基于大信號平均模型的Buck變換器解耦控制系統(tǒng)設計與研究.pdf

1、DC-DC變換器作為開關電源和新能源分布式直流供電系統(tǒng)的核心技術發(fā)展十分迅速，目前DC-DC變換器小信號建模并采用線性反饋控制是一種成熟的方法，但這種方法在大信號條件下具有抗干擾能力弱、動態(tài)響應性能低的問題。針對以上問題，本文提出兩種基于大信號平均模型的Buck變換器解耦控制系統(tǒng)設計方案，包括前饋解耦和前饋-逆系統(tǒng)解耦兩種解耦控制系統(tǒng)設計，兩種方案均適用于其它DC-DC變換器拓撲結構。
　　提出一種前饋解耦控制系統(tǒng)設計方案。該方案

2、中將電壓外環(huán)和電流內環(huán)作為被控對象，采用逆推法分別設計兩個環(huán)路的前饋解耦補償器，使電壓外環(huán)和電流內環(huán)成為兩個相對獨立的回路。由于消除了電流內環(huán)和電壓外環(huán)的耦合關系，在進行PI調節(jié)器參數(shù)整定過程中明顯比常規(guī)雙閉環(huán)控制器效率更高。
　　為解決前饋解耦控制系統(tǒng)中反饋控制器設計的問題，本文又提出前饋-逆系統(tǒng)解耦控制系統(tǒng)設計方案。該方案中被控對象中的電流內環(huán)根據(jù)最優(yōu)化控制理論設計出前饋解耦補償器;電壓外環(huán)則采用逆系統(tǒng)理論與解耦控制理論相結合

3、的方式設計逆系統(tǒng)解耦補償器，將電壓環(huán)補償為一階純積分環(huán)節(jié)，并對輸入直流電源擾動和負載電流擾動設計前饋解耦補償器，將兩個非線性環(huán)路補償成偽線性系統(tǒng)，再根據(jù)最優(yōu)化控制理論分別對電流內環(huán)和電壓外環(huán)設計線性反饋控制器。同時，為了更明顯的體現(xiàn)兩種新型控制系統(tǒng)在大信號條件下具有優(yōu)良的抗干擾能力和動態(tài)、靜態(tài)響應特性，本文根據(jù)小信號模型法設計了常規(guī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。通過matlab/simulink對三種Buck變換器控制系統(tǒng)進行了仿真，驗證了本文設計的

4、兩種控制系統(tǒng)性能更優(yōu)，其中前饋-逆系統(tǒng)解耦控制器性能最優(yōu)。
　　最后，為了進一步驗證理論的可行性和控制系統(tǒng)性能的可靠性，基于RT-LAB半實物仿真平臺對Buck變換器前饋-逆系統(tǒng)解耦控制方案進行了快速原型實驗(RCP)，被控對象通過實物實現(xiàn)，即設計制作Buck變換器硬件電路，包括主電路、驅動電路和采樣電路;控制器虛擬實現(xiàn)，即前饋-逆系統(tǒng)控制器通過RT-LAB目標機模擬實現(xiàn)，最終得到良好的實驗效果，證明了理論的可行性。本文提出的兩種