航天器用DC／DC变换器的建模仿真与研究

分析了已应用在航天器上采用单端反激拓扑的DC/DC变换器基本工作原理,在此基础上,根据小信号平均建模的基本方法,对该DC/DC变换器进行小信号建模分析,得到了电压控制模式和电流控制模式下的传递函数.基于这种平均理论,通过Saber建立的模型,从电压、峰值电流、平均电流控制模式方面进行了阐述.并根据峰值电流控制模式方式建立了具体的仿真电路,进行了直流分析、瞬态分析以及交流小信号分析.实际电路的测试结果验证了建摸仿真的正确性,并给出了仿真及实际的波形.     

基于系统辨识RLS算法的PWM变换器小信号建模

提出一种利用时域仿真数据来建立脉宽调制(PWM)开关变换器小信号模型的新方法.这种利用仿真软件PSpice和MATLAB所得到的数据基f黑箱理论来辨识PWM开关变换器系统的方法是较为简便和独特的.首先推导出PWM开关变换器的离散小信号线性等效模型,然后将开关变换器看做一个黑箱模型,利用电路仿真软件PSpice仿真得到的阶跃响应数据,采用系统辨识的递推最小二乘参数估计的方法来拟合阶跃响应曲线,得到开关变换器的离散時不变小信号模型,利用零阶保持器将此离散系统连续化,最终得到PWM开关变换器的连续小信号模型(控制—输出传递函数).采用此方法对BUCK变换器和有源箝位倍压变换器(ACPDC)进行建模,并将所建模型与状态空间平均建模方法进行比较,验证了此建模方法的准确性.     

DC/DC升压变换器自适应-PID串级控制系统仿真研究

为获得良好的电压控制性能,抑制模型非最小相位特性的影响,可使DC/DC升压变换器工作在电流控制模式下,采用串级结构的控制器,组成串级控制系统。系统的外环采用基于参数估计的自适应控制算法,以电容电压为被控量;内环则采用一种特殊的PID控制算法,以电感电流为被控量。此种自适应-PID串级控制器不但可使被控系统获得良好的动态特性,而且不需确知负载电阻、电容、电感、输入电压等参数的信息,对参数变化有着很强的鲁棒性。对DC/DC升压变换器的仿真结果表明,上述控制方案是可行的。     

PDM变换器的等效电路模型与小信号分析

针对基于脉冲密度调制(PDM)控制方式的DC/AC变换器,并根据电路等效原理,建立了PDM变换器的等效电路模型。根据该等效电路模型,采用状态空间平均法,分别建立了连续导电模式(CCM)和间断导电模式(DCM)下PDM变换器的状态空间平均方程,分析了基于输出电流幅值的动态小信号特性,最后建立了PDM变换器的小信号模型。该模型确切反映了变换器的动态特征,为PDM电源的小信号分析及其控制系统设计提供了理论支持。该模型还为正弦波电流幅值调制(SCAM)提供了理论依据。     

Buck变换器仿真模型及分岔与混沌研究

对工作于电流连续模式下的电压控制型Buck变换器,利用仿真软件Matlab/Simulink,建立了一个对其非线性现象进行研究的仿真模型。根据其结构、电路参数及不同的工作条件,该模型可分别从时域与相图的角度对Buck变换器中的分岔与混沌进行分析。通过计算机仿真,观察到了以输入电压和输出电容作为分岔参数的混沌现象及系统输出特性,在V-I相图中观察到了系统由稳定到混沌的演化过程。所有仿真结果均与以往的理论分析相符,因而验证了该模型的合理性和可行性。具有重要意义的是该建模方法也适用于其它DC/DC变换器。     

LLC谐振功率变换器的大信号建模研究

采用平均大信号建模法,结合全桥LLC谐振倍压功率变换器,开展LLC谐振功率变换器的大信号建模研究.分析了SSOC(Self-sustained oscillation controller)调制方式,在该调制方式下LLC谐振功率变换器的工作模式;建立了 LLC谐振功率变换器的非线性状态空间模型,分析了非线性项的近似线性化、谐波平衡等处理环节,推导出LLC谐振功率变换器的平均大信号模型;通过仿真表明,平均大信号模型与非线性状态空间模型的仿真曲线基本吻合,验证了平均大信号模型的准确性.该大信号模型适用于指导LLC谐振功率变换器的现代非线性控制回路的设计.     

交-交矩阵变换器电压传输比的仿真研究

针对矩阵变换器电压传输比低的缺陷,提出了一种新颖的调制策略。借助矩阵变换器间接变换法的基本思路,虚拟整流过程中,采用输入电流的空间矢量调制;虚拟逆变过程中,采用输出电压空间矢量过调制模式I,然后,消除中间直流环节,得到交-交矩阵变换器的控制策略。着重对输出电压空间矢量过调制模式I进行了详细的分析,给出了有关具体的控制算法以及电压传输比与调制系数的关系式等,由计算可知,电压传输比可以提高到0.91。最后,运用MATLAB语言进行了建模,通过仿真实验验证了这种新颖控制策略的可行性。     

Buck型交流斩波电压调节器的建模与控制

通过分析Buck型交流斩波电压调节器的工作原理和电路结构,建立了该电压调节器状态空间平均模型和小信号动态模型。在此基础上,利用输入电压前馈比例控制结合输出电压反馈控制的方法设计了系统控制器。仿真实验表明,所设计的交流斩波电压调节器与传统晶闸管相控调压器相比具有响应速度快,谐波含量小的显著优点;同时在输入电压波动时,输出电压稳定鲁棒性强。仿真实验结果验证了前馈-反馈控制器的有效性。     

DC-DC变换器时变效应的建模与时频域仿真

定量研究DC-DC变换器的时变效应,建立小信号模型,首次将电流环时域响应表示为内部参数(变换器开关频率、稳态占空比)和外部参数(正弦激励的频率、幅值、相位)的显函数,且具有封闭形式。Matlab时域仿真及误差统计结果证明了该模型的精确性。据此进行傅立叶分析,解析简化与数值仿真相结合,求得响应频谱,探讨内、外部参数对其谐波分布和幅值的影响,揭示了时变效应的频域本质,其有效性得到PSpice电路仿真的验证。     

电压型Buck变换器中的低频振荡分析

分析了具有PI控制的Buck变换器中的低频振荡现象。利用离散模型研究了Buck变换器中的低频振荡现象,结果表明系统产生低频振荡的原因是状态变量发生了Hopf分岔。采用状态空间平均的小信号模型分析了变换器的稳定性,它所确定的稳定运行临界点恰好与从离散模型得到的Hopf分岔点的位置相吻合,这表明线性的小信号平均模型可以准确的预测低频振荡的参数稳定域。通过分析发生低频振荡后的频率和幅值,结果表明Buck变换器中的低频振荡现象实际上是一种自激振荡。最后通过数值仿真和电路实验验证了理论分析的合理性。     

基于dSPACE的无刷直流电机控制器快速开发方法

通过把dSPACE半实物仿真系统与自主开发的通用驱动模块相结合,得到了通用性较高的无刷直流电机控制器开发平台PACM(a platform based on common actuated circuit and software MATLAB),并由此归纳出一套无刷直流电机控制器的快速开发方法.PACM的硬件部分是基于dSPACE实时仿真平台的通用BLDCM驱动模块,可以支持功率在3kW以下的三相BLDCM;软件部分是用MATLAB/Simulink建立的数字调节器模型,灵活地支持各种控制算法模型.以某跑步机三相无刷直流电机控制器的开发为例,运用该方法,快速地得到了满足控制需求的硬件电路以及控制软件代码.与传统开发方法相比,该方法能显著的缩短控制器的开发周期,降低开发成本.     

开关磁阻发电系统非线性建模及故障仿真研究

在开关磁阻电机非线性电感模型的基础之上,利用Matlab中的电力系统工具箱(PSB)建立了一个四相8/6极开关磁阻发电系统(SRG)完整的非线性模型,仿真结果验证了该模型的适用性.通过对模型施加不同的故障条件,仿真了系统在电枢绕组故障,功率变换器故障以及负载短路故障等多种故障情况下的电压,电流输出波形,并与相关文献的分析结果进行了横向比较.仿真结果表明,开关磁阻发电系统具有较高的容错能力.所提出的故障建模方法及仿真结果对开关磁阻发电系统的故障诊断及容错研究有一定的参考价值.     

高比例分布式发电接入配电网自适应控制方法

针对因分布式电源(DG, Distributed Generation)并网时线路存在压降损耗造成的无功功率输出精度不稳,以及因DG孤岛下发生功率缺额时造成DG出口电压和频率均出现大幅下降的问题,提出了一种改进下垂控制策略,解决了DG接入配网运行稳定性问题。在DG模型增加下垂输出功率的f-U反馈调节和压降补偿环节,将该控制系统应用于有源配电网的准同期并网模式、孤岛模式及两种模式的切换动态时域暂态响应过程,仿真结果表明了改进下垂控制策略的可行性,验证了该方法能实现电压频率的稳定和有功无功的有效控制,可以为有源配电网的稳定运行控制提供理论基础。     

基于SG/Simulink无刷直流电机混合建模与仿真研究

System Generator(SG)为基于FPGA的硬件平台开发提供了便捷的设计方式和灵活的编程手段，Matlab／Simulik是通用性的离线仿真工具，其模块化的建模方法具有高效、直观的特点。结合两者的优点，提出了SG／Simulink混合建模新方法，利用SG建立无刷直流电机(BLDCM)控制系统部分，Simulink仿真BLDCM本体，通过SG中的Gateway模块，实现两者的无缝连接。仿真结果符合理论分析，证明了该方法的有效性和可行性。     

无刷直流电动机系统故障检测方法的仿真研究

首先建立了无刷直流电动机系统正常运行时的系统模型。在此模型的基础上,针对系统中功率开关管开路、绕组开路和绕组匝间短路三种故障分别建立了故障运行时的系统模型。通过对系统正常运行和上述各种故障运行的仿真研究,确定了能够识别故障的特征波形。根据仿真结果提出了基于模型监控的故障在线检测方法,即通过正常运行时系统模型的输出值与系统实际输出值之间的偏差来检测系统的故障。     

交-交变频交流励磁发电机的建模与仿真

交流励磁发电机励磁控制仿真大多针对采用交直交变频器的情况。大容量水电机组宜采用交-交变频器。为了分析交流励磁发电机采用交-交变频器和定子磁场定向矢量控制的效果,建立了基于MATLAB/Simulink S-函数的交-交变频器模型,搭建了基于交流励磁发电机标幺值方程和定子磁场定向矢量控制的交-交变频励磁发电机仿真模型。基于该模型对有功功率和无功功率解耦控制以及转子转速超同步与亚同步转换等动态过程进行仿真。结果表明,采用交-交变频器和定子磁场定向矢量控制可以实现有功无功的独立快速调节;在调节过程中,定子电压频率稳定不变;转子转速在超同步与亚同步之间转换时,三相转子电流进行了换相。仿真结果与理论分析结果相一致。