基于Superbuck变换器的双闭环控制策略

基于Superbuck变换器的新型航天器用电源系统蓄电池恒流充电控制系统,应用状态空间平均法建立了Superbuck变换器恒流充电时的动态小信号模型,为适应航天器多频率扰动负载条件下,电源系统蓄电池恒流稳定充电,提出了一种新型双电流环控制策略,设计了双电流环,最后搭建了实验样机。实验证明系统具有良好的瞬态响应速度和抑制输入扰动的优点,证明了模型的正确性和控制策略的有效性。     

几何参数法在小型风力发电系统中的应用

为实现较大风速变化范围内的功率控制,提出了将Buck变换器应用于小型风力发电系统的结构。采用几何参数法(K-G法)设计了Buck变换器的电感,并基于PWM开关模型建立了Buck变换器的小信号交流模型。在Matlab环境下分别建立了Buck变换器的电路仿真模型和传递函数的仿真模型,并利用该模型构建了以蓄电池和电阻为负载的风力发电系统模型。对Buck变换器的实验研究和对蓄电池充电的仿真研究结果表明,Buck变换器能满足风力发电系统功率控制的要求。     

基于状态空间平均模型的电压控制SIDO Buck变换器稳定性分析

分析电压控制SIDO Buck变换器工作于电感电流连续导电模式的工作原理,采用状态空间平均方法,建立了其状态空间平均模型,并获得系统输入–输出传递函数框图和雅克比矩阵。基于系统输入–输出传递函数框图和雅克比矩阵,分别采用奈奎斯特(Nyquist)稳定判据和劳斯–赫尔维茨(Routh-Hurwitz)稳定判据,分析了控制参数变化时电压控制SIDO Buck变换器的稳定性及稳定边界;并研究了输出电容参数对控制参数的影响。研究结果表明,电压控制参数具有稳定上界或下界,且输出电容的取值影响控制参数的稳定范围。最后,建立了电压控制SIDO Buck变换器的仿真和实验电路,时域仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

一种新型Buck变换器

针对传统Buck变换器输入电流断续、降压能力弱的缺点,提出一种降压能力强、输入电流连续的新型Buck变换器,详细分析了该变换器在连续工作模式和断续工作模式下的工作原理,采用状态空间平均法,建立了变换器动态小信号模型,并结合根轨迹分布图和伯德图分析其稳定性。最后,基于Matlab／Simulink仿真软件完成了该变换器的电路仿真分析,实验结果证明了该变换器理论分析的正确性。     

分数阶Buck变换器的最优pIλDμ控制

利用分数阶微积分理论建立Buck变换器的分数阶数学模型和分数阶状态平均模型,研究分数阶Buck变换器的电感分数阶次α、电容分数阶次β对其频域特性的影响。基于Buck变换器的分数阶模型,提出分数阶PI_λD_μ控制方法,构建基于电压型控制的分数阶Buck变换器反馈控制系统,利用遗传算法对分数阶PI_λD_μ控制器参数进行优化整定以获取系统最优控制性能,仿真实验结果表明系统在输入电压扰动、负载扰动下均获得良好的动态、稳态性能,对反馈控制系统参考电压扰动有良好的跟随性能,该方法可以改善分数阶Buck变换器系统的综合控制性能,提高系统的控制鲁棒性。     

一种新型Buck变换器

针对传统Buck变换器输入电流断续、降压能力弱的缺点,提出一种降压能力强、输入电流连续的新型Buck变换器,详细分析了该变换器在连续工作模式和断续工作模式下的工作原理,采用状态空间平均法,建立了变换器动态小信号模型,并结合根轨迹分布图和伯德图分析其稳定性。最后,基于Matlab/Simulink仿真软件完成了该变换器的电路仿真分析,实验结果证明了该变换器理论分析的正确性。     

半主动混合储能双向直流变换器的精确建模

为了优化设计双向直流变换器（BDC）的控制系统,对双向直流变换器进行了精确建模。选用带有输入和输出滤波电路的半桥式Buck/Boost变换器作为建模对象,分析了变换器的工作原理,采用状态空间平均法分别建立了大信号模型和小信号模型,并理论推导了各个扰动电量到输出电压扰动的传递函数。最后在Simulink下建立了半主动混合储能系统,验证了建模的正确性。     

多电平Buck变换器的解耦控制与闭环设计

多电平直流变换器利用飞跨电容使得输入电压在串连的各开关管之间均分，以降低开关管的电压应力。但该变换器是一个多输入多输出，强耦合的非线性系统。该文建立了多电平Buck变换器的小信号模型，并采用一种新提出的控制方法将该变换器解耦成多个单输入单输出系统，然后进行控制闭环的设计。论文采用三电平Buck变换器进行了实验验证。实验结果表明，所建立的小信号模型是正确的，基于该模型设计的补偿网络可以使变换器具有较快的动态响应。实验结果也表明输出电压闭环和飞跨电容电压闭环是相互解耦的。     

多电平直流变换器的解耦控制与闭环设计

多电平直流变换器利用飞跨电容使得输入电压在串连的各开关管之间均分,以降低开关管的电压应力。但该变换器是一个多输入多输出,强耦合的非线性系统。本文建立了多电平Buck变换器的小信号模型,并利用文献[7]提出的控制方法将该变换器解耦成多个单输入单输出系统,然后进行控制闭环的设计。论文采用三电平Buck变换器进行了实验验证。实验结果表明,本文所建立的小信号模型是正确的,基于该模型设计的补偿网络可以使变换器具有较快的动态响应。实验结果也表明输出电压闭环和飞跨电容电压闭环是相互解耦的。     

基于电压前馈的DC/DC变换器双闭环控制策略

提出了基于非隔离型Weinberg变换器的航天器用电源控制器(PCU)中蓄电池放电调节器(BDR)的控制系统,应用状态空间平均法建立了Weinberg变换器动态小信号模型。为实现蓄电池整个工作范围内系统的稳定,提出了基于输入电压前馈的非隔离型Weinberg变换器的双闭环控制策略,设计了电流内环、电压外环,最后搭建了实验样机,实验证明系统具有良好的瞬态响应速度和整个输入电压范围的恒定带宽的优点,证明了模型的正确性和控制策略的有效性。     

基于Cuk变换器的光伏脉冲充电系统

分析了Buck变换器和Boost变换器在离网型光伏发电系统最大功率点跟踪(MPPT)电路中的缺点,提出了一种基于Cuk变换器的蓄电池组脉冲充电电路,并分析了该电路的工作原理,整个系统采用PIC单片机进行控制.实验结果表明,该控制电路实现了对蓄电池的脉冲充电,与Buck变换器、Boost变换器相比,大大提高了整个系统的工...     

太阳能与市电互补系统的Matlab仿真研究

在具有多个新能源输入的联合供电系统中,一个多输入直流变换器(MIC)就可以实现传统的多个单输入直流变换器的功能,并且达到简化系统结构、降低系统成本的目的。MIC通常需要进行能量管理以实现可再生能源的优先利用。首先将多输入直流变换器系统和单输入直流变换器系统进行了比较,然后以双输入Buck变换器为例,分析了双输入Buck变换器工作原理。为了验证双输入Buck变换器工作原理的正确性,在Matlab中搭建了基于太阳能与市电互补的双输入Buck变换器仿真模型,对系统进行了仿真分析。仿真结果验证了双输入Buck变换器工作原理和能量管理策略的正确性。     

光伏发电系统中超级电容器充电策略

利用超级电容器改进型RC模型对不同充电方法下超级电容器的充电效率进行了分析。提出了基于Boost级联Buck变换器(Bo CBB)的光伏电池对超级电容器充电系统,前级Boost变换器与光伏发电系统连接,使用改进型扰动观察法进行光伏电池的最大功率点跟踪控制,后级Buck变换器使用分段式充电策略对超级电容器进行充电。基于该电路,提出了完整的超级电容器充电系统控制方法。提出了使用等效电流源分别对Bo CBB的前后级电路进行建模的方法,基于该方法进行了充电系统主电路的建模以及电流环控制器设计。最后对不同光照情况下的光伏电池对超级电容器充电效率进行了仿真分析,并搭建了实验平台,通过2组对比实验,验证所提出的充电策略能够有效提高光伏电池对超级电容器的充电效率。     

制动能量回收过程中电流冲击波动抑制研究

针对Buck电路进行制动能量回收时低压侧启动冲击电流过大问题,以及超级电容从恒流充电模式向恒压充电模式过渡时低压侧电流波动问题,在此基于超级电容制动能量回收系统,建立Buck电路小信号模型,设计电流纹波抑制补偿Buck电路控制器。最后搭建1 kW制动能量回收样机进行实验。实验结果表明,控制系统能实现对能量回收系统中Buck电路启动时冲击电流的有效抑制,同时也实现了恒流恒压两种充电模式的平稳过渡。     

氢光联合供电系统的能量管理

将光伏发电和燃料电池发电结合起来,提出了一种基于双输入Buck变换器的氢光联合供电系统,它是由太阳能电池、燃料电池和双输入Buck变换器组成。基于双输入Buck变换器提出了一种氢光联合供电系统的能量管理控制策略,尽可能多地利用了太阳能电池的输出功率。在Saber仿真软件中搭建了一个氢光联合供电系统的仿真模型,对系统进行仿真分析,并在实验室完成了一台原理样机进行实验验证,仿真结果和实验结果均验证了双输入Buck变换器的工作原理和能量管理策略的有效性。     

一种新型的单级三相Buck-Boost功率因数校正整流电路研究

研究了一种新型的三相单级Buck—BoostPFC变换器,用一个PWM信号同时控制4个开关管的通断状态,实现升／降压调压;基于交流侧的LC滤波实现了功率因数校正,并解决了传统的Buck—Boost变换器体积过大和输出电压反向的问题。介绍了变换器的工作原理并分析了稳态时的工作状况、输入电流谐波状况;设计了电压闭环控制系统;利用MATLAB／Simulink建立仿真模型,仿真结果验证了变换器的性能。     

磁集成Buck变换器在超级电容充电系统中的建模

同步整流Buck变换器广泛应用于低压充电场合,变换器中采用的交错并联磁集成技术能够有效地减小电感电流纹波,增加变换功率,提高变换器的工作可靠性,同时提高系统的动态响应速度。在超级电容充电阶段,采用状态空间平均法,推导了三相交错并联磁集成同步整流Buck变换器在电流连续模式(CCM)下的大信号和小信号模型,得到了系统开环传递函数。利用Matlab仿真软件得到整个系统开环幅频和相频特性曲线,并以此为依据优化设计控制器的补偿网络以提高系统的稳定性和瞬态响应速度,最后通过仿真和实验进行了验证。     

多胞LPV模型的Buck变换器鲁棒增益调度控制

针对输入电压和输出负载发生变化会影响Buck变换器动态特性的问题,建立了Buck变换器多胞线性变参数(linear parameter-varying,LPV)模型,同时引入多胞优化技术,基于线性矩阵不等式(LMI)最优化的方法,利用状态反馈将闭环系统的极点配置到满足动态响应要求的特定区域,设计了一种基于多胞线性变参数模型的Buck变换器鲁棒变增益控制器。仿真结果表明,无论是在负载电阻突变或者输入电压突变的情况下,还是存在负载扰动电流的情况下,所设计的鲁棒变增益控制器都能够使Buck变换器保持稳定的电压输出和良好的动态特性。     

采用平均法的含输入滤波器电压型Buck变换器稳定性分析

输入滤波器与DC-DC变换器之间的相互作用是分布式电源系统中的一个常见问题。基于平均模型,研究含有2阶输入滤波器和电压型Buck变换器的级联系统稳定性问题。结果表明,输入滤波器对后级Buck变换器稳定性具有双重效果,即根据阻尼电阻Rf的不同,可以扩大或减小独立运行的Buck变换器稳定运行的参数范围。当PI控制器的参数选择在扩大了的稳定性参数范围内, 阻尼电阻Rf的极端增大或减小都会引起系统的低频振荡。这种情况下,现有的阻尼电阻设计标准将不再适用。电路实验验证了理论分析的结果。     

电流-单周控制Buck变换器设计

针对传统单周控制Buck变换器存在的抗负载扰动能力差、存在稳态误差等问题,提出一种电流-单周控制策略。通过将电感电流和二极管电压叠加作为积分输入,有效增强了变换器的抑制负载扰动能力,且有很高的输出精度。详细阐述了电流-单周控制Buck变换器的工作原理,用状态空间平均方法建立了电流-单周控制Buck变换器的小信号模型,在此基础上对电流-单周控制Buck变换器进行了频域设计。最后,对所设计的Buck变换器进行了实验验证,结果表明,电流-单周控制Buck变换器在负载发生跳变时具有极低的电压超调和跌落.输出纹波约50mV.证明了该控制方法的正确性、有效性。