一种半桥式变换器设计及仿真分析

为了研究半桥变换器中开关管驱动电路、功率变压器、输出滤波电感等参数对工作状态和技术指标的影响,基于电源仿真软件Saber建立了半桥变换器开环电路模型。给出了半桥变换器中功率变压器和输出滤波电感等关键参数的计算方法。采用分段线性分析法、小纹波近似分析法和伏-秒平衡条件对半桥变换器进行稳态分析,推导了输出滤波电感在连续导通模式下（CCM）和不连续导通模式下（DCM）输出、输入函数关系式。分析了半桥变换器CCM工作模式的输出电感、负载电阻和占空比的临界值计算方法。对所建的半桥变换器开环模型进行仿真,仿真结果验证了理论推导的正确性,据此给出了提高半桥变换器稳态性能和工作效率的参数设计方法,为半桥变换器设计提供了理论依据。     

利用参考电压注入的Buck变换器电感电容估计

电路的元件参数,尤其是电感和电容值,严重影响着Buck变换器的控制性能。提出了一种参考电压脉冲注入法用于电感和电容的在线估计。为了提高Buck变换器中电感和电容值的估计精度,利用原稳态和新稳态构建满秩状态方程,在线推导算法所需寄生参数和负载电阻。研究基于电感伏秒特性和电容电荷平衡特性的精确离散时间变换器模型,为元件参数估计奠定了基础。通过给参考电压注入短脉冲信号,并使用PID控制器对电路中的电感电流和输出电压进行调节,建立了用于参数估计的瞬态和新稳态。利用瞬态中采样的电压和电感电流估计电感和电容值,避免了稳态时的收敛问题。基于提出的平均电感电流估计算法,电流采样频率降低至开关频率。最后,在Matlab/Simulink平台上进行了仿真验证,结果表明：即使在考虑实际噪声的情况下,电感和电容值的最大估计误差分别小于2%和4.2%;相较于其他参数估计算法,参考电压脉冲注入方法的引入有效提高了参数辨识的估计精度,有助于Buck变换器系统控制性能的提升。     

混流式水轮机调节系统的建模与非线性动力分析

为深入探究混流式水轮机调节系统的非线性本质,在发电机组额定工况运行时有小波动的情况下,考虑水轮机及发电机的非线性特性,建立了一个新的水轮机调节系统非线性数学模型.在此基础上通过分岔图、时域图、相轨迹图及Poincare图分析了水轮机调节系统在压力管道流量变化、电网频率扰动以及负荷变化3种情况下的复杂非线性动力学特性.通过数值模拟得到了系统在稳定、临界及失稳情况时调节器的参数范围,并且得出当参数远离分岔点时有利于水轮机调节系统的收敛与稳定,为保证系统安全稳定地运行提供了理论依据.     

I2控制Buck变换器的一阶动力学分析

通过降阶处理,建立了I2控制Buck变换器的一阶离散映射迭代模型,研究了该模型的非线性动力学行为。通过分析检测电阻R_s和误差放大器比例系数k₁为变量参数的分岔图,研究了系统从稳定周期1进入倍周分岔,从连续导电模式(CCM)鲁棒混沌进入断续导电模式(DCM)阵发混沌的动力学形为。通过R_s-V_o和k₁-V_o参数空间分析和离散迭代映射空间分析,得到了稳定性和工作模式的变化情况,验证了理论分析的正确性。     

基于FPGA的Buck变换器的研究与设计

与传统的模拟控制相比,提出了一种基于BuckDC—DC变换器的电流滞环数字控制方法,通过数控芯片计算、处理采样得到的瞬时电压、电流值,将电感电流稳定在一定的滞环范围内,达到稳定输出电压的效果。分析了负载突变时电路的动态响应,给出了主电路器件参数的选择和设计方法,并制作了一台以FPGA芯片为控制核心的智能数控开关电源,验证了控制方法的可行性和理论分析的正确性。     

Analysis of Discharge Spark Energy in Buck Converter of a Continuous Mode of Inductive Current

The basic idea of intrinsically safe circuit and the discharge spark in the Buck converter in the explosive atmospheres were introduced. The Buck converter is the main topological structure of the switch type of intrinsically safe circuit, which has two working modes： continuous inductive current （CCM -- continuous conduction mode） and discrete inductance current （DCM -- discontinuous conduction mode）. The operating state of the continuous inductive current mode is analyzed in detail and the energy of discharge spark in various operating modes is discussed. The total energy will decrease with the increase of switch frequency, in a switching cycle; the discharge spark energy has a maximum and a minimum value. Therefore, the Buck converter has smaller discharge spark energy than the linear power circuit and the switch type of intrinsically safe circuit can enhance the output power and the conversion efficiency of the intrinsically safe power.     

Resonance and Bifurcation of Fractional Nonlinear Systems with Power Damping Term for Robot Grinding

A fractional nonlinear system with power damping term is introduced to study the forced vibration system in order to solve the resonance and bifurcation problems between grinding wheel and steel bar during robot grinding. The robot, grinding wheel and steel bar are reduced to a spring-damping second-order system model. The implicit function equations of vibration amplitude of the dynamic system with coulomb friction damping, linear damping, square damping and cubic damping are obtained by average method. The stability of the system is analyzed and explained, and the stability condition of the system is proposed. Then, the amplitude-frequency characteristic curves of the system under different fractional differential orders, nonlinear stiffness parameters, fractional differential term coefficients and external excitation amplitude are analyzed. It is shown that the fractional differential term in the dynamic system is the damping characteristic. Then the influence of four kinds of damping on the vibration amplitude of the system under the same parameter is investigated and it is proved that the cubic damping suppresses the vibration of the system to the maximum extent. Finally, based on the idea that the equilibrium point of the system is the constant part of the Fourier series expansion term, the bifurcation behavior caused by the change of damping parameters in linear damping, square damping and cubic damping systems with different values of fractional differential order is investigated.     

单片DC/DC变换器的分析与设计

在0.35 μm硅衬底CMOS工艺条件下,分析了集成平面电感器的单片DC/DC变换器的功率损耗,折中考虑了设计中的难点以及各种影响因素。优化了变换器的转换效率,确定其开关频率为100 MHz;考虑片上集成平面电感器的单位面积电感值与品质因数的大小也是决定DC/DC变换器性能的关键因素,该文给出了双层平面螺旋电感器的物理设计与几何参数优化,获得了双层平面螺旋电感。模拟结果表明该变换器工作稳定,转换效率可以达到62%。     

一类具有隔离项的时滞分数阶SIQ传染病模型的稳定性分析

摘要:为了探讨引入时滞对分数阶模型稳定性的影响,建立了一类具有隔离项的时滞分数阶SIQ传染病模型.首先,计算了模型的特征矩阵和特征方程,求出了模型的基本再生数和平衡点; 其次,在无时滞和有时滞两种情况下给出了具有隔离项的分数阶SIQ传染病模型存在无病平衡点稳定的充分条件; 最后,利用分岔理论对模型出现的Hopf分岔行为进行了分析,结果表明模型的动力学特性与引入时滞的阈值大小密切相关.     

多路Buck变换器并联均流技术的特性分析

为提高并联DC/DC变换器的稳定性,研究了多路Buck变换器并联均流的动态响应.首先,搭建了一个单个Buck变换器的双闭环控制系统,并通过负载扰动验证了该系统具有抗干扰性能.其次,利用状态空间平均法推导出了主从均流控制下的并联Buck变换器模型,并通过Simulink仿真验证了两路、三路并联Buck变换器系统均流效果的稳定性.最后,利用仿真实验显示基于主从均流法的多路Buck变换器不仅可以实现低压大电流的供电,而且还可以实现电流在各模块中自动均衡.因此,本文研究验证了主从均流控制对多路并联Buck变换器的可行性.     

新型空调电动机系统功率因数校正电路的设计分析

变频空调系统需要调节压缩机转速,使制冷量连续变化,适应空调负荷的需要.为了满足输入电流谐波分量电磁兼容标准和进一步改进现有变频空调系统效率,需要研究一种宽输出电压变化的功率因数校正(PFC)电路.本文在分析比较主要开关变换器的基础上,提出采取低电压应力的Buck+Boost为主电路拓扑.本文进行宽输出电压变化PFC电路控制策略的分析比较,采用了先进的单周期非线性控制策略.新的空调电动机系统中,电动机输入电压的变化可以从PWM逆变器中转移到功率因数校正电路,即PFC的输出电压可以在宽的范围内变化,后级只需要简单的脉冲幅度调制PAM逆变器,其工作在低频范围,[频率可以根据负载变化],PAM 逆变器占空比可以保持恒定,因此逆变器的电路和控制大大简化,同时实现逆变电路简单的控制.如此,可以减少整机成本并提高效率.同时,由于后级逆变器可以工作在低频频率,开关损耗和开关噪音可以进一步减少.计算机仿真和实验结果验证理论预期.     

电路参数变化引起的DC-DC变换器混沌现象的仿真研究

以工作在电感电流连续模式下的PWM型降压式DC DC变换器为研究对象,对其在不同电路参数下的工作行为及其输出特性进行了深入研究。以滤波电容作为变化参数,通过分叉图上的一系列倍周期分叉及u i相空间图上的一系列周期轨道,揭示了DC DC变换器由稳态到混沌态的变化规律。从而证明了电路元件参数的变化可导致DC DC变换器出现混沌行为。并在时域和频域上分别对DC DC变换器从稳态到混沌态的输出电压特性进行了分析,总结了变换器的输出谐波电压从周期1至混沌态在频域上的变化规律,为今后DC DC变换器的优化设计提供了理论依据。     

Buck变换器的数字电流滞环控制策略的改进

基于已有的数字电流滞环控制的Buck DC-DC变换器控制策略和实验结果,分析了造成负载突变时出现动态响应时间长及输出电压无法恢复到期望值的原因,提出了一种改进的控制策略。该控制策略在沿用已有的控制策略的基础上,增加了对负载突变过程的检测,如果发生负载突变情形,自动切换到新的控制策略。针对负载突增和突减,分别建立突变过程的数学模型,设计相应的控制策略,给出硬件测试结果。实验结果表明,该控制策略在稳态控制和动态过程控制中都是正确可行的,在保证稳态时输出电压精度的基础上,明显改善了变换器的动态特性。     

分数阶Chen混沌系统的复合结构分析

首先依照分数阶非线性系统出现混沌的必要条件,分析了分数阶Chen系统出现混沌现象的阶次范围;之后,基于分数阶微积分的预估-校正算法,对该类系统进行了动力学行为的数值仿真研究。进一步,通过引入了一个常数控制器,数值地讨论了分数阶Chen系统混沌吸引子的特殊复合结构,研究发现：导致该复合结构出现的常量控制器幅值大小与受控系统的倍周期分岔点密切相关,具体表现为：系统阶次参数越高,导致受控分数阶Chen系统的倍周期分岔点出现的常数控制器的幅值绝对值越大,这一结果对于了解分数阶Chen混沌系统的吸引子复合结构无疑具有一定参考意义。     

含功率扰动的3节点电力系统7阶模型混沌振荡分析

混沌振荡时电力系统的固有现象对整个互联电网具有极大危害. 基于3节点电力系统推导其7阶数学模型,利用分岔图、相图分析了3节点电力系统的动力学特性,研究了系统参数变化对系统运行状态的影响. 随后,引入电磁功率和负载功率扰动项,使得系统模型更接近实际情况,研究系统在扰动幅值和扰动频率影响下的动力学行为变化过程,并分别给出了对应的分岔图和特定参数下的系统相图. 实验表明,当扰动项的幅值与频率处于特定范围内时,系统能够从混沌运动状态切换至周期运动状态.     

降压型DC/DC(Buck)变换器性能的仿真研究

为了解决降压型DC/DC变换器的器件选择及参数的最优化设计问题,基于Buck变换器建立了一种数学模型,然后利用PSpice软件对其进行了仿真,并根据仿真结果研究了电路的暂、稳态过程及性能。结果表明:暂态阶段电流和功率较大,稳态输出电压的大小受到电路电感元件和负载阻抗等器件参数的控制。     

Firing properties and synchronization rate in fractional-order Hindmarsh-Rose model neurons

We find that the fractional-order Hindmarsh-Rose model neuron demonstrates various types of firing behavior as a function of the fractional order in this study.There exists a clear difference in the bifurcation diagram between the fractional-order Hindmarsh-Rose model and the corresponding integer-order model even though the neuron undergoes a Hopf bifurcation to oscillation and then starts a period-doubling cascade to chaos with the decrease of the externally applied current.Interestingly,the discharge frequency of the fractional-order Hindmarsh-Rose model neuron is greater than that of the integer-order counterpart irrespective of whether the neuron exhibits periodic or chaotic firing.Then we demonstrate that the firing behavior of the fractional-order Hindmarsh-Rose model neuron has a higher complexity than that of the integer-order counterpart.Also,the synchronization phenomenon is investigated in the network of two electrically coupled fractional-order model neurons.We show that the synchronization rate increases as the fractional order decreases.     

考虑非线性动力效应的精密机床主轴回转精度模拟

研究了在转速改变情况下,机床主轴系统回转精度的非线性、非平稳特性,并以此模拟了机床主轴系统中非线性动力效应对其主轴回转精度的影响,且建立了一种主轴动态回转几何精度与非线性动力学效应的作用范式.以机床主轴系统的转速参数变化非线性动力学特性的分岔参数,模拟了主轴回转系统轴心轨迹图、相图、分岔图、庞加莱图等.通过建立考虑主轴支承系统非线性影响因素的动力学方程,分析了主轴系统转速变化对系统动态特性的影响.仿真结果表明,随着转速增加,系统出现2个混沌响应区域,进入混沌的主要途径是倍周期分岔.从理论上证明了通过选择合理的主轴工作转速,可提高机床主轴回转系统的运行稳定性.     

一种高效DC-AC功率转换系统设计与仿真

为了减少DC-AC转换系统中转化器和逆变器开关损耗,设计了一种高效的、由双端降压转换器以及H桥逆变器组成的DC-AC功率转换系统.分别设计了降压转换器控制器以及逆变器控制器来控制双端降压转换器和H桥逆变器,通过双向降压转换器产生逆变器的混合输入电压,并在H桥逆变器添加简单的LC滤波电路,使得逆变器输出电压谐波失真被限制在0.2%以内,满足IEEE 519标准.结果表明,所提出的两级PEI的总开关损耗不足一级PEI的一半.此外,在负载阻抗和输出功率发生变化的情况下,也可以保证稳定的电压与电流控制性能.     

移相全桥零电压变换器的建模与控制

在Buck变换器小信号模型的基础上,建立了移相全桥零电压变换器的小信号模型.分析了控制环路的幅频特性和相频特性,设计了移相全桥零电压变换器控制环路的补偿网络,从而提高了系统的瞬态响应及稳定性.通过仿真验证了小信号模型的正确性和补偿网络设计的合理性.