功率變換器的區(qū)域系統(tǒng)建模及控制方法研究.pdf

1、功率變換器的區(qū)域系統(tǒng)建模及控制方法研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文學(xué)生姓名：劉冬春指導(dǎo)教師：楊天怡教授專業(yè)：控制科學(xué)與工程學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院二O一一年四月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要功率變換器在工業(yè)、航天等領(lǐng)域的開關(guān)電源中得到廣泛應(yīng)用，與其相關(guān)的建模及控制方法的研究也經(jīng)過了快速發(fā)展，但其至今仍然是研究人員重點(diǎn)研究的課題之一。由于功率變換器本質(zhì)屬于一個(gè)非線性時(shí)變的系統(tǒng)，具有復(fù)雜的動(dòng)態(tài)特性，傳統(tǒng)的建模方法具有物理概念不清或者建立

2、模型困難等缺點(diǎn)，傳統(tǒng)的線性控制方法無法滿足強(qiáng)非線性的系統(tǒng)，而常規(guī)的非線性控制方法只考慮了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和跟蹤性等，忽略了與能量的相關(guān)性和閉環(huán)系統(tǒng)的物理特性，這些都極大地制約了人們對(duì)此類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究。區(qū)域系統(tǒng)是一類廣義的無源耗散的正定系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于各種各樣的數(shù)學(xué)建模領(lǐng)域中，比如交通流模型、藥物代謝動(dòng)力學(xué)模型等，但至今還沒有人將其應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域中來。而將功率變換器利用區(qū)域系統(tǒng)的方式進(jìn)行建模，得到的模型簡單、準(zhǔn)確，進(jìn)而以能量為狀態(tài)變量

3、設(shè)計(jì)的控制算法本質(zhì)上是一種非線性控制，該控制策略簡單容易實(shí)現(xiàn)，并且基于能量的觀點(diǎn)，穩(wěn)定性明顯，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的變化以及外來的擾動(dòng)具有比常規(guī)控制方法更強(qiáng)的魯棒性。論文首先對(duì)區(qū)域系統(tǒng)這個(gè)新興的概念進(jìn)行了介紹，對(duì)其國內(nèi)外的相關(guān)研究和現(xiàn)狀做了細(xì)致深入的概括和總結(jié)，對(duì)區(qū)域系統(tǒng)建模、有界性和基本的控制問題作了詳細(xì)的闡述。首次將區(qū)域模型的概念引入到功率變換器的建模中來，在狀態(tài)空間平均模型的基礎(chǔ)上，以每個(gè)儲(chǔ)能元件為區(qū)域、能量為狀態(tài)變量分別建立了Boost、

4、Buck、Cuk電路的區(qū)域模型，并利用Simulink仿真工具對(duì)所建立模型的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，提出一種基于能量的參數(shù)自整定模糊PID控制算法，詳細(xì)介紹了算法設(shè)計(jì)的全過程，對(duì)其控制效果進(jìn)行了電路仿真并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示該控制算法具有較好的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性，在有負(fù)載擾動(dòng)的情況下魯棒性較強(qiáng)。與參數(shù)經(jīng)過優(yōu)化后的傳統(tǒng)PID控制算法相比較，論文所設(shè)計(jì)的控制方法在魯棒性、穩(wěn)定性和快速響應(yīng)特性方面均有所提高。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：功率變換器