITIONS AND INTRODUCTION

7.3 MODELING METHOD FOR SWITCHING CONVERTERS

7.4 PROPERTIES OF THE BIFURCATION DIAGRAM OF A CONVERTER UNDER CURRENT-MODE CONTROL

7.5 BORDERS AND CRITICAL POINTS IN THE BIFURCATION DIAGRAMS

7.6 TWO NEW TYPES OF BIFURCATION DIAGRAM

7.7 CONCLUSION

CHAPTER 8 CONCLUSION AND SOME SUGGESTIONS FOR NEXT WORKS

8.1 CONCLUSION

8.2 SOME SUGGESTIONS FOR NEXT WORKS

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发布时间: 2005-11-07

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