双向全桥DC-DC变换器的负载电流前馈控制方法

动态特性是变换器以及能源系统的一个重要的指标。为提高双向全桥(dual active bridge,DAB)DC-DC变换器对负载突变的动态响应速度,该文以单相移控制为例,基于直接功率控制思想,提出一种负载电流前馈控制方法,并对该方法进行了详细的分析。该方法不需要电感等电路参数参与控制,这增加了控制方法的兼容性和可移植性。最后,硬件在环实验平台和基于TMS320F28335的实物实验平台上,对所提出的电流前馈控制方法和传统单相移控制算法进行对比验证。实验结果表明:该电流前馈控制方法在负载突变时,能获得快速的动态响应,输出电压基本保持不变,且对电感参数无依赖性。     

双管Buck-Boost变换器的带输入电压前馈双闭环控制策略

针对宽范围输入的双管Buck-Boost变换器,在Buck和Boost两模式之间进行切换和输入电压发生波动时,电感电流和输出电压存在较大波动的问题,提出了带输入电压前馈的两模式平均电流控制策略。该策略通过将具有电压电流双闭环结构的平均电流控制与单载波-双调制的调制方法相结合,来提高变换器的动态响应性能,实现变换器两模式的自动近似平滑切换,同时对电感电流进行有效控制,保护设备安全。为了克服传统双闭环前馈函数实现和化简困难的缺点,提出将输入电压前馈引入电流内环从而大幅提高了变换器的输入动态响应性能。最后建立了MATLAB/Simulink仿真模型和硬件试验平台,验证了所提控制方法的有效性。     

基于输入电压前馈的双向有源桥DC-DC变换器虚拟功率控制方法

针对电力电子变压器前级单相脉冲整流器直流侧电压含有二倍电网频率脉动的现象,该文以电力电子变压器中的双向有源桥式DC-DC变换器为研究对象,研究在输入电压脉动情况下变换器输入与输出之间的关系。首先通过变换器的小信号模型,分别针对输出电压开环和闭环控制情况,揭示输入电压脉动情况下输入与输出电压之间的定量关系。为了抑制输出电压脉动,提出一种基于的输入电压前馈的虚拟功率控制方法,并且选取虚拟功率控制方法和输入电压前馈的PI闭环控制与之对比。在基于TMS320F28335控制器的实物实验平台上,对理论分析和抑制算法进行实验验证。实验结果表明:在输入电压脉动情况下,输入与输出电压之间的定量关系描述正确,并且传统电压闭环对输出脉动的影响很小,与虚拟功率控制方法和输入电压前馈的PI闭环控制相比,所提出的输入电压前馈的虚拟功率控制方法能更加有效地抑制输出电压脉动,并且在输入电压突变和负载突变时也具有最优的动态性能。     

基于扩展相移的双有源全桥DC-DC变换器多目标优化控制方法

文中以双有源全桥DC-DC变换器为研究对象,为了同时提高变换器的效率和动态性能,提出一种基于扩展相移的优化功率控制方法。通过全面分析变换器在扩展相移下的相移量关系以获取电流应力的全局最优解来进一步提高变换器效率。同时,通过引入虚拟电压分量对变换器的传输功率进行在线估算以提高其对于负载突变及输入电压突变时的响应能力。此外,该方法不需要储能电感等电路参数参与控制,增加了控制系统的兼容性和可移植性。最后,对所提出的扩展相移优化功率控制方法、双重相移的电流应力优化及传统扩展相移的电流应力优化算法进行对比实验验证。实验结果表明:该方法可以进一步地减小电流应力,提高变换器的效率,同时可显著地提高变换器对于输入电压突变和负载突变时的动态特性。     

两级式单相逆变器二次纹波电流的抑制与动态特性的改善

两级式单相逆变器的瞬时输出功率以两倍输出频率脉动,使得前级DC-DC变换器和输入源产生二次纹波电流。前级DC-DC变换器采用电压电流双闭环控制能有效抑制二次纹波电流,但要求电压外环的截止频率很低,这将导致负载跳变时系统动态特性较差。从阻抗的角度出发,分析电感电流内环抑制前级DC-DC变换器和输入源中二次纹波电流的机理;提出在前级DC-DC变换器中引入含有两倍输出电压频率陷波器的负载电流前馈,该方法可在不增大二次纹波电流的情况下,显著改善负载跳变时的动态特性;最后,通过实验结果证明所提出的控制策略的有效性。     

数字电流滞环控制的Buck-Boost DC/DC变换器

基于Buck-Boost DC/DC变换器,提出了一种数字电流滞环控制方法,根据输入输出电压、输出电流的采样信息及输出电压偏差反馈增益,计算出所需平均电感电流,并将电流控制在该平均电感电流的一个滞环宽度内.详细分析了负载突变和启动过程中输出电压的动态响应,给出了参数选择及设计过程,经实验验证了输入电压及负载对输出电压的影响,结果证明了该控制方法的可行性和理论分析的正确性.     

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。     

级联型能源路由器的复合控制方法

以能源互联网的最核心环节—能源路由器为研究背景,将前端级联H桥和双有源全桥(DAB)级分别进行独立控制时,将DAB级等效为输入独立输出并联拓扑进行研究.为提高其输出端负载情况突变及输入电压突变时输出电压的动态性能,借鉴直接功率思想,结合闭环控制和前馈控制,以H桥内的超前桥臂与滞后桥臂之间的移相角为控制变量,提出了一种复合控制策略.通过实验将所提复合控制与传统电压闭环控制进行性能对比验证.实验表明:该控制方法极大提升了变换器的动态性能,其控制实现也相对简单且对电路参数依赖性较小,有较好的兼容性和可移植性,在其他类型变换器动态响应研究中有借鉴的潜力.     

Buck-Boost变换器非线性电流控制研究

基于输入输出线性化,提出一种新型Buck-Boost变换器非线性电流控制方法。通过研究系统的内动态稳定性,指出采用电压模式控制时,其内动态不稳定;采用电流模式控制时,其内动态稳定,可通过直接控制电感电流来间接控制输出电压。因此,采用输入输出线性化非线性控制方法推导出新的电流控制律,仿真及实验结果表明,该方法能保证电感电流有效精确地跟踪给定值,输出电压无稳态误差,控制系统动稳态性能良好且对系统参数扰动具有较强的鲁棒性。     

BUCK-BOOST变换器的无源性电流控制方法

为了简化系统控制结构,提高Buck-Boost变换器的控制性能,本文提出了一种通过直接控制电感电流间接控制输出电压的Buck-Boost变换器无源性电流控制方法。首先根据无源性控制方法建立了系统的欧拉-拉格朗日能量模型,然后基于无源性理论和Layapunov稳定性理论,推导出了系统的无源性控制规律。实验结果表明,系统输出电压稳定,鲁棒性较强,动态响应良好。     

电流跟踪数字控制的Buck DC-DC变换器

为了改善Buck DC-DC变换器的性能,提出了一种基于微处理器的电流跟踪数字控制方法,根据输出电流和输出电压的采样信息,计算出所需要的输出电流,并将电感电流控制在该输出电流的一个滞环宽度之内。详细分析了负载突变和启动过程中输出电压的动态响应,给出了参数选择和设计考虑。以一个电流跟踪控制的Buck DC-DC变换器为例说明了所提出的方法并进行了实验研究,实验结果表明了电流跟踪控制的可行性和理论分析的正确性。     

基于扰动观测器的电压源型逆变器负载电流前馈控制及参数设计方法

为解决采用传统电压电流双环控制的电压源型逆变器在负载投切时输出电压波动的问题,提出一种基于扰动观测器的负载电流前馈控制方法。将负载电流视为系统扰动,经扰动观测器观测后前馈至电压外环补偿器的输出端,从而抑制负载电流对输出电压的影响。在不需要增设额外电流传感器、信号传输与处理电路的情况下实现对负载电流的快速跟踪,进而提升系统的动态性能以及减小逆变器输出电压的稳态误差。基于控制系统快速响应能力和稳定性的要求,给出具备普适性和可移植性的控制参数设计方法。分析表明,与传统双环控制相比,该文提出的负载电流前馈控制方法对参数摄动的灵敏度更低,系统的鲁棒性更强。仿真和实验验证了所提控制策略及参数设计方法的可行性和有效性。     

基于数字双环控制的功率因数校正控制算法

提出一种基于数字控制的新型功率因数校正(PFC)控制算法。电流环采用改进的占空比控制,考虑数字控制特点加入电流项和电压项校正因子,并给出了电压项校正因子自适应算法;电压环采用具有前馈补偿的线性化比例—积分算法,引入输出电压滑动平均滤波法消除电压环对电流环的恶化影响以提升系统动态响应性能。文中以Boost电路PFC变换器为例阐明了算法的基本原理,搭建了基于数字信号处理器数字控制的千瓦级Boost电路PFC变换器硬件系统实验平台。仿真和实验均验证了算法可在宽输入电压、宽输出功率工作条件下实现接近单位功率因数的控制效果,输入电流总谐波失真低于5%,并且具有良好的快速动态响应性能。     

Boost型DC-DC变换器无源控制研究

首先建立了Boost型DC-DC变换器平均数学模型和EL(Euler-Lagrange,EL)模型,基于变换器的无源性和EL模型,利用阻尼注入方法设计了无源控制器。由于无源控制器对变换器的输出电压控制为间接控制,可产生输出电压稳态误差;对此,提出利用输出电压与期望输出电压差对期望输入电流调整,以抑制输出电压稳态误差。具有期望输入电流调整的无源控制器,可使Boost型DC-DC变换器具有良好的动态与稳态性能。计算机仿真结果表明,本文的Boost型DC-DC变换器无源控制策略是可行的。     

一种基于输入/输出反馈线性化的Boost型DC/DC变换器非线性控制方案

针对Boost型DC/DC变换器以电容电压作为输出时存在非线性和不稳定的零动态,从而导致系统带宽较窄、动态响应缓慢等问题,基于输入/输出反馈线性化提出一种新的非线性控制方案。这一控制方案采用以非线性控制的电感电流作为内环、具有PI控制的电容电压作为外环的串级结构。该方案既可以很好地解决以电容电压作为输出进行直接控制时所存在的不稳定零动态问题,又克服了单纯采用电感电流作为输出间接控制电容电压时易受电源波动和负载变化影响的不足。对自制的样机进行实验研究,结果表明,与传统的PI控制方案相比,该方案可以明显改善Boost型DC/DC变换器的诸如输出电压调节范围、稳态静差、动态调整时间等动、静态性能。     

具有强抑制干扰能力的BOOST变换器控制策略研究

作为定值控制系统的BOOST变换器,系统的抗干扰性尤为重要。为了提高BOOST系统抗干扰能力,本文通过对BOOST变换器小信号模型的详细分析,结合有输入电压前馈和无前馈情况下,采用电压模式控制时系统的特性,提出了一种前馈—电压模式的控制方法,能快速抑制输入电压和输出电流扰动,尤其能将输入电压的干扰近似完全消除;通过对双极点—双零点控制器的详细分析,提出了快速合理的设计boost变换器在新控制策略下控制器参数的方法。最后通过仿真验证了该控制策略抑制干扰的优越性和控制器参数设计方法的合理性。这种控制方法的思想同样适用于其它DC-DC变换器。     

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。     

Boost变换器非线性电流控制方法

基于输入输出线性化,提出一种新型Boost变换器非线性电流控制及其改进方法。通过研究该系统的内动态稳定性,指出对于电流控制(current control method,CCM) Boost变换器,当采用电压模式控制时,其内动态不稳定;当采用电流模式控制时,其内动态稳定,可通过直接控制电感电流间接控制输出电压。因此,采用输入输出线性化非线性控制方法,推导出新的电流控制律。实验结果表明,该方法能够保证电感电流有效精确的跟踪给定值,但输出电压存在稳态误差,需对所给控制方案进行修正。进而考虑实际电路附属参数的影响,推导出了修正后的控制律,实验验证了修正方案的正确性,改进后控制系统动稳态性能良好。     

Buck变换器的全扰动观测补偿策略

无人驾驶船舶的服务器供电变换器在重载下容易引起输入滤波器谐振.分析了Buck变换器动态能量回馈引起谐振的作用机理,提出了一种基于全扰动观测补偿的电压振荡抑制策略.根据Buck变换器的输出电压、电感电流和占空比计算输入电压和负载电流的扰动量,并通过带通滤波器前馈到电流环中,改变Buck变换器在谐振频率附近的输入输出阻抗....     

双有源全桥DC-DC变换器的电流应力优化控制

针对双有源全桥DC-DC变换器的电流应力大、动态性能差问题,在三重移相控制的基础上,结合电流应力优化方案,提出了一种模型预测及负载电流前馈控制的方法.首先,通过电流应力优化方案对传输功率进行分区,并引入负载电流前馈控制优化内移相角;其次,通过变换器输出电压预测模型优化外移相角,使电流应力减小,提高变换器应对输入电压及负...