适用于DC/DC 变换器的预测函数控制优化策略

针对使用预测函数控制(Predictive Function Control, PFC)的 DC / DC 变换器在负载切换时产生的扰动对变 换器响应速度有较大影响的问题,提出通过设计观测器观测扰动来优化预测函数控制算法的控制效果;相对于其 他提高系统抗扰动的方法,通过设计观测器来提高变换器抗扰动的方法的优点是实现简单、优化后控制效果好等; 设计 Luenberger 观测器对负载切换时产生的扰动进行观测,将观测值反馈给预测函数控制算法进行最优化分析, 并结合仿真结果对目标函数进行调整,优化后的目标函数能更好地响应扰动并尽快达到稳态;最后将优化后的控 制算法与 PI 双闭环控制方法进行比较,结果显示优化后的控制算法在受到扰动后比双 PI 控制方法动态性能更 好,实现了应对负载切换时提高系统动态性能的目标,增强了 DC / DC 变换器的抗干扰能力;优化后的算法只考虑 了负载切换时的扰动对于系统其他方面的扰动没有考虑进去,可以通过设计整个系统的观测器来进一步提高 DC / DC 变换器抗扰动的能力。     

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。     

双闭环Buck变换器系统模糊PID控制

针对传统线性PID控制对复杂控制对象难以建模及人工整定经验缺乏等问题,提出了一种双闭环Buck变换器系统的模糊PID控制策略。首先,设计了电压外环和电流内环结构以同时提高系统的抗扰性和跟随性;其次选择高斯函数和三角形函数相结合的隶属度函数以使控制器对小误差的灵敏度得以增强;接着,针对PID参数分别设计了3个子推理器并通过基于专家经验的规则库制定出Buck变换器的模糊规则,可以使控制器不依赖于Buck变换器系统精确的数学模型,从而克服传统PID控制导致的输出电压高超调、振荡等缺点;最后,设计了一套新型双闭环Buck变换器硬件系统,利用STM32单片机将模糊PID算法首次用于控制变化速度快、时滞小的被控量。实验结果表明:模糊PID控制策略不仅能够提高输出电压跟踪精度,还能有效抑制负载扰动及参数摄动,在阶跃启动下,系统输出电压超调量低于10%,调节时间低于3ms;与传统PID单环系统相比,其输出电压纹波、扰动下的最大动态压降和恢复时间均减小了一个数量级以上。     

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.     

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.     

基于Buck变换器T-S模型的模糊滑模控制器的设计

为了解决Buck变换器非线性特征在控制器设计中带来的困难,在电感电流连续模式下,构建了Buck变换器的T-S模糊模型;同时考虑到系统参数摄动和外部扰动等因素,在T-S模糊模型的基础上,利用Lyapunov函数方法和线性矩阵不等式(LMI)方法构造全局模糊滑模面,并设计模糊滑模控制器.仿真结果表明:应用模糊滑模控制器的Buck变换器的上升时间和调节时间均在15ms左右,跟踪效果好,抗扰性强,具有良好的动态性能.     

开关线性复合变换低阻输出特性对系统的优化

为了在现有电力电子技术基础上进一步提高功率变换器的综合性能，揭示了一种由电力电子开关电路与线性电路有机结合而派生的开关线性复合功率变换器(SLH)。简述了该类变换器的基本工作原理，列举了并联型和串联型两种电路拓扑及其特点，说明了SLH的低阻输出特性对提高功率变换器静动态性能的作用，并对SLH与典型的PWM LC滤波单元的变换器进行了比较分析，给出了用于电源和传动系统不同负载条件下的测试数据和典型波形。结果表明，SLH在高效与优波兼顾、多类负载适应性和抗负载扰动能力方面具有综合优化性能。     

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.     

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.     

Boost升压变换器平均电流控制模式的仿真

Boost变换器的开环传递函数有一个位于右半平面的零点，使得使用单一的反馈电压环难以同时保证系统在受到某种扰动作用时，既有很好的动态品质又不致造成系统失稳．平均电流控制模式是提高Boost变换器稳定性和动态调节特性的有效方法．分析并推导了Boost变换器的平均电流控制模型，通过对系统的分析和仿真，其结果证明了所建模型的正确．     

全桥LLC变换器小信号模型分析及动态补偿器设计

LLC谐振变换器具有高效率高功率密度的优点,按照调频方式控制的LLC变换器增益特性具有明显的非线性特点,采用传统的比例积分补偿器控制的LLC谐振变换器存在因输入电压宽范围变化输出电压跌落较多,抗负载扰动响应慢的缺点.本文基于等效电路模型建立全桥LLC谐振变换器的模块化小信号建模型,推导出频率和输出电压之间的传递函数,分...     

全向移动机器人自抗扰解耦控制

针对全向移动机器人系统存在的模型复杂、强耦合以及内外随机扰动造成控制困难的问题,提出自抗扰控制方法.以八轮全向移动机器人为例,通过分析运动学、动力学模型,设计自抗扰解耦方法.以非线性函数作为自抗扰控制器各部分的状态反馈,采用扩张状态观测器估计内外随机未知扰动并给予主动扰动补偿.仿真试验表明:与传统PID控制器相比,经过解耦的自抗扰控制器对全向移动机器人具有较好的控制效果,能够抑制未知扰动,提高系统性能.     

燃料电池DC-DC变换器的设计与数字化控制

针对燃料电池的实际要求设计并制作了推挽Buck型直流-直流(DC-DC)变换器的硬件电路,包括变换器主电路、控制电路、检测电路及保护电路等;采用状态空间平均法建立推挽Buck型DC-DC变换器的小信号模型,并且进行补偿反馈控制;基于通用反转控制器(GPIC)的现场可编程门阵列(FPGA)模块实现了推挽Buck型DC-DC变换器的数字化控制.结果表明,在FPGA模块的数字化控制下,自主研发设计的DC-DC变换器的输出电压能够很好地跟踪设定电压,具有优异的阶跃响应特性和较强的抗负载及输入扰动能力,能够保证燃料电池DC-DC变换器实现高效、可靠的电能转换.     

基于双环控制的BuckDC—AC逆变器

为了提高Buck DC-AC逆变器的动态特性,改善系统的鲁棒性及抗负载扰动的能力,提出一种带电流前馈的双环控制器.该控制器采用全状态反馈的电压和电流双环控制策略,改善了逆变器系统的动态响应性能,提高了稳态性能;另外,电流前馈环的使用也使系统的抗负载扰动能力显著提高.实验结果表明,双环控制中的内环增大了逆变器控制系统的带宽,加快了逆变器的动态响应,提高了稳态精度,对负载扰动也有较高的抑制能力.     

自抗扰控制器在永磁同步电机控制中的应用

为了解决永磁同步电机(PMSM)调速系统突加负载或负载扰动时控制性能差的问题,提出用自抗扰控制技术设计PMSM控制方案.将负载突变和负载扰动归为未知扰动,用自抗扰控制器进行估计、补偿和控制.仿真结果表明,该方法能够提高系统的响应速度,减小稳态误差且无超调,能有效地抑制负载变化对转速的影响.     

PMSM调速系统新型抗扰动模型预测控制策略

提出一种基于灰预测理论的抗扰动模型预测控制方法。首先推导出模型预测控制系统中干扰量与输出误差之间的解析关系;利用系统已知输出误差建立稳定灰预测模型,预测系统未来时刻的输出误差;根据干扰量与输出误差之间的关系,采用反馈输出误差预测值的方法,实现对系统干扰量的前馈补偿控制。对模型预测控制PMSM调速系统进行仿真实验,选择出干扰观测器抗扰动方法中的最优干扰模型结构;对两种抗扰动方法比较分析得出,基于灰预测理论的抗扰动模型预测控制不需要考虑干扰模型结构,简化了系统设计、提高了系统自适应性,同时能够获得与优化干扰观测器模型预测控制一样的性能。     

基于改进型自抗扰的双级矩阵变换器控制策略研究

双级矩阵变换器由于减少了直流储能环节,输入输出两级之间存在严重的耦合现象,变换器的输出性能容易受到外界干扰的影响.为了提升双级矩阵变换器的抗扰性能,引入了自抗扰控制技术,针对双级矩阵变换器系统提出了一种在非线性状态误差反馈律部分增加类积分环节的改进型二阶自抗扰控制策略.仿真结果表明:与传统控制策略相比,采用改进型二阶自...     

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。     

扰动量Mdl的补偿控制

扰动量Ｍｄｌ的补偿控制李军生（电气系）在电力拖动自动控制系统中，为了改善系统的动态抗扰性能指标，减小系统的动态转速降落，加快系统的调节过程；人们常通过建立转微分负反馈，利用超前控制的概念，来达到这个目的。现在也可以利用扰动补偿的概念来提高系统的动态抗...