分?jǐn)?shù)階DC--DC變換器的動(dòng)力學(xué)分析與控制研究.pdf

1、DC-DC變換器作為直流電壓變換器，它的主要作用是將輸入電壓變換為一個(gè)理想的輸出電壓。由于DC-DC變換器作為一種時(shí)變、非線性系統(tǒng)，容易出現(xiàn)各種非線性現(xiàn)象，變換器的穩(wěn)定性以及可靠性將會(huì)受到這些現(xiàn)象的直接影響，同時(shí)由于變換器的工作特性導(dǎo)致它的控制需要采用非線性且不連續(xù)的控制策略，系統(tǒng)參數(shù)及負(fù)載的變化就會(huì)影響到控制器的效果，最終會(huì)影響其響應(yīng)速度、魯棒性等指標(biāo)。關(guān)于DC-DC變換器動(dòng)力學(xué)行為與控制的早期研究只針對整數(shù)階模型，實(shí)際中存在的電容和

2、電感均是分?jǐn)?shù)階的，以往用電感和電容的整數(shù)階模型來研究它們的電特性，得出的結(jié)果有可能是不夠準(zhǔn)確的，因而對于分?jǐn)?shù)階DC-DC變換器動(dòng)力學(xué)行為與控制的研究就成為了新的研究課題。
　　本文基于分?jǐn)?shù)階微積分理論和電容電感的分?jǐn)?shù)階本質(zhì)特性，建立了在電感電流連續(xù)模式下穩(wěn)定運(yùn)行的Buck和Boost變換器的分?jǐn)?shù)階模型和其狀態(tài)平均模型，給出變換器在電感電流連續(xù)模式下穩(wěn)定運(yùn)行的參數(shù)條件;以電路變量為參考變量，通過分岔圖等動(dòng)力學(xué)表征分析了變換器的動(dòng)力學(xué)

3、行為。此外，本文又基于分?jǐn)?shù)階控制系統(tǒng)穩(wěn)定性理論和滑?？刂撇呗?，針對變換器設(shè)計(jì)了分?jǐn)?shù)階滑?？刂破鳎岣吡讼到y(tǒng)輸出響應(yīng)的快速性和魯棒性。全文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)利用分?jǐn)?shù)階微積分定義和電容電感的分?jǐn)?shù)階本質(zhì)特性，建立了Buck和Boost變換器的分?jǐn)?shù)階數(shù)學(xué)模型和其狀態(tài)空間平均模型，并給出電感電流連續(xù)模式下穩(wěn)定運(yùn)行的參數(shù)條件;同時(shí)以電路變量為參考變量，通過分岔圖等動(dòng)力學(xué)表征分析了變換器的動(dòng)力學(xué)行為。理論分析和數(shù)值仿真驗(yàn)證了分

4、數(shù)階模型的正確性和變換器動(dòng)力學(xué)行為與電路變量的相關(guān)性。
　　(2)針對分?jǐn)?shù)階Buck變換器和Boost變換器，基于分?jǐn)?shù)階滑?？刂圃碓O(shè)計(jì)了分?jǐn)?shù)階滑模控制器，使得變換器的響應(yīng)速度進(jìn)一步加快，同時(shí)增大了變換器的抗干擾能力和魯棒性。同時(shí)通過一個(gè)線性項(xiàng)的添加，使得變換器狀態(tài)在一開始就落在滑模面上，從而確保了全局魯棒控制。數(shù)值仿真對所設(shè)計(jì)控制器的正確性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　(3)針對處于參數(shù)不確定和未知干擾上界的情況下的分?jǐn)?shù)階Buck變換