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DC/DC变换器控制规律研究

作　者: 姚庆涛
导　师: 罗耀华
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: Buck主电路 控制策略 滑模变结构 DSP
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


近年来,随着电力电子技术的高速发展,以DC/DC变换器为转换核心的开关电源已经深入应用到各个领域,存在大信号扰动的场合对电源的输出波形提出了苛刻的要求,因此研究大信号扰动条件下的DC/DC开关变换器控制方案一直是电力电子领域的研究热点问题。变换器动态特性较为复杂,传统的线性平均化的分析方法(如拉氏变换和奈奎斯特图等)已经无法直接应用,这就要求运用新的方法来进行建模与分析,并使分析方法更加趋于简化、准确、全面和完善。因此,DC/DC变换器控制上要获得新的突破,必须建立一个新的、更精确和实用的大信号离散模型,而且需要发展非线性控制理论。利用传统单、双环反馈理论设计的模拟控制器很难保证具有时变非线性特性的DC/DC开关变换器在大信号扰动下具有的理想的控制性能,与模拟控制器相比,数字控制器可以比较容易地实现复杂的非线性控制策略,从本质上改善变换器的控制性能。目前,DSP和MCU等数字控制器的硬件技术趋于成熟,使DC/DC开关变换器的数字化控制器实现成为可能,因此基于DC/DC开关变换器的非线性本质,研究各种非线性控制策略成为电力电子研究领域一大热点。本文以Buck电路为研究对象,并对其进行小信号分析,阐述了三种控制策略的基本原理和自身的优缺点,深入研究了在大信号扰动的情况下三种控制策略的鲁棒性,确定了滑模变结构的控制策略良好的抑制扰动的能力,进行了主电路参数和滑模控制器的设计。为了验证系统设计的正确性,论文中利用Matlab软件建立了主电路、滑模变结构控制器的仿真模型,同时进行了三种控制策略的系统仿真。仿真结果表明,本文所设计的系统是正确的,控制策略可行；采用本文所提出的控制方法,滑模变结构控制策略在电压和电阻突变时有着良好的鲁棒性,对实际设计具有参考指导意义。为了验证实际系统的运行情况,本文设计了以TI公司的TMS320F2812型号的DSP为控制芯片的Buck变换器的硬件系统及软件系统,搭建了实验平台,并进行了实际系统的调试,实验结果证明了本文所阐述的理论及系统的设计是正确的。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-15
  1.1 课题研究的背景和意义  10-11
  1.2 控制方法在国内外研究概况  11-13
  1.3 课题研究的主要内容及结构安排  13-15
第2章 DC/DC变换器拓扑结构和小信号分析  15-21
  2.1 DC/DC变换器的拓扑结构  15-16
    2.1.1 降压变换器  15
    2.1.2 升压变换器  15-16
    2.1.3 升降压变换器  16
  2.2 小信号分析  16-20
  2.3 本章小节  20-21
第3章 DC/DC变换器的控制方法  21-39
  3.1 单周期控制技术  21-27
    3.1.1 单周期控制的基本原理  21-24
    3.1.2 固定开关频率的单周期控制  24-26
    3.1.3 单周期控制电路下的开关误差自动补偿  26-27
  3.2 模糊控制技术  27-34
    3.2.1 模糊器设计的基本原则  28-32
    3.2.2 模糊控制的应用  32-34
  3.3 滑模变结构控制技术  34-38
    3.3.1 滑模变结构的基本概念  34-35
    3.3.2 滑模变结构的数学描述  35-36
    3.3.3 滑膜变结构的性质  36-37
    3.3.4 滑膜变结构存在的问题  37-38
  3.4 本章小结  38-39
第4章 DC/DC变换器的设计及其仿真  39-56
  4.1 系统的设计  39-45
    4.1.1 主电路参数的设计  39-40
    4.1.2 控制器的设计  40-45
  4.2 仿真结果与分析  45-55
    4.2.1 单周期控制仿真结果与分析  45-48
    4.2.2 模糊控制仿真结果与分析  48-51
    4.2.3 滑模变结构控制仿真结果与分析  51-55
  4.3 本章小结  55-56
第5章 滑模控制器的硬件实现及实验结果  56-67
  5.1 功能模块的划分  56-57
  5.2 硬件系统的设计  57-61
    5.2.1 主电路的设计  57
    5.2.2 驱动与隔离电路的设计  57-58
    5.2.3 电压电流检测电路的设计  58-60
    5.2.4 信号调理电路的设计  60
    5.2.5 控制电路的设计  60-61
  5.3 软件系统的设计  61-65
    5.3.1 TMS320F2812软件设计介绍  61-63
    5.3.2 主程序的设计  63-64
    5.3.3 滑模变结构算法的设计  64-65
  5.4 实验结果与分析  65-66
  5.5 本章小结  66-67
结论  67-68
参考文献  68-71
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  71-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器
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