基于切换线性系统的DC-DC变换器矩阵系数多项式描述模型

该文将DC-DC变换器视为一类典型的混杂动态系统,即切换线性系统,引入切换线性系统的一种新的数学建模方法——矩阵系数多项式插值建模法对基本的DC-DC变换器进行建模。建立了DC-DC变换器线性切换系统的连续部分与离散部分联系的显式描述形式,得到一个离散变量与连续变量直接相互作用的数学模型。该矩阵系数多项式模型从某种程度上更深入地揭示了DC-DC变换器切换线性系统的运行本质,并且对系统的性能分析产生一定的作用。稳态分析和瞬态闭环仿真的结果均验证了该新型模型的实用性。     

基于切换线性系统理论的DC-DC变换器控制系统的能控性和能达性

该文将电力电子电路视为一类混杂动态系统，尝试在DC-DC变换器控制系统研究中引入切换线性系统的概念和理论。将基本DC-DC变换器建立为切换线性模型，由此提出DC-DC变换器能控性和能达性等基本控制特性，为DC-DC变换器控制系统的优化控制和其它控制策略的实现提供理论依据。以Buck变换器控制系统设计为例进行仿真验证，分析了能控性和能达性研究的理论意义。该文的研究还表明，研究方法也适应于其它电力电子电路能控性和能达性的研究。     

PWM DC-DC变换器混杂动态系统的能控性和能观性

在PWM DC-DC变换器研究中引入混杂动态系统和切换线性系统的概念和相关理论,研究PWM DC-DC变换器的能控性和能观性.首先将PWM DC-DC变换器建立为周期型切换线性系统模型,然后根据周期型切换线性系统的一个周期之后和多周期的能控性和能观性定义及定理,以Buck PWM变换器为例,分析变换器一个周期之后和多周期的能控性和能观性,最后对Buck PWM变换器进行能控性实验验证.实验结果表明,在负载阶跃变化的情况下,变换器输出完全可以控制并且稳定在设计值,这和Buck PWM变换器作为周期型切换线性系统模型的能控性分析结果是一致的.本文的研究还表明,研究方法也适应于其他功率变换器能控性和能观性的研究.     

驱动恒流负载的DC-DC变换器的能控性

考察DC-DC变换器驱动恒流负载时的能控性。用恒值电流沉表示恒流负载,则变换器可表示为双输入切换线性系统。①应用切换线性系统的判据,直接分析其能控性;②构建具有相同能控集的单输入切换系统,通过研究单输入系统间接地分析其能控性。证明了带恒流负载的DC-DC变换器在连续或断续导通模式下都是能控的,且可以在一个开关周期内实现。Boost型LED驱动电路的实验结果显示,当电源/负载阶跃扰动时,LED电流和输出电压都可以被控制在设计值。从而验证了能控性的分析结论。     

DC-DC变换器双线性系统建模及基于李亚普诺夫直接法的控制方法

首先建立了DC-DC变换器双线性系统数学模型,结合控制目的进行适当变形,得到DC-DC变换器的闭环非线性控制系统模型。基于Lyapunov直接法,总结出构造Lyapunov函数和求取控制律的一般步骤,适用于所有数学模型可以表示成双线性系统的DC-DC变换器。以Sepic变换器为例,成功构造出Lyapunov函数,并且推导得到一种使Sepic变换器控制系统渐近稳定的控制律,仿真结果证实了该文提出的新型控制律的有效性。     

Boost功率因数校正变换器单周期控制适用性的理论分析和实验验证

当输入或者负载跳变时,单周期控制是功率变换器中一种新型的非线性控制策略,单周期就可实现控制目标.然而,单周期控制在功率变换器中的普适性并没有相关研究,限制了它的进一步发展和应用.该文以Boost变换器作为研究对象,引入切换线性系统的概念和理论,基于Boost变换器切换线性系统模型严格证明单周期控制在Boost变换器中的适用性,由此提供一种单周期控制在一般功率变换器中适用性分析方法.在理论研究的基础上,给出了单周期控制Boost变换器实现功率因数校正的一个实际范例.     

三端口双向DC-DC变换器多模态切换建模与分析

三端口隔离式双向DC-DC变换器是电动车储能装置与负载之间的连接器,是直接影响其带载能力的关键装备之一。目前,三端口隔离式双向DC-DC变换器的拓扑结构研究获得较大发展,但其建模与控制技术还无法满足高控制性能要求,因为现存模型均未能准确表征DC-DC变换器的多模态切换动力学特性。针对此问题,融合切换理论与谱范数稳定性分析方法,建立三端口隔离式双向DC-DC变换器的多模态切换模型,并提出状态反馈控制策略。采用谱范数理论推导出闭环系统渐进稳定性条件,通过求解一组线性矩阵不等式可获得控制器增益。仿真结果表明,所提出方法具有过度过程时间极短、稳态误差小及无切换痕迹等优点,为DC-DC变换器研究提供新思路。     

直流供电交错并联双向DC/DC变换器切换控制策略

分布式可再生能源的推广应用、节能减排的需求以及用户终端负荷特性的变化,给传统交流供电带来了巨大挑战,直流供电因其强大的节能优势受到广泛关注。作为直流供电系统的关键组成部分,DC/DC变换器对稳定性有较高的要求。目前变换器普遍采用小信号建模,建模精度不高,在面临大的扰动时系统可能变得不稳定。文中基于切换系统理论,提出一种储能交错并联双向DC/DC变换器的切换控制方法,直接对系统进行大信号建模,建模精度高。首先选取系统储能函数作为共同的Lyapunov函数并设计最优切换率,然后分析了该切换率条件下系统在切换平衡点处的稳定性,最后在Matlab中进行了仿真,搭建了基于SiC MOSFET的双向DC/DC变换器样机进行验证。实验验证了该切换控制策略的有效性。     

DC/DC变换器的切换仿射线性系统模型及控制

DC/DC变换器控制的主要难点之一在于它所特有的混杂特性。从切换线性系统理论及无源系统理论角度提出了DC/DC变换器建模和调节问题的新方法。首先建立基本DC/DC变换器Buck、Boost和Buck-Boost的切换仿射线性系统模型,然后根据凸组合稳定条件及无源性理论,选取电感和电容的储能函数为各切换子系统的共同Lyapunov函数,据此划分各子系统的运行区域,构造切换律保证系统在任意切换下的二次稳定,最后进行了仿真分析和验证。所提出方法不仅适用于开关变换电路的控制,亦适用于其他具有端口受控哈密顿结构的切换系统的控制。     

基于切换模型的双向AC-DC变换器控制策略

双向AC-DC变换器作为交直流混合微电网的重要组成部分,对系统的稳定运行和功率的协调分配有着重要作用。本文基于切换系统理论,提出一种双向AC-DC切换控制方法。该方法首先建立双向AC-DC切换动态模型,选取系统的储能函数作为共同Lyapunov函数。基于此,设计了系统最优切换律并分析了该切换律条件下系统在切换平衡点处的稳定性。为了便于控制器数字化实现,建立了切换系统单步预测模型并对切换策略离散化。仿真和实验结果验证了本文所采用的建模方法和控制策略的有效性。     

Robust fault detection and adaptive parameter identification for DC-DC converters via switched systems

In this paper, the problem of fault detection and identification for DC-DC converters is presented. First, switched systems model and fault model are analyzed based the switched characteristics of the DC-DC converters, taking the DC-DC buck converter as an example. According to the switched Lyapunov function technique, a fault detection observer and a bank of linear switched fault identification observers are designed for the switched systems. Next, the fault detection observer detects the fault based on the residual produced by the observer output and actual output. After the fault is detected, fault identification observers are activated. The location of fault is identified by comparing the residual evaluation functions. Meanwhile, the adaptive parameter identification is achieved by choosing an appropriate adaptive law. Finally, in order to show the feasibility of the fault detection and identification, the simulation results are given in this article.     

开关DC-DC变换器双频率脉冲序列调制技术

提出一种新颖的开关DC-DC变换器调制方法:双频率脉冲序列调制(bi-frequency pulse train modulation,BF-PTM)方法。BF-PTM通过对两组频率不同、但导通时间相同的控制脉冲进行调制,实现开关变换器输出电压的调节。BF-PTM适用于各种开关变换器拓扑。以电感电流断续模式(discontinuous conduction mode,DCM)Buck变换器为例,分析BF-PTM开关变换器的工作原理及控制特性,并进行相应的仿真及实验研究。研究结果表明,BF-PTM控制开关变换器具有优于PWM开关变换器的瞬态响应和电磁干扰特性。     

基于群特性分析的DC-DC变换器级联系统稳定性判据

电力电子变换器级联的稳定性分析是一个尚未解决的问题,线性电路的阻抗匹配规律不适合开关电路级联系统的分析和研究。为此,论文尝试将研究对称性的基本理论——群论引入到DC-DC变换器级联系统的分析中,试图根据DC-DC变换器级联系统的物理结构,定义基本DC-DC变换器级联系统的群集合,探讨它们的群特性,揭示群特性与级联特性之间的联系及物理意义,由此初步提出一个基于群特性分析的DC-DC变换器级联系统的稳定性判据,为解决DC-DC变换器级联的问题提供一个新的数学工具。     

一种新型三电平双向DC-DC变换器

三电平桥式电路中开关管承受的电应力比普通桥式电路中开关管承受的电应力减小一半,结合三电平电路结构的优点,省去了传统三电平双向DC-DC变换器中的一对飞跨电容,提出了一种新型三电平双向DC-DC变换器。该新型三电平双向DC-DC变换器使电路中开关管电应力减小,谐波成分降低。利用交错移相的控制策略进行控制,使得新型变换器中所有开关管均能实现零电压开关(ZVS)。通过2.4 kW的样机试验验证,提出的新型三电平双向DC-DC变换器性能优良,与传统的双向DC-DC变换器相比,效率有了显著提升。     

邻周期采样的数字控制DC-DC开关变换器

针对高频DC-DC开关变换器,提出了数字控制DC-DC开关变换器的邻周期采样(adjacent cycle sampling,ACS)控制方法,缓解硬件处理速度与系统瞬态性能之间的矛盾。依据纹波控制方法,ACS控制算法利用硬件空闲阶段采样数据,增大环路预留时间,消除占空比的影响。采用ACS控制算法,推导出适用于后缘调制降压型DC-DC开关变换器的数字V2控制律和电流控制律,并且研究了次谐振荡现象及其数字斜坡补偿消除方法。仿真结果表明,在相同的硬件条件,对于负载的瞬间扰动,数字V2控制较数字电流控制具有更快的瞬态响应速度;与现有技术相比,ACS控制方法可有效提高系统的瞬态响应性能。     

Power converter control based on neural and fuzzy methods

The new power converter control approaches based on neural network techniques and fuzzy logic theorems are briefly reviewed and discussed in this paper. Current-controlled voltage source inverters offer substantial advantages in improving motor system dynamics for high-performance AC drive systems. The controller switches follow a set of reference current waveforms. Fixed-band and sinusoidal-band hysteresis current controllers have been studied. The first part of this paper develops neural network and fuzzy logic based current-controlled voltage source inverters. The models and learning techniques have been investigated by simulation. The implementation of neural networks is described and simulation results are presented. In the second part of this paper, the new UPS (uninterruptible power supply) with fuzzy logic compensator is proposed. The proposed fuzzy logic compensator is used to prevent voltage drop from nonlinear loads. The total harmonic distortion (THD) of the proposed scheme is better than that of conventional deadbeat control methods for linear and nonlinear loads. The applications of fuzzy and neural network control to DC-DC converters operating at finite switching frequency are studied in the third part of this paper. The fuzzy logic and neural network controller for unity power factor rectifiers, half-bridge DC-DC ZVZCS converters, DC motor drives, induction motor drives and permanent-magnet motor drives are also discussed. Some simulations are presented in this paper.