单电感双输出Buck变换器的非线性控制方法研究

为了减小单电感双输出Buck变换器输出支路间的交叉影响,提出了基于精确反馈线性化的滑模变结构控制。以工作于电感电流连续导电模式的单电感双输出Buck变换器为研究对象,介绍了其工作原理和开关状态,建立了仿射非线性模型,在此基础上,将滑模变结构控制应用于精确反馈线性化控制,得到系统的非线性控制律,弥补了精确反馈线性化对精确数学模型依赖的缺陷,提高了系统鲁棒性。仿真结果表明,所提控制方法比传统的峰值电流型控制方法具有更好的调节性能,并能有效地减小系统的交叉调节。最后,由设计的实验电路进一步验证了所提控制方法的正确性和有效性。     

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.     

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。     

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。     

CCM Buck变换器的精确反馈线性化滑模变结构控制

利用非线性系统的微分几何理论,在CCM Buck变换器仿射非线性模型的基础上,推导出了对应的非线性坐标变换矩阵和状态反馈表达式,得到了Buck变换器的精确反馈线性化模型。在此模型的基础上,选取线性切换函数和指数趋近律,设计了滑模变结构控制器.对比研究表明,所提出的精确反馈线性化滑模变结构控制策略具有良好的动态响应调节和稳态误差调节特性,表现出更强的鲁棒性.     

电压反馈型BOOST变换器闭环控制系统的分岔及混沌

为了弥补以往对DC—DC变换器非线性特性的研究主要是在开环或比例积分(PI)控制下进行的不足,在分段光滑系统状态空间模型的基础上,根据凯莱—哈密尔顿定理,建立了比例-微分(PD)控制电压反馈型Boost变换器闭环控制系统的精确离散映射,推导了系统的稳定性条件,讨论了PD控制器参数对变换器系统稳定性和分岔的影响,定性分析了系统的倍周期分岔和混沌现象产生的机理,指出控制器的比例增益对系统的稳定性起主导作用。最后,搭建了变换器实验电路,结果表明了理论分析和仿真的正确性。研究结果为深刻认识该类变换器的非线性特性提供借鉴意义。     

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.     

基于扩张状态观测器的单电感双输出Buck变换器滑模解耦控制

针对单电感双输出Buck变换器输出支路在发生负载扰动时存在交叉影响严重、瞬态响应慢的问题,提出了一种基于扩张状态观测器（ESO）的滑模解耦控制策略.首先考虑负载扰动问题,将系统模型转化为输出电压偏差模型,设计了主路ESO对负载扰动进行估计,并将干扰估计信息补偿到主路开关管的改进型趋近律反步滑模控制器.其次考虑支路耦合问题,将一支路依据自抗扰范式拟合为独立系统,其中支路耦合项和外界扰动被视作总扰动,设计了支路ESO对其进行估计,基于干扰估计信息和滑模控制算法在支路开关管构造了滑模自抗扰控制器. 最后利用Lyapunov理论证明了主、支路控制器的闭环稳定性.仿真结果表明,该控制策略使得支路间的交叉影响显著减小,并提升了系统瞬态响应速度.     

断续导通模式的Buck变换器反步滑模控制

为进一步提高Buck变换器的控制性能,针对Buck变换器的非线性特性,考虑其在电感电流断续导通模式下的数学模型,采用反步滑模法设计了闭环控制器.基于系统生成器提出了数字控制器的实现方法,分析了其负载扰动和电源扰动特性.与PI控制方式相比较,在Buck变换器的启动阶段,采用反步滑模控制器的系统输出电压的上升速度快、调节时间短、超调小,当Buck变换器的负载和电源参数发生突变时,反步滑模控制的输出电压能够及时调整、扰动幅度小.比较结果表明反步滑模控制的优越性和SG设计开发的有效性,为现场可编程门阵列实现Buck变换器的数字控制器提供了新的设计流程,也为进一步研究其它直流-直流变换器的非线性控制提供了新思路.     

DC/DC变换器的神经网络鲁棒控制

针对有非最小相位特性的二阶DC/DC(直流/直流)变换器平均值模型的特性,以Buck-Boost变换器为典型例子,提出了一个非线性反馈做内环控制器,控制其电感电流;用RBF(径向基函数)神经网络作为自适应机构,提出了一个神经网络鲁棒控制器作为电压外环控制器,控制其输出电压.证明了系统跟踪误差和神经网络权值的有界性.仿真结果表明,提出的控制器对于系统参数的不确定性具有很强的鲁棒性,并具有很好的动态性能.     

Boost变换器PWM模糊滑模变结构控制器设计

针对Boost变换器的强非线性,传统控制方法不易取得良好的控制效果,设计了Boost变换器PWM模糊滑模变结构控制器。该控制器结合PWM调制、模糊推理和滑模变结构控制三者的优点,通过在线模糊逻辑推理调整滑模变结构控制的切换面参数,从而使系统状态点的滑模运动保持稳定,逐渐趋向平衡点,提高滑模变结构控制器的控制效果。通过Matlab仿真比较,该控制器较好地解决了系统抖振问题,具有良好的动态性和较强的鲁棒性。     

随机PWM CCM Boost变换器非脆弱H_∞控制

对CCM Boost变换器引入两模态马尔科夫链稳态期望平均脉宽固定的随机PWM策略,首先推导建立变换器的离散随机跳变模型,然后基于随机跳变系统非脆弱H∞控制理论为Boost变换器设计了非脆弱H∞控制器,最后在Simulink仿真平台上设计仿真电路进行验证.仿真结果表明,设计的控制器改善了Boost变换器的EMI品质,对控制器参数摄动表现出非脆弱性,整个变换器系统具有较好的鲁棒性.     

Boost变换器状态反馈的精确线性化控制

将控制目标引入系统状态方程,建立了CCM(电流连续型)Boost变换器的非线性仿射模型.从理论上证明了所建立的系统模型满足状态反馈精确线性化的能控性条件和对合条件,构造了相应的非线性输出函数,得到非线性状态反馈控制律,实现了原系统的状态反馈精确线性化,并详细分析了反馈系数的选取.所提控制方案不需要附加电压比例积分(PI)环节,控制简单,对输入电压、负载和系统元件参数扰动均具有较强的鲁棒性.仿真结果表明,基于文中所提控制方法的系统性能优越,各项指标均优于无源性控制方案.     

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.     

随机PWM CCM Boost变换器非脆弱 H∞控制

对CCM Boost变换器引入两模态马尔科夫链稳态期望平均脉宽固定的随机PWM策略,首先推导建立变换器的离散随机跳变模型,然后基于随机跳变系统非脆弱 HH_∞控制理论为Boost变换器设计了非脆弱 HH_∞控制器,最后在Simulink仿真平台上设计仿真电路进行验证. 仿真结果表明,设计的控制器改善了Boost变换器的EMI品质,对控制器参数摄动表现出非脆弱性,整个变换器系统具有较好的鲁棒性.     

电动汽车双向DC/DC变换器的设计

采用全桥谐振C LCLC变换器和模糊PID控制的半桥Buck Boost变换器,组成两级式双向DC/DC变换器拓扑;并根据等效模型计算出谐振元件参数,即变压器的匝比为1∶1,输入输出电压为400 V,谐振电感为100 μH,谐振电容为253 μF,半桥Buck Boost变换器中的滤波电感为5 000 μH,滤波电容为127 μF。仿真结果表明,全桥谐振C LCLC谐振变换器输入电压与输出电压一致;模糊PID控制策略可有效降低充电状态下电压超调量,缩短调节时间,提高系统的抗扰动能力,说明所采用的设计工艺能有效提高电动汽车变换器的动态、稳态性能和抗扰动能力。     

基于占空比动态分配控制的并联交错CCM PFC变换器

为减小甚至消除均流过程对总输入电流及输出电压的扰动,以提高输入功率因数. 在平均电流控制策略的基础上,提出一种控制占空比在并联变换器内部动态分配的均流控制器,即只在并联变换器内部,根据其电流偏差程度进行占空比动态调节来实现均流. 同时,采用单DSP实现并联PFC变换器电感电流的均匀交错,以减小系统滤波器的体积和提高系统的效率. 以3个功率因数校正(PFC)变换器并联为例,利用提出的研究方案获得了良好的均流性能,并实现了并联PFC变换器电感电流的交错,减小了输入电流的高频纹波. 实验结果证明了该控制方案的正确性,为并联的大功率功率因数校正变换器的数字控制提供了解决方案.     

考虑寄生参数和电感电流纹波的CCM模式Boost变换器建模

在考虑电子器件寄生参数及电感电流纹波的情况下,运用三端开关器件模型法和能量守恒法对Boost变换器工作于CCM模式下的精确建模进行研究,推导了大信号等效电路模型、稳态等效电路模型和小信号等效电路模型,并在一个实际的Boost变换器上对存在寄生参数和电感电流纹波的情况进行仿真和稳态性能、动态特性分析。结果表明,此研究能够改善实际Boost变换器设计和系统性能。     

主动磁悬浮轴承的解耦控制

运用解耦控制策略对六自由度刚性转子主动磁悬浮轴承（ＡＭＢ）进行控制,应用基于逆系统理论的状态反馈线性化方法,设计出非线性控制器。将ＡＭＢ这一多变量、强耦合及非线性的系统,分解为６个单变量无耦合的线性子系统,并对线性子系统进行了综合。仿真表明,此控制策略实现了各自由度之间的动态解耦,系统的动态性能较传统的ＰＩＤ控制方法有明显的提高。     

Boost变换器状态反馈精确线性化控制

采用状态空间平均建模方法,建立了CCM(电流连续型)Boost变换器的非线性仿射模型。从理论上证明了所建立的系统模型满足状态反馈精确线性化的能控性条件和对合条件,推导出所构造的非线性输出函数, 得到非线性状态反馈控制律,实现了原系统的状态反馈精确线性化;详细分析了反馈系数的选取。最后为验证所提控制方案的优越性与无源性控制方法进行了数值仿真对比分析,仿真结果显示,基于本控制方法的系统性能优越,各项性能指标均优于无源性控制方案。