DC/DC变换器基于状态反馈精确线性化的Backstepping控制器设计

DC／DC开关变换器是一类典型的开关非线性系统。本文首先建立CCM（电流连续型）Buck变换器的仿射非线性模型,基于非线性系统的微分几何理论,通过非线性坐标变换和状态反馈,得到Buck变换器的精确反馈线性化模型。在此基础上应用线性系统Backstepping（反向递推）设计方法构造Lyapunov函数和镇定控制器,从而实现了对电感电流和电容电压的有效控制。仿真结果表明,该方法设计的控制器对输入电压扰动和负载扰动具有良好的鲁棒性,且控制器简单易实现。     

高性能模糊PID控制DC/DC变换器

针对DC/DC变换器这种强非线性系统,提出了一种模糊PID控制器,它基于优化的PID控制器,通过模糊控制对PID控制器进行增益调节.现以TMS320F240 DSP为核心控制器件,以Buck变换器为实验平台,设计了系统硬件电路.计算机仿真和实验结果证明,该控制策略有很好的控制性能,且算法实现比较简单,同时控制模块的设计简单,可靠性高,是一种较实用、易实现的控制算法.     

燃料电池EIS检测中DC/DC的自适应无源控制

通过对DC/DC变换器输出纹波进行调试,将纹波电流引入燃料电池并进行分析,得到燃料电池电化学阻抗谱(EIS),但这种方法对DC/DC控制器的快速性和稳定性提出了很高的要求。提出了一种稳定性高、抗扰动能力强的自适应无源控制策略,首先建立Boost电路模型,通过推导出对应的欧拉-拉格朗日方程,并证明该DC/DC变换器的无源性;定义电路模型的能量函数,设计无源控制的控制策略,然后通过参数估计方程,实现对负载导纳的参数估计,完成自适应无源控制器的设计。最后通过对实验结果的分析,验证了自适应无源控制的可行性和有效性。     

DC/DC开关变换器的无源控制方法

在一般动力学系统无源控制的基础上,以Buck变换器为例,建立了DC/DC开关变换器的Euler-Lagrange平均模型,推导出其无源控制策略,将无源控制方案成功应用到DC/DC开关变换器中,仿真结果表明,无源控制方案的变换器闭环系统对输入电源、负载扰动的瞬态响应特性均较为理想.     

状态空间设计在DC/DC变换器反馈控制中的应用

以Buck变换器为例将状态空间设计方法应用于DC/DC变换器的控制,设计了基于极点配置和二次型最优的DC/DC变换器反馈控制器.MATLAB软件的应用使得整个设计过程简捷、实用.利用Simulink和Power system工具箱对所设计的系统进行了仿真.研究结果表明,Buck变换器通过极点配置和二次型最优反馈控制策略,比使用传统的PI控制具有更好的动态响应调节和稳态误差调节特性,超调量、调节时间等都得到明显改善.     

基于电流模式的DC／DC升压变换器非线性PI控制

为改善DC／DC升压变换器的控制性能,在电流模式控制的基础上,设计一个非线性PI控制器对输出电压进行调节。控制器包含两部分,一部分为电感电流的比例控制,可以保证被控系统的稳定运行;另一部分为电容电压的线性比例控制和非线性积分控制,可以保证输出电压准确跟随期望电压。该控制器保留了电流模式控制的优点,结构简单,易于实现,并能克服系统非最小相位特性对控制性能的影响。同时,由于引入了输出电压的非线性积分,可以有效缩短过渡过程,提高稳态精度,并对参数变化有着很强的鲁棒性。对某DC／DC升压变换器的实验结果表明,所提控制器是可行的。     

Buck-LLC两级DC/DC变换器双环定频控制策略

Buck-LLC两级DC/DC变换器同时具有源级变换器(Buck变换器)宽电压调节范围和负载级变换器(LLC谐振变换器)软开关的优点。当LLC谐振变换器工作于谐振频率点时,LLC变换器效率的提升可补偿前级Buck变换器带来的效率下降,从而使变换器的总体效率得到提升。针对Buck-LLC两级DC/DC变换器,分析了Buck变换器和LLC变换器的工作原理,研究了Buck变换器电感电流和LLC变换器输出电压反馈的双环定频控制策略。最后,搭建了一台样机进行了实验验证。     

基于FPGA的比例积分滑模控制DC/DC变换器研究

针对DC/DC Buck变换器的动、静态性能要求,从Buck变换器状态方程出发,设计电感电流、输出电压及其积分的线性组合滑模面,并利用该滑模面证明比例积分滑模控制的存在条件及稳定性条件,构建基于FPGA控制的Buck变换器实验平台并加以验证。据此,实现所提出的算法对Buck变换器的控制。理论分析和实验结果表明,所提出的比例积分滑模变结构控制比传统的双闭环PI控制在系统参数变化、供电电压变化以及外部干扰情况下,都具有更好的鲁棒性,具有控制精度高和动态响应速度快的特点。     

平均电流控制下的DC/DC变换器大小信号统一动态模型

提出了适合平均电流控制下DC/DC开关变换器的大小信号统一模型.此模型可用于Buck、Boost和Buck-Boost变换器.它由两部份组成:一部份是开关变换器的平均电路模型;另一部分是平均电流控制器的电路模型.以平均电流控制下的Boost变换器为例,通过实验证明所提出的模型能够准确地预测平均电流控制下DC/DC变换器的稳态、小信号和大信号动态特性.     

一种基于离散观测器的DC/DC变换器参数在线辨识方法

针对功率变换器参数在线辨识问题,提出了一种新的基于离散观测器的DC/DC变换器主电路参数非侵入式在线辨识方法。基于Lyapunov函数提出了一种用于离散系统参数辨识的观测器算法,进一步引入模型噪声估计使得观测器能够适用于经低速采样离散化的混杂系统的参数辨识。为将提出的观测器应用到DC/DC变换器参数辨识中,以Buck变换器为例给出了DC/DC变换器离散模型的建立方法。在此基础上,设计了用于Buck变换器主电路参数辨识的离散观测器。观测器根据电感电流、输出电压以及控制器输出即可对滤波电感及其等效串联电阻、滤波电容及其等效串联电阻、负载等效电阻等多个参数进行在线辨识。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

基于无源性的滑模控制在DC/DC变换器中的应用

利用本质上非线性的反馈控制方法———无源性控制方法 ,与滑模控制相结合对DC/DC变换器进行控制。仿真分析表明通过对控制器参数的适当调整 ,控制系统可获得较好的动态性能及抗干扰性     

电动汽车用DC/DC变换器模糊自整定PI控制

以提高电动汽车控制性能为目标,对电动汽车控制系统的双向DC/DC变换器和电机驱动器的基本组成电路--降压斩波电路和升压斩波电路进行了研究,搭建了DC/DC变换器实验台,设计了模糊自整定PI控制器,并通过实验验证了该控制器的良好控制效果.     

双向DC/DC变换器滑模控制新方案研究

根据双向DC/DC变换器在电感电流连续模式(CCM)和断续模式(DCM)下的电路特性,以双向Buck变换器为例,提出了一种新型滑模控制策略,通过对双向Buck变换器在CCM和DCM下的建模分析,给出了改进的滑模控制矩阵方程和控制规则,并且讨论推导了此时的滑模存在条件和稳定条件,给出了结合滞环控制的滑模控制器设计方案。实验结果证明,该滑模控制系统具有良好的鲁棒性和快速的动态响应速度。     

一种双相结构的同步Buck DC/DC变换器

指出了同步降压型直流-直流变换器从拓扑结构上实现软开关技术优点与在大功率场合下电流纹波大的特点,结合电感磁耦合技术将其扩展为双相结构的同步Buck型DC/DC变换器,分析了电感输出电流纹波减小的原理,并对不同负载下电路的工作特点进行了分析,采用可变频率的脉冲宽度调制控制方式以达到不同输出功率时的效率,试制了一台2kW的同步Buck DC/DC变换器样机,并给出了实验结果。变换器采用DSP芯片TMS320F2808作为控制管理芯片,通过积分分离数字PID算法改变控制量,具有较优异的动态性能,在蓄电池维护领域得到较好的应用。     

应用于DC／DC变换器的模糊自适应控制器的研究

提出了一种应用于DC／DC变换器的模糊自适应PI控制器。在传统PI控制的基础上,设计了对PI参数进行在线调节的模糊自适应控制算法。对该算法建立了基于Matlab的仿真模型,并通过ARM控制器对其进行软硬件实现。以Buck电路为被控对象的计算机仿真和实验结果表明,模糊自适应PI控制简单可靠,实现了快速性与稳定性的统一。     

交直流配电网小信号模型和直流侧低频振荡分析

交直流配电网发展迅猛、应用广泛,其稳定性是行业关注的焦点。文中针对某交直流配电网工程调试阶段出现的直流侧低频振荡现象,开展稳定性分析。文中首先在小信号建模基础上,采用特征值分析方法,分析电网强度、功率水平、控制参数3种因素对低频振荡的影响。随后,文中提出改变控制器参数和增加附加控制器的振荡抑制措施。理论和仿真分析表明:弱电网会影响电压源型变换器(VSC)的稳定性;375 V直流侧功率增大至超过额定功率时会发生低频振荡;Buck变换器电流内环比例积分(PI)控制器积分系数不影响系统的稳定性,但影响振荡发生后的振荡频率,电压外环PI控制器比例系数过小或积分系数过大会造成系统不稳定;改变Buck变换器电压外环PI控制器参数和增加附加控制器可有效抑制低频振荡。文中针对实际交直流配电网振荡影响因素的理论及仿真分析,对其他交直流配电网工程调试及运行分析具有借鉴意义。     

基于Buck变换器的无刷直流电机转矩控制仿真

无刷直流电动机（BLDCM）存在转矩脉动的突出缺点，提出了一种基于直流环节电压控制和模糊PID控制器的新型混合控制策略，以抑制无刷直流电机的转矩脉。电路拓扑包含功率因数校正降压转换器和逆变器。降压转换器通过控制直流电路电压来降低换向转矩脉动，使用模糊PID控制器和脉冲宽度调制（PWM）技术的逆变器在导通区域提供适当的电流。 Buck变换器降低了通过控制直流环节电压换向转矩脉动，逆变器使用模糊PID和PWM技术提供导通区域的电流。该方法能够消除传导区转矩脉动,削弱换相区转矩脉动，仿真结果表明，该策略具有功率因数校正功能，可有效抑制转矩脉动，提升电机运行的鲁棒性。     

储能双向DC/DC变换器自适应充放电无缝切换策略

以提高直流微电网内储能单元的动态性能与抗干扰能力为目的,提出了一种针对双向DC/DC变换器的充放电无缝切换控制策略。该策略根据直流母线电压高低进行储能单元自适应充放电切换,进而保持母线电压稳定。在此基础上,考虑到双向DC/DC变换器的非线性特征,引入了可通过fal函数在线调节误差反馈系数的非线性无缝电流环,实现了储能双向DC/DC变换器的充放电无缝切换,提高了控制策略的动态性能与鲁棒性。最后通过仿真与实验：在母线电压跌落、陡升与系统参数变化等工况下,该策略均可实现储能单元的充放电无缝切换,维持母线电压稳定。     

高频多相数字DC/DC控制器的设计

介绍了应用于低电压、大电流高频多相数字DC/DC控制器的设计.该控制器采用数字PID算法、电压模式控制,具有DVS功能.控制器在现场可编程门阵列(FPGA)上实现,采用Dither数字脉宽调制(DPWM)结构获得1MHz的开关频率.采用该控制器的四相Buck电路输入电压为12V,输出电压由8 bit VID码控制从0～1.6 V可调,每相电流20A.实验结果证实了控制器的性能以及设计方法的正确性.