基于相軌跡的DC-DC變換器優(yōu)化控制方法研究.pdf

1、DC/DC變換器系統(tǒng)存在復雜的非線性動力學行為，而這些動力學行為與系統(tǒng)表現(xiàn)出的動靜態(tài)性能是緊密相關(guān)的。對于非線性行為之間的關(guān)聯(lián)約束特性與演變規(guī)律的深入認識,將為系統(tǒng)性能的優(yōu)化設(shè)計提供重要依據(jù)。由于以相軌跡為表現(xiàn)形式的分析方法具有描述簡單、直觀，易于體現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)參量之間的內(nèi)在聯(lián)系等優(yōu)點。因此，應(yīng)用相軌跡的分析方法對系統(tǒng)的非線性優(yōu)化控制具有直接的指導意義。
　　本文針對DC/DC變換器的優(yōu)化控制問題，以Buck變換器為研究對象，通過

2、相軌跡的幾何方法，將系統(tǒng)的性能優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為目標軌跡路徑的優(yōu)化設(shè)計問題，然后從軌跡規(guī)劃和軌跡控制的角度出發(fā)，分別提出了基于相軌跡規(guī)劃與跟蹤的混合控制方法和基于相軌跡約束的滑?？刂品椒ǎ瑑煞N方法都能很好地引導實際軌跡趨向規(guī)劃的優(yōu)化軌跡運動，從而實現(xiàn)系統(tǒng)動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能的優(yōu)化。
　　本文主要開展了以下工作：
　　首先，介紹了相軌跡的基本理論知識，分別從動力系統(tǒng)、演變規(guī)律、相軌跡和建模方法幾個方面闡述了相軌跡理論基礎(chǔ)，為后文的分析與

3、控制奠定了基礎(chǔ)。
　　其次，在精確相軌跡預(yù)測規(guī)劃方面，以帶純電阻性負載的Buck電路為研究對象，建立了其非理想的狀態(tài)空間模型,推導了基于頻閃映射相軌跡數(shù)學描述方程；以穩(wěn)壓輸出為目標，提出了PWM控制的穩(wěn)態(tài)相軌跡規(guī)劃方法；以系統(tǒng)最優(yōu)時間響應(yīng)為目標，提出了電流限制和電流非限制的最優(yōu)時間相軌跡規(guī)劃方法，并分析了最優(yōu)時間軌跡關(guān)鍵切換點的求解方法；分析了負載切換過程中狀態(tài)跳變問題。
　　然后，在相軌跡約束規(guī)劃方面，以帶非線性負載（IP

4、T電路）的Buck電路為研究對象，分析了IPT電路的諧振特性，并將其等效為時變電阻，從而在Buck環(huán)節(jié)建立了全系統(tǒng)的降階時變狀態(tài)空間模型；在此模型的基礎(chǔ)上，以改善系統(tǒng)的動態(tài)特性為目標，提出了基于相軌跡約束的規(guī)劃方法。
　　接著，針對相軌跡精確預(yù)測規(guī)劃與控制實現(xiàn)，根據(jù)電流電壓參量在開通關(guān)斷模態(tài)的變化特性，提出了動態(tài)跟蹤控制策略；根據(jù)穩(wěn)態(tài)極限環(huán)的紋波特性，提出了穩(wěn)態(tài)改進的PI控制策略；在此基礎(chǔ)上，分析了混合控制的系統(tǒng)參量監(jiān)測和控制策略