带恒功率负载的Boost变换器非线性控制

针对Boost变换器在带恒功率负载的情况下可能会导致系统不稳定的问题,采用基于端口受控耗散哈密顿模型的无源控制方法对带恒功率负载的Boost变换器进行控制,从而可以实现系统的大信号稳定.同时,本文引入自抗扰控制技术与无源控制相结合,以此来消除无源控制在系统受到扰动时产生的电压稳态误差问题.在Matlab/Simulink中搭建系统仿真模型,与PI结合无源控制、PI控制相比,本文所提控制策略下的系统动、稳态性能更好,有效增强了系统的鲁棒性,为带恒功率负载的变换器控制设计提供了新的思路.     

基于Brayton-Moser模型的直流微电网Buck变换器控制策略

为解决直流微电网Buck变换器对低压直流母线电压调节能力弱的问题，本文提出了一种新的控制策略。该策略通过建立带等效恒功率负载的Buck变换器的Brayton-Moser模型，构建Buck变换器系统混合势函数，设计功率成形控制器。同时，针对等效恒功率负载的负载功率未知问题，设计了功率观测器实现对恒功率负载的负载功率进行实时观测。仿真结果表明，与PI双闭环控制、外环PI内环无源控制策略相比，本文所提出的控制策略能更好地提升Buck变换器对低压直流母线电压的动态与稳态调节性能。     

基于输入输出线性化方法实现Boost PFC带恒功率负载

针对原有的输入输出线性化方法只能带纯电阻负载的情形提出一种新的算法,使其能在带恒功率负载时也能成立.该算法首先根据变换器的状态空间模型得到的非线性系统通过合适的非线性坐标变换得到新坐标系下的线性系统;再依据经典线性控制理论设计控制器;最后通过Boost PFC变换器输出功率、输出电压以及输出电流的关系避免输出电流出现在占空比的计算式中.解决了因输出电流的变化过大或者不连续导致算法失效的问题.经过PSIM数字仿真实验,表明该算法具有良好的动静态特性,在接不同负载时,都能做到响应至稳时间短,输出电压恒定,且输入电流精准跟踪输入电压,在负载功率发生突变时,也能做到稳定输出,电流波形光滑,对负载具有良好的鲁棒性.     

相数调整在燃料电池直流变换器中的应用

轻载状态下燃料电池直流变换器的输出功率较低,若仍保留全部电子器件工作会导致直流变换器的效率降低,此时采用相数调整策略可以提高燃料电池直流-直流的转换效率。以四相交错并联Boost为研究对象,根据变换器各器件的功率损耗推导出单相Boost的效率方程式,从而绘制出不同工作相数下并联Boost变换器的效率曲线。分析了不同负载状态和开关频率对效率曲线的影响。仿真分析和实验结果验证了理论分析的正确性。在满足燃料电池低电压电流纹波的要求时,轻载状态下改变燃料电池直流变换器的在线工作相数,转换效率最大可以提高32%。     

MOPSO算法在Boost变换器优化设计中的应用

为了提高Boost变换器的效率,节约系统成本,提出了基于多目标粒子群优化算法(MOPSO)的Boost变换器设计.首先分析了Boost变换器的功率损失,根据Boost变换器的设计要求,选择合适的MOSFET、二极管、电感和电容等器件,建立离散元器件数据库.以此数据库为约束条件,以功率损失、系统成本和体积为目标函数,建立了Boost变换器多目标优化设计模型,用MOPSO算法从几百种组合解集中寻找pareto最优解.基于折中分析,可为变换器做出合理的器件选择,以满足不同的设计要求.以光伏发电系统前级Boost变换器为例进行仿真研究,结果表明MOPSO具有处理离散多目标优化问题的能力,能在短时间内找到折中解,证明了该算法的有效性.     

新型无接触电能传输系统多负载解耦控制研究

利用无接触感应耦合电能传输系统互感数学模型,研究了多负载时系统的功率传输问题.提出了一种解耦控制策略,在能量拾取侧中增加一个Boost电路.在负载轻载时,以较低开关频率控制Boost电路中功率开关管的通断.当功率开关管关断时,系统向负载传输功率;当功率开关管导通时,系统屏蔽副边负载,实现原边线圈与副边线圈的解耦控制.针对系统有无Boost电路分别进行了PSpice仿真分析.理论分析与仿真结果表明,该控制方法能在多负载系统的单一负载轻载时实现副边线圈与原边线圈的电磁解耦,为多负载无接触感应耦合电能传输系统的稳定运行提供保障.     

电流反馈型Boost变换器的稳定性及分岔研究

根据电流反馈型Boost变换器的拓扑结构变化规律,建立了功率变换器在连续运行模式下的精确频闪映射模型与系统的不动点方程,运用非线性方程稳定性理论分析系统的失稳方式,采用数值方法分析了Boost变换器稳定性变化与各个参数的关系,并通过仿真实验观察研究Boost变换器的分岔与混沌行为.     

一种带辅助变压器的双电感隔离型Boost变换的计算机仿真研究

文章给出一种带辅助变压器隔离型Boost变换器拓扑结构,适合高功率因数校正(PFC)及负载变化范围较宽的场合;考虑到输入输出电压差异较大,引入了变压器;同时针对普通双电感Boost变换器在较宽负载时需采用变频控制的缺点,引入辅助变压器,从而能够实现固定频率控制。     

基于UC3842的Boost变换器的设计与仿真

根据小功率开关电源高性价比的要求,采用通用峰值电流型脉宽发生器(PWM)UC3842芯片,设计了一种断续电流模式的Boost变换器.建立了Boost变换器DCM电路的数学模型,推导了其工作条件.采用加法器原理进行了电压外环控制电路设计,利用OrCAD软件进行了电路仿真,结果表明,所设计的基于断续电流模式的Boost变换器可以很好地提高小功率开关电源的功率因数.     

户用小型风力发电系统的并网运行控制

为了克服独立运行的小型风力发电系统的缺点,节约电能,提出了一种与电网并联运行的户用小型风力发电系统的结构及其控制策略。该系统的并网部分由一个不控整流桥、Boost变换器和一个单相并网逆变器组成,采用"并网不上网"的运行方式。对Boost变换器进行控制,实现风力机的最大功率跟踪;并网逆变器采用以电流为内环、以电压为外环的双闭环控制方法,可与单相电网并联运行,但不对电网输出功率。通过不同风速、电网电压和负载下的系统仿真与单相逆变器并网实验,证明了系统控制策略的有效性。     

带二重积分滑模面的PWM电压滑模控制器设计

通过将PWM(脉冲宽度调制)控制与滑模变结构控制的优点结合起来,设计了一种带二重积分滑膜面的滑模控制器来控制二阶交错并联Boost开关功率变换器.滑模面附加积分项使滑模控制系统的运动方程与原阶数相同,改善系统的稳态性能.设计仿真电路对该控制器在Boost变换器连续工作模式下进行PSIM仿真,得出该控制器与传统控制器相比具有更好的动态特性:Boost的电压和电流纹波较小;输出电压对输入电压和输出负载有较强的鲁棒性;输出电压不随开关频率的变化而变化.     

户用小型风力发电系统的并网运行控制

为了克服独立运行的小型风力发电系统的缺点,节约电能,提出了一种与电网并联运行的户用小型风力发电系统的结构及其控制策略。该系统的并网部分由一个不控整流桥、Boost变换器和一个单相并网逆变器组成,采用"并网不上网"的运行方式。对Boost变换器进行控制,实现风力机的最大功率跟踪;并网逆变器采用以电流为内环、以电压为外环的双闭环控制方法,可与单相电网并联运行,但不对电网输出功率。通过不同风速、电网电压和负载下的系统仿真与单相逆变器并网实验,证明了系统控制策略的有效性。     

基于双向变换器的光伏储能控制

光伏发电系统通过双向变换器引入储能环节进行控制,光伏电池发出的能量经DC-DC变换后供给直流母线侧负载,并通过双向变换器使用蓄电池进行能量管理.介绍了双向变换器的工作原理,分析了光伏电池、蓄电池和直流母线负载所消耗的能量处于不同状态时的系统能量管理策略.给出了基于Boost变换器的光伏电池最大功率跟踪的控制算法和基于双向变换器的蓄电池充放电控制算法,提出了一种改进的充电控制策略.以MATLAB/Simulink为仿真平台,搭建了该系统的仿真模型,并针对系统的各工作状态进行仿真研究,仿真试验结果验证了该系统控制算法的合理性和可行性.     

基于ARM的高效率数控DC/DC变换器设计

设计的DC/DC变换器采用Boost拓扑电路,对变换器中Boost拓扑电路的主要元件参数进行了计算和选择.变换器具有完善的控制和保护功能,可应用于需提升或稳定电池电压的电池供电系统.变换器以PwM电压调整芯片LM2576ADJ作为控制核心,结合ARM7_LPC2132微控制器实现数字化高精度控制,具有输出电压可预置,输出电压电流可同时显示,过流保护等功能,且系统具有效率高,电压调整率和负载调整率均较小,输出纹波电压低等特性.     

用于DC-DC变换器的非线性PID控制

由于经典PID控制对被控系统的参数摄动比较敏感,将非线性PID控制方法引入DC—DC变换器,可以使变换器具有很强的的鲁棒性、适应性和稳定性．以Buck—Boost变换器为例,给出了非线性PID控制的仿真模型,针对变换器输入电压波动、负载波动和内部参数摄动对输出电压的影响,分别作了仿真试验和分析．仿真结果表明,将非线性PID控制应用到Buck—Boost变换器中能够使得变换器对外部及其内部参数的摄动有良好适应性、此外,该控制还可以应用到其它类型的DC—DC变换器中。     

大功率高效率无源谐振软开关Boost DC-DC变换器

提出了一种新型的无源谐振软开关Boost DC—DC变换器拓扑,并重点分析了该拓扑结构的7个工作模态和工作波形。通过在常规的Boost电路中增加少量L,C,D器件,使主功率开关管和功率二极管工作在谐振软开关状态,提高了效率和可靠性。用软件Pspice对该电路拓扑进行了仿真,并通过实验得到了基于该电路拓扑研制的90kW DC—DC变换器的主功率器件开关波形。该变换器已经成功地应用在中国第1辆燃料电池城市客车中,各项技术指标均满足使用要求。     

复合储能源Boost变换器建模及多项式控制

为提高用电设备所需的快速动态响应特性及变换器工作可靠性,采用多项式控制方法,研究复合电源储能系统Buck/Boost变换器的控制策略.分析了复合电源两通道交错并联磁集成Buck/Boost变换器的Boost工作模态,采用扰动法建立变换器动态小信号模型,得到占空比到电感电流的开环传递函数.设计了多项式能量管理控制器并对其参数进行整定.研究结果表明:多项式控制策略与传统PI控制方式相比,更能优化控制主电源与辅助电源间的功率分配,提高了控制系统的稳定性及动态特性.研究结论有助于双向变换系统有效控制的实现.     

用于Boost变换器的无负载电流传感器滑模-预测控制策略

Boost变换器作为升压DC-DC变换器被广泛应用于光伏发电、储能及电动车领域。然而由于Boost变换器的右半平面零点的频域特性,传统的PI控制策略会限制变换器的动态性能,在较大负载突变的情况下造成较大的输出电压波动,进而造成过压或欠压故障;预测控制可以有效提高动态性能、避免调整控制参数以及可增加系统约束,但由于系统参数不匹配及对损耗的忽略会造成输出电压的稳态静差。为了减小负载突变带来的电压波动同时兼顾稳态特性,本文提出了无负载电流传感器的滑模-预测控制策略,外环采用滑模面生成电感电流指令值,内环采用无差拍预测控制,并使用了滑模观测器来观测电流。该控制策略不需要负载电流传感器,相比PI控制器,不仅可以同时减小负载突变时的输出电压波动和过渡时间,还可以有效限制稳态静差。实验验证了该套控制策略的性能优越性。     

一种带输出谐振倍压的双电感隔离型Boost变换器

传统的燃料电池发电系统用DC/DC变换器拓扑主要是隔离型Boost变换器,其效率、增益和输入电流纹波都有一定瓶颈.为此,提出了一种新颖的带输出谐振倍压的双电感隔离型Boost变换器,变换器的输入侧采用双电感结构,输出侧采用谐振倍压结构实现了整流二极管的零电流关断.相比于传统的隔离型Boost变换器,所提出的拓扑的具有更小的输入电流纹波,同时变换器增益提高了1倍.给出了变换器的工作原理波形并进行了详细的模态分析,在此基础上完成了变换器的增益特性和输入电流纹波分析并给出了一种可行的变换器设计方法.最后研制了1台500 W的样机,满载效率为96.5%,样机实验结果验证了所提出拓扑的可行性和高效率功率变换的优点.     

基于变结构理论的DC-DC功率变换器建模

对功率变换器的常用建模方法进行了分析，指出其优缺点，在此基础上提出直接利用变结构理论对DC－DC变换器进行建模，推导出Buck,Boost,Buck-Boost变换器基于变结构理论的模型。最后通过实验电路验证了模型的有效性，为DC－DC变换器的控制提供依据。