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.     

移相控制全桥零电压开关变换器的滑模控制

通过对移相控制全桥零电压开关变换器的运行过程的详细分析,研究了超前桥臂与滞后桥臂的开关互换动作在变换器功率传输过程中所起的作用,另外,由于变换器的输出滤波部分与Buck变换器类似,因此,可将在Buck变换器闭环控制设计中获得成功应用的滑膜控制引入移相控制全桥零电压开关变换器中,仿真结果表明,滑膜控制的变换器闭环系统对输入电源扰动具有较好的鲁棒性,对负载扰动的瞬态响应特性也较为理想。     

孤岛微电网中逆变器并联功率与电压均衡控制技术研究

针对微电网中采用传统双环控制的逆变器并联系统功率均分精度较低以及输出电压和频率的偏移问题,分析了并联系统的功率均分机理及输出电压外特性,提出了一种基于虚拟阻抗和输出电压-频率瞬时值调节的逆变器并联运行功率与电压均衡控制策略。在传统的双环控制器中增加虚拟阻抗环,改善了输出阻抗特性,采用P-ω、Q-V下垂控制法提高了功率均分精度;同时加入输出电压幅值和频率调节环,对由下垂引起的电压、频率的偏移进行二次调节,能保证较高的输出电压质量。仿真和实验结果表明,所提出的功率与电压均衡控制策略使孤岛微网中的并联逆变器较好地均分负载功率,同时维持输出电压和频率为额定值,验证了所提算法的有效性。     

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.     

悬臂梁双晶压电能量采集装置的实验探究

为提高双晶压电振子的发电能力,探究了一种悬臂梁式双晶压电能量采集装置的发电性能。实验研究了振动台频率、激励位移、负载阻值和悬臂梁自由端质量块对悬臂梁式双晶压电能量采集装置输出电压和负载功率的影响,将两片双晶压电振子并联,探究了它们的发电性能。实验表明,存在谐振频率,使得输出电压最大;输出电压随着激励位移和负载阻值的增大而增大,并与激励位移呈一次函数关系;双晶压电振子外接匹配负载时,负载功率最大;随着质量块的质量在一定程度上的增加,输出电压随频率变化的曲线左移,峰值电压对应的频率变小;两片双晶压电振子并联且带匹配负载时,能有效提高负载功率。     

蓄电池充电系统双向DC/DC的研究与设计

蓄电池在化能过程中,传统采用外加大负载放电,这此过程造成了能量损失。故本文采用三相电压型PWM电路,双向DC/DC变换电路,既能充电又能放电回馈电网。采用移相控制DC/DC全桥变换器(可以实现0～180°连续可调)具有宽输出,可实现能量的双向流动及电气隔离。H桥逆变采用了PWM移相控制,结合软件关技术,降低开关损耗,提高电源效率。可以通过控制移相角改变IGBT的导通时间,从而方便地调节输出电压的大小。可以用于蓄电池的充放电,放电能量回馈电网。引入双闭环调节,变电流间歇充电实行快速充电。     

基于双频PFM控制模式的升压式DC-DC变换器

为了改善系统在宽负载范围内的整体效率,设计了一种基于双频脉冲频率调制(PFM)控制模式的升压式DC-DC变换器.首先,选定2个固定的频率.通过检测负载的变化,使得变换器在轻载或重载时工作于其中的1个频率下,而中载时则通过选择2个频率的不同组合来稳定输出电压,提高全载效率.继而设计了一个双频振荡器电路模块.整个芯片设计基于0.5μm CMOS工艺,并在Cadence工具中完成模拟仿真和版图设计.流片芯片测试结果表明,系统在整个负载范围内的转换效率高于75%,最大输出电流可达300 mA,芯片的实际性能达到设计要求.因此,采用这种控制方法能有效提高系统的全载效率,所得变换器可望具有良好的电磁干扰特性.     

矩阵式变换器在非正常工况下的补偿控制

为了保证矩阵式变换器在电网电压非正常工况下安全稳定运行,提出了一种基于间接空间矢量调制的前馈补偿控制策略。通过检测电网电压,计算出虚拟直流电压,并根据其变化实时地调节空间矢量调制系数。在样机上进行了实验验证。相比于无补偿的情况,采用前馈补偿策略后矩阵式变换器在电压不平衡时其输出电流的谐波含量减少达45%以上,而在电压跌落时输出电流仍能维持正常运行时的幅值。结果表明:本方法有效地改善了矩阵式变换器在电网电压非正常工况下的输出性能,并减小了非正常工况对负载设备的不利影响。     

高频全桥软开关弧焊逆变电源的设计与实现

设计了一种基于峰值电流控制模式的全桥软开关变换器，配合以一定的焊机外特性控制电路，成功将其应用于ARC-160型弧焊逆变电源，工作频率150kHz，达到国内外同类型产品的领先水平．全桥变换器采用移相谐振的控制方式，通过增加一个辅助谐振网络，可以在较宽负载范围内实现主功率器件的零电压开关．实验结果表明，所设计的弧焊逆变电源工作波形良好，开关损耗小，满载时效率达到0．88．     

矩阵式变换器在非正常工况下的补偿控制

为了保证矩阵式变换器在电网电压非正常工况下安全稳定运行,提出一种基于间接空间矢量调制的前馈补偿控制策略。通过检测电网电压,计算出虚拟直流电压,并根据其变化实时地调节空间矢量调制系数。在样机上进行了实验验证。相比于无补偿的情况,采用前馈补偿策略后矩阵式变换器在电压不平衡时其输出电流的谐波含量减少超过45%,而在电压跌落时输出电流仍能维持正常运行时的幅值。结果表明:本方法有效地改善了矩阵式变换器在电网电压非正常工况下的输出性能,并减小了非正常工况对负载设备的不利影响。     

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.     

基于混合储能的功率前馈稳压控制策略研究

针对独立光伏发电系统中直流母线电压易受光伏输出变化和负载功率波动等因素的影响而使系统稳定性变差的这一问题,文中采用超级电容—蓄电池混合储能来抑制直流母线电压的波动,并提出采用功率前馈补偿的控制方法来对系统进行控制,即将光伏输出功率的变化趋势和负载功率的变化趋势前馈到双向变换器的发波环节,通过前馈条件来实现扰动误差的全补偿。仿真实验结果表明,混合储能+功率前馈控制策略能更好地抑制光伏输出变化和负载功率波动对母线电压的影响,系统稳定性得到了进一步的提高。     

无线电能传输恒压拓扑及恒压输出控制方法

针对无线电能传输系统在负载和距离动态变化时,引起原边线圈电流不稳定和失谐问题,由此导致副边输出电压不恒定,设计一种原边LCL拓扑与副边恒压控制相结合的无线电能传输系统。首先,依据阻抗分析得到LCL-S型无线电能传输系统的数学模型;然后,通过设计参数,建立Simulink仿真模型,对该拓扑进行负载特性和频率特性分析;最后依据拓扑特性,设计了以DC-DC变换器为主控环节的副边恒压控制,使系统可以在变距离和变负载条件下,实现恒压输出特性。设计了副边的闭环控制程序,仿真验证了恒压控制效果。结果表明该控制策略可以实现快速有效的恒压控制。     

一种新颖的DC-DC开关变换器数字控制方法

为获得DC—DC变换器易于实现的数字控制方法,提出了一种基于电感电流线性变化的数字控制策略。根据变换器运行过程中电感电流的微分方程推导出了占空比的控制策略,通过对电流的快速控制实现对输出电压的快速调节,采用数字PI技术进行稳态误差修正,从而具有良好的自适应性;根据变换器输出电压与期望电压的偏差进行电流控制策略和带修正控制策略的切换控制。以Boost变换器为例,推导了变换器的占空比控制策略,采用数字PI控制器调节控制修正量。仿真和实验结果验证了控制策略能在启动过程中实现对变换器输出电压的快速、无过冲控制,以及各种扰动工作条件下对变换器输出电压准确、快速的控制。     

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。     

直流微电网参数自适应虚拟直流电机控制策略

针对直流微电网中，负载功率突变会引起母线电压大幅波动，严重时导致系统失稳问题，以储能并联变换器为研究对象，提出一种基于微分补偿的虚拟直流电机参数自适应控制策略。该策略将储能变换器输出电压偏差反馈至微分补偿系数，使补偿系数跟随负载波动实时调节补偿系数大小，有效减小了功率波动对系统稳定性的影响，提高了系统动态性能，并且在并联系统中，可根据各变换器控制中电枢电阻的比值实现并联功率分配。建立了系统小信号模型，并利用伯德图和阻抗比判据分析关键控制参数对系统稳定性的影响。MATALB/Simulink仿真和StarSim HIL实验平台验证了本文虚拟直流发电机参数自适应控制策略的有效性。     

三电平双有源混合全桥DC-DC变换器最小回流功率控制

三电平双有源混合全桥(H-TLFB)DC-DC变换器通过引入三电平桥臂提高输入电压范围.针对该变换器在传统双重移相控制下具有较大的功率回流、较高的电流应力等问题，提出一种最小回流功率控制策略.首先分析H-TLFB DC-DC变换器功率传输特性，比较变换器在两种不同工作模式下回流功率值的大小，并根据回流功率与电压比、移相比、传输功率的数学关系，计算出回流功率达到最小时对应的最优移相比，并设计相应优化控制策略.与传统双重移相控制策略相比，最小回流功率控制策略下的回流功率可以在全功率传输范围内达到最小值，并且在一定的电压比范围内，回流功率、电流应力可以同时得到优化.最后，通过实验验证设计控制策略的正确性和可行性.     

基于AVR的单/三相变换器的设计

单/三相变换器一般采用裂相和移相技术,变换效果受负载影响较大,为了平衡变换器的三相输出电压,提高电能质量,结合整流逆变原理,提出一种AVR控制的单/三相变换器,构建硬件拓扑电路,采用SPWM控制方式和双闭环反馈控制策略,利用MATLAB建模仿真并进行实验分析。仿真和实验结果表明,该变换器可以有效克服突变负载的干扰,输出电能质量较高,能在一定程度上提高边远地区三相电源的普及率,满足中小功率三相负载的使用需求。     

三线圈无线电能传输系统传输特性的研究

针对三线圈无线电能传输系统中继线圈的位置对系统的输出功率和传输效率等传输特性的影响问题展开研究,设计一种采用DC-DC转换电路的传输策略,使得整个系统能在中继线圈的摆放位置不发生改变的情况下,通过调整负载的等效阻抗,将传输效率维持在一个较高的水平.实验结果表明,该传输策略不仅适用于中继线圈固定、负载阻值改变的情况,在负载保持不变而中继线圈位置产生变化时依旧能保持较高的传输效率.     

直流微网中级联变换器改进滑模控制策略

针对恒功率负荷的负阻抗特性易导致前级变换器输出电压不稳定的问题,设计了一种基于多幂次趋近律的滑模控制方法以稳定输出电压。多幂次趋近律可以使系统状态变量在趋近设计的滑模面的过程中根据实际的位置自适应的调节速度,在保证鲁棒性的同时缩短系统运动到滑模面的时间并减小抖振。在MATLAB/simulink中进行仿真,验证了提出的控制方法可以保证级联系统的输出电压满足控制目标要求并具有较快的响应速度;受到扰动时也能很快回到稳定状态,鲁棒性好。