基于DSP的DC/DC变换滑模控制器设计

论文摘要

随着信息技术产业的不断发展,开关电源因为其体积小,转换效率高,应用越来越广泛,同时开关电源的性能要求也越来越高。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的控制的局限性也越来越明显,伴随着数字化的浪潮,开关电源数字化控制已经成为开关电源发展的方向。本文详细叙述开关电源中基本DC/DC变换的常用建模方法,以及国内外先进建模方法的研究现状。在研究的过程中,认识到传统DC/DC变换器建模方法,存在一些难以克服的缺陷,比如在输入电压或负载变化过大时难以保持稳定。DC/DC变换器是一种典型的变结构系统,本文结合混杂系统理论的研究成果,建立了DC/DC变换器的切换线性系统模型,为滑模控制理论的研究和应用打坚实的基础。本文在对DC/DC变换器结构进行理论分析的基础上,总结了DC/DC变换传统的控制方法及先进控制算法的优点和不足。根据DC/DC变换器是一种典型的变结构系统的特性,选择滑模控制理论作为DC/DC变换控制器实现的理论基础。论文研究了滑模控制理论的特点,基于HM设计了DC/DC变换的滑模控制器,并在MATLAB仿真环境中搭建了基于HM的DC/DC变换的滑模控制器模型。尽管使用了滞环控制限制了开关频率,但是当输入电压或输出负载变化的时候,基于HM控制滑模控制器的开关频率将产生巨大的变化。这将使得输入和输出滤波器的设计更加困难,且会降低变换器的性能。论文设计了基于PWM的DC/DC变换滑模控制器,实现了DC/DC变换器的定频率控制,并在MATLAB仿真环境中进了仿真研究,很好的解决了这个问题。仿真结果证明了算法的可行性。基于滑模控制的DC/DC变换控制器,控制算法相对复杂,用传统的模拟电路设计方法,设计复杂,且成本较高。随着高性能单芯片DSP控制器的发展,应用高性能单芯片DSP于电源控制,将成为电源技术的重要发展的趋势。数字化使得系统具有很强的可编程性,无论在调试,还是在产品更新或升级等方面都具有传统变换器所不可以比拟的优势。本文利用DSP具有运算速度快、计算精度高、编程灵活、性价比高等特点,设计了基于DSP的DC/DC变换滑模控制器,满足了开关电源的高性能和高可靠性的要求。硬件实验的结果证明了算法的可行性和实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景以及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 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 变换器的拓扑结构
• 2.2.1 降压变换器
• 2.2.2 升压变换器
• 2.2.3 升降压变换器
• 2.3 DC/DC 变换器的基本数学模型
• 2.3.1 基本建模法－小信号建模方法
• 2.3.2 状态空间平均法
• 2.3.3 切换线性系统理论建模
• 2.4 本章小结
• 第三章 DC/DC 变换器的控制方法
• 3.1 常规控制方法
• 3.1.1 电压型控制方法
• 3.1.2 平均电流控制方法（ACMC）
• 3.1.3 峰值电流控制方法（PCMC）
• 3.1.4 滞环电流控制（HCC）
• 3.1.5 间接电流控制
• 3.2 先进控制方法
• 3.2.1 自适应控制
• 3.2.2 模糊控制
• 3.2.3 神经网络控制
• 3.2.4 单周期控制
• 3.2.5 滑模控制
• 3.3 本章小结
• 第四章 DC/DC 变换滑模控制器设计及仿真分析
• 4.1 滑模控制器设计理论分析
• 4.2 基于HM（滞环）DC/DC 变换器滑模控制器的设计与仿真分析
• 4.2.1 基于HM DC/DC 变换器滑模控制器的设计
• 4.2.2 基于HM DC/DC 变换器滑模控制器的仿真分析
• 4.3 基于定频率PWM DC/DC 变换器滑模控制器设计与仿真分析
• 4.3.1 基于定频率PWM DC/DC 变换器滑模控制器设计
• 4.3.2 基于定频率PWM DC/DC 变换器滑模控制器仿真分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于DSP DC/DC 变换滑模控制器硬件设计及实验分析
• 5.1 系统功能模块划分
• 5.2 系统功能模块设计
• 5.2.1 主回路设计
• 5.2.2 驱动与隔离电路设计
• 5.2.3 电压和电流检测回路
• 5.2.4 控制电路设计
• 5.2.5 电路图
• 5.3 基于DSP 的DC/DC 变换器的软件设计
• 5.3.1 程序设计
• 5.3.2 滑模控制算法设计
• 5.3.3 硬件实验结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 本文的主要研究成果
• 6.2 对以后研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文及参与项目