开关电感Boost变换器的失效机理及基于参数扰动的混沌控制方案研究

开关电感Boost变换器是新能源系统中应用较为广泛的一种高增益DC-DC变换器。由于变换器本身的特性,当电路参数的变化超出一定范围时,会发生分岔、混沌等非线性现象,造成变换器失效,此时变换器无法正常稳定运行并且工作性能下降,因此有必要控制变换器从混沌态重回稳定态。基于参数扰动混沌控制法的基本原理,设计了适用于峰值电流控制型开关电感Boost变换器的混沌控制方案。该方案可使工作于混沌状态的变换器能迅速返回周期-1态稳定工作,其输出电压增益得以提高、输出纹波显著降低,并且在输入和负载有较大扰动时变换器系统均能稳定工作。利用非线性理论对变换器失效机理进行分析和混沌控制,对于DC-DC变换器参数设计、稳定性分析和性能提升具有一定的实际应用价值。     

基于参数扰动的混沌控制方案在Buck-Boost变换器中的应用研究

分布式直流微电网中,直流母线与大电网的接口变换器通常选择具有升、降压功能的DC-DC变换器,如Buck-Boost变换器,来提升或降低光伏阵列或其他储能单元的输出电压,使之与直流母线电压匹配。Buck-Boost变换器作为一个强非线性系统,在输入电压、参考电流等电路参数变化时容易产生分叉、混沌等非预期情况,使变换器性能变差甚至不能正常运行。基于峰值电流控制型Buck-Boost变换器的频闪映射模型,分析了变换器的非线性动力学现象。基于参数扰动的混沌控制原理,设计了一种适用于峰值电流控制型BuckBoost变换器的混沌控制方法 ,该方法可使进入混沌状态的变换器重新回到周期态,并使变换器的稳态性能、输出纹波等得到显著改善。     

基于Simulink的Buck变换器混沌现象仿真与研究

基于Simulink建立了电流连续导通模式下的电压控制Buck变换器模型，在该模型的基础上对开关变换器的非线性现象进行了研究。通过改变电路参数，研究了开关变换器从稳定态到倍周期分岔，再到混沌的演化过程。仿真结果与理论分析和实验结果一致，验证了仿真模型的正确性，为合理选取电路参数提供了指导，同时也为混沌控制理论的研究奠定了仿真基础。     

Boost变换器中的斜坡补偿法扩展及其性能评估

DC/DC开关变换器是一类强非线性控制系统,其中的混沌现象及混沌控制的研究是近年来电力电子领域中的一个研究热点.本文针对峰值电流模式控制Boost变换器的动力学模型,详细分析了斜坡补偿法控制混沌的原理,并将其扩展为多个周期信号的补偿方法,同时提出了混沌控制的综合评价标准,以对各种补偿信号的控制结果进行综合评估.评估结果表明:三角波补偿是一种较好的混沌控制手段,且理论分析可以给出有效控制的最优相移和幅度的预计,从而为变换器的稳定设计提供了理论指导,另外相关研究也给出了一般非线性系统中混沌控制的评估方案和思路.     

PWM控制的DC--DC变换器中的混沌现象的研究

本文以闭环PWM控制的Buck开关变换器为例,采用非线性迭代映射法对其电感电流连续模式工作下,变换器中出现的混沌现象进行了分析研究,并采用PSPICE进行了计算机仿真验证,从而通过理论和仿真证明了在某些电路参数下系统里会出现多脉冲、倍周期等混沌现象。     

DC-DC Boost变换器混沌运行仿真及实验研究

DC-DC boost变换器是开关变换器中最常用、最基本的电路，其丰富的非线性行为为研究混沌现象提供了便利。该文以Boost变换器为研究对象，分别就参数控制和外加混沌信号控制两种行为进行仿真和实验研究。参数控制演示了Boost变换器由单周期通向混沌运行的演化过程；外加混沌信号控制时，为了得到较好的输出特性，该文加入了电流负反馈，实验基于DSP数字控制，分别研究了变频混沌控制与变幅混沌控制两种情况。以上实验结果都证明了混沌控制对于降低DC-DC开关变换器EMI十分有效。     

峰值电流控制型Boost变换器的分岔与混沌控制

由于Boost变换器在一定的电路参数条件下会出现分岔和混沌行为,在此状态下它的工作会受到很大影响,并产生不稳定的现象,因此引入控制律对该现象进行控制。基于反馈的设计思想,提出一种二次电压反馈的非线性反馈控制律,通过选取合适的控制系数,可以将变换器上述行为控制到单周期的运行状态。通过仿真试验结果的分析,该策略可以简单地调整非线性反馈系数实现变换器运行轨道的改变,并且该参数可以根据分岔图进行选取,从而很容易对控制器进行设计,在工程上易于实现。     

并联Buck变换器中的混沌研究

开关式DC/DC变换器是一个强的非线性控制系统,变换器满足一定条件时,就会产生各种类型的分叉和混沌.该文采用基于主从控制的并联Buck变换器为研究对象,详细推导了并联Buck变换器的动力学方程,通过仿真得到了在一定范围内改变参数时引起的分叉和混沌现象.并且借鉴非线性动力学中的Jacobian矩阵法对系统不动点的稳定性进行了分析,通过其特征值轨迹形象说明了分叉出现的原因.     

水轮机调节系统的混沌现象分析及控制

为深入研究水轮机调节系统的非线性动力学特征,分析刚性水击时水轮机调节系统非线性模型的复杂动力学特征,包括相轨迹图、Lyapunov指数和庞加莱映射图,这些特征加深了对其的认识,同时也证明该水轮机调节系统中含有混沌吸引子.为消除系统的混沌态,基于一种滑模变结构控制方法的数学分析论证推导,将处于混沌态的水轮机调节系统先后控制到任意固定点和任意周期轨道,并用MATLAB模拟验证其有效性.结果表明:该方法能够使系统严格地跟踪参考轨道,且具有过渡时间短、过渡平稳的优点,同时也为相关水轮机调节系统混沌态的有效控制提供了借鉴.     

一种电流模式Buck-Boost变换器的混沌与反混沌混合控制方法*

由于混沌系统具有内在随机性的特征,其状态变量之间的关联性有时很弱,甚至不相关,因而难以对系统实施有效控制。本文基于状态关联和参数扰动的思想提出了一种Buck-Boost变换器混沌与反混沌混合控制方法。该方法首先定义一个调整系数来表征状态变量之间的耦合强度,通过调节该系数达到控制其耦合强度的目的,并建立系统的数学模型。然后利用系统的微分项来表征参数扰动项,对系统施加一定范围的参数扰动。最后根据控制目标,通过改变调整系数实现对系统的混沌与反混沌控制。基于单值矩阵理论和Simulink仿真平台验证了方法的有效性。该方法仅需调整一个外部参数,即可将任意状态下的电流型Buck-Boost变换器控制到周期1、2轨道及混沌态。     

Boost变换器的非线性最优控制系统

在Boost变换器状态空间平均模型的基础上,利用基于微分几何的非线性最优控制策略,建立了非线性仿射模型,且推导出了非线性状态反馈表达式,得到了Boost变换器状态反馈精确线性化模型,并对其控制器进行了设计,实现了系统在工作点大范围内变化时的稳定运行,有效提高了系统的动、静态性能.Matlab/Simulink仿真结果表...     

直流变换器并联系统动态均流的非线性控制

基于微分几何理论，该文针对并联直流变换器提出了一种新颖的非线性动态均流控制策略。文章首先利用开关脉冲分段函数建立了两相交错并联变换器两输入两输出仿射非线性模型，推导出对应的非线性坐标变换矩阵和非线性状态反馈规律表达式，得到状态反馈精确线性化模型。接着文章利用二次型最优控制对线性化模型进行动态均流控制设计，得到精确线性化的状态反馈规律，建立了一种基于微分几何理论的非线性均流控制策略。研究表明，两相并联直流变换器通过状态反馈精确线性化得到的非线性均流控制策略，比现有PID均流控制有更好的动态均流特性，同时具有较好的动态和稳态品质。     

CCM Buck变换器的状态反馈精确线性化的非线性解耦控制研究

基于非线性系统的微分几何理论，应用脉冲模型积分法建立CCM(电流连续型)Buck变换器的非线性仿射模型，推导出对应的非线性坐标变换矩阵和非线性状态反馈表达式，得到了Buck变换器状态反馈精确线性化模型，由此提出了电感电流和输出电容电压解耦控制策略。研究结果表明，Buck变换器通过状态反馈实现精确线性化得到的非线性控制策略，比现有的PI控制有更好的动态响应调节和稳态误差调节特性。同时说明状态反馈精确线性化能对Buck变换器这类分段线性系统实现完全解耦控制，从而具有一般性理论和实际意义。     

基于微分平坦理论的双有源桥式变换器的单移相控制

针对双有源桥式(Dual Active Bridge,DAB)变换器系统受到扰动时动态响应速度慢,基于微分平坦理论,结合单移相控制,提出了一种平坦控制策略。设计DAB变换器平坦控制系统,包括前馈控制和非线性误差反馈控制两部分:前馈控制利用期望输出来规划状态变量轨迹;非线性误差反馈对平坦输出进行校正,消除误差。证明了平坦控制的稳定性,最后在仿真平台上分别对DAB变换器平坦控制和PI控制进行仿真,结果表明:在DAB变换器输出电压给定值改变、输入电压波动以及负载突变时,平坦控制策略下DAB系统可以更快达到输出稳定,系统具有更好的动态性能。     

电流连续型Boost变换器状态反馈精确线性化与非线性PID控制研究

基于非线性系统的微分几何理论并结合传统PID控制的优点，建立了CCM(电流连续型)Boost变换器的非线性仿射模型并推导出非线性坐标变换矩阵和非线性状态反馈表达式，得到了Boost变换器状态反馈精确线性化模型。文中结合基于输出误差的PID控制，提出了变换器非线性PID解耦控制策略。研究结果表明，Boost变换器非线性PI解耦控制，比传统的PI控制有更好的动态响应和稳态特性，状态反馈精确线性化能对Boost变换器这类分段线性系统实现完全控制解耦。DC／DC变换器利用状态反馈精确线性化技术并结合传统PI控制技术的优点进行解耦控制，其结果对进一步研究具有一般性理论和实际意义。     

一种宽工作范围Boost电路的滑模变结构控制策略研究

由于Boost变换器自身非线性以及非最小相位的结构特点,传统PI控制器能够保证Boost变换器在所设计的额定工作点附近稳定工作,并取得良好的动态和稳态性能。当Boost变换器的工作状态与额定点发生较大偏差时,其稳定性就无法保证。因此针对Boost变换器在偏离额定工作状态下的稳定性以及动态性能不足的问题,提出了一种滑模变结构控制与PI控制器相结合的控制策略。内环为采用电感电流为反馈量的滑模控制器,外环采用以输出电容电压为反馈量的PI控制器,并在滑模控制器中引入指数趋近律改善性能,提高了Boost变换器在宽范围工作下的稳定性和动态性能。基于Boost变换器模型,针对所提出的控制策略进行控制器参数设计,最后通过仿真与实验验证了控制策略的可行性与有效性。     

Nonlinear single-loop control of the parallel converters for a fuel cell power source used in DC grid applications

This paper presents an innovative control law for a multiphase interleaved converter in the distribution of power supply in fuel cell (FC) generators. Traditionally, to control the DC output power, voltage, or current in a converter, a linear multiple-loop feedback control technique is used. The nonlinear multiple-loop feedback control approach offers several techniques that help to improve the system response. In this paper, an alternative nonlinear single-loop feedback control scheme is proposed. This scheme is based on the differential flatness concept, which provides a solution to achieve the preferred response using a less sophisticated algorithm. To validate the proposed technique, a prototype of a FC power converter (a 600-W two-phase interleaved boost DC–DC converter) was constructed in the laboratory, and the control algorithm was implemented to control the prototype using a dSPACE 1104 controller card. The control scheme exhibited excellent experimental results for use with a 1.2-kW Nexa Ballard polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) regarding the steady state and dynamic responses as well as the control robustness.     

全桥型DC/DC变换器的DMC-PID串级控制策略研究

研究了全桥型DC/DC变换器系统的控制方法。针对现有DC/DC变换器动态响应速度慢、抗干扰能力差的现状,提出了基于状态反馈精确线性化的动态矩阵控制-比例积分微分DMC-PID（dynamic matrix control-propor-tional integral differential）串级控制方法。应用状态空间平均法建立全桥型DC/DC变换器系统的非线性模型,通过状态反馈精确线性化后得到线性化系统。为使系统获得优良的控制性能,选取DMC-PID串级控制方法。该控制方法同时具备PID算法的鲁棒性和DMC算法的快速性和稳定性,能有效地解决电源输入电压大范围波动输出电压不能及时稳定的问题。通过仿真分析和实验验证了该方案能在各种扰动工作条件下实现对变换器输出精确、快速的控制。     

PMW型DC／DC开关变换器非线性闭环控制策略的研究

融合了开关变换器脉动和非线性的特点,提出了积分函数控制新策略,实现了输出电压平均值的即时动态控制,即在电源电压与负载电流瞬态或持续扰动下,开关变换器直流输出电压的动态或稳态输出误差为零。以降压型开关变换器为例,计算机仿真和实验验证了新策略的优良特性。