非線性控制策略在DC-DC電力電子變換器中的應(yīng)用.pdf

1、DC-DC變換器在航空航天、工業(yè)以及家用電器等領(lǐng)域的開關(guān)電源以及特殊電源中得到廣泛應(yīng)用。迄今為止，對DC-DC變換器的研究多局限于波形分析法。不可否認，波形分析法對于指導(dǎo)DC-DC變換器的工程實際設(shè)計與調(diào)試起到了舉足輕重的作用。但波形分析法難以對影響DC-DC變換器性能的各物理量加以進一步分析。除此之外，為確保DC-DC變換器性能，傳統(tǒng)DC-DC變換器多采用在工作點附近的小信號線性模型設(shè)計控制器。這種控制器只能確保工作點附近的局部穩(wěn)定性

2、，對于輸出電壓(或電流)固定且負載(或輸出電源電壓)變化范圍較小的DC-DC變換器而言基本滿足系統(tǒng)的要求。但對于工作點變化范圍較大的航空航天等特殊領(lǐng)域，難以實現(xiàn)全局穩(wěn)定性，因而上述方法難以奏效。 為了解決這些問題，本文針對DC-DC變換器涉及離散與連續(xù)變量(即混雜系統(tǒng))的具體特點，對DC-DC變換器的狀態(tài)空間平均模型進行了討論。在此基礎(chǔ)上，利用目前控制領(lǐng)域比較流行的非線性控制策略對DC-DC變換器的控制器進行了設(shè)計。旨在實現(xiàn)全局

3、穩(wěn)定性，確保工作點變化范圍內(nèi)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并提高系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能。本文主要采用了下列兩種非線性控制方法：無源性控制和滑?？刂?。無源性控制的基本思想是配置與系統(tǒng)全局穩(wěn)定性無關(guān)的“無功力”，使系統(tǒng)滿足無源性條件。但傳統(tǒng)的無源性控制器使系統(tǒng)在參數(shù)及擾動變化較大時魯棒性較差，為提高系統(tǒng)性能，本文引入一種結(jié)合積分作用的改進型無源性控制方法。仿真實驗表明改進型無源控制方法能夠增強系統(tǒng)魯棒性，并可調(diào)高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 滑模控制方法具有響應(yīng)快

4、以及對系統(tǒng)參數(shù)和外界擾動的強魯棒性等優(yōu)點，缺點是在實際滑模控制中存在振顫問題。本文結(jié)合無源性控制和滑模控制對DC-DC變換器的控制器進行了設(shè)計，仿真結(jié)果表明：該方法能夠在一定程度上消除滑模振顫，但系統(tǒng)響應(yīng)時間較單純滑?？刂破L。 為了驗證上述控制器在實際電路中的有效性，本文專門制作了采用非線性控制策略的Boost變換器樣機。實驗結(jié)果表明：改進型無源性控制器可以確保系統(tǒng)較快速達到給定值并平穩(wěn)運行，且魯棒性能較PI控制器效果強；滑模