基于FPGA的改进型脉冲序列控制技术研究

发布时间：2017-10-30 10:34

  本文关键词：基于FPGA的改进型脉冲序列控制技术研究

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【摘要】：近些年来以风光发电为主的新能源等发电技术越来越受到人们的重视,直流变换环节是其中重要的一部分,而太阳能风能等由于受自然环境因素的影响其输出电压特性较为复杂,因此研究一种具有宽输入电压范围的变换器尤为关键和重要。本文从研究新型开关变换器控制方法入手,实现变换器输入电压宽范围要求。传统的开关变换器控制方法有很多种,主要以PWM控制方法为主,而PWM控制方法在瞬态特性和稳定性方面表现较差,之后有学者提出了一种非线性控制方法——脉冲序列控制(简称PT),这种控制方法简单可行、易实现、动态响应能力强、稳定性好,但是直接受脉冲序列控制的开关变换器适用输入电压范围较窄,因此限制了其在风光发电场合的应用,本论文在此控制方法基础上研究了一种能够适应宽范围输入电压的开关变换器脉冲序列控制方法——改进型脉冲序列控制,该控制方法不仅保留了脉冲序列控制方法的优点,而且受其控制的开关变换器适用输入电压范围宽,输出特性良好。论文介绍了改进型脉冲序列控制方法的基本原理和工作过程,以Boost变换器为例研究了改进型脉冲序列控制变换器的输出电压特性,并且研究了其在电感电流断续导电工作模式(DCM)下的控制规律,从输入电压和控制脉冲数量比例入手,同传统的脉冲序列控制Boost变换器进行对比分析。接着运用MATLAB/SIMULINK软件搭建仿真模型,得到仿真波形,最后以FPGA开发平台为工具设计了硬件实验电路,并得到实验波形。论文研究成果如下:(1)对工作于电感电流断续模式的改进型脉冲序列控制Boost变换器稳态特性进行分析。(2)设计改进型脉冲序列控制参数,并且从输入电压和控制脉冲数量比例入手分析和研究其控制规律。(3)运用MATLAB/SIMULINK仿真软件搭建仿真模型,分析仿真波形,验证此改进型脉冲序列控制方法的可行性。(4)介绍FPGA开发平台,搭建硬件实验电路,硬件实验波形与仿真实验波形基本一致,证明了理论分析的正确性。
【关键词】：脉冲序列 断续导电模式 开关变换器 FPGA
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-23
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 FPGA的发展趋势及应用领域11-14
• 1.3 开关变换器的控制技术14-17
• 1.3.1 线性控制技术14-16
• 1.3.2 非线性控制技术16-17
• 1.4 开关变换器PT控制技术介绍17-19
• 1.5 PT控制DCM模式Boost变换器概述19-21
• 1.5.1 工作过程19-20
• 1.5.2 实现方式20-21
• 1.6 本文主要工作21-23
• 2 改进型PT控制Boost变换器分析23-38
• 2.1 概述23
• 2.2 改进型PT控制原理和工作过程23-25
• 2.2.1 控制原理23-24
• 2.2.2 工作过程24-25
• 2.3 改进型PT控制实现方式25
• 2.4 改进型PT控制Boost变换器稳态特性分析25-33
• 2.4.1 输出电压纹波分析25-31
• 2.4.2 稳态特性分析31-33
• 2.5 改进型PT控制Boost变换器参数设计33-35
• 2.6 改进型PT控制Boost变换器输入电压与控制脉冲数量比例分析35-37
• 2.7 本章小结37-38
• 3 MATLAB仿真实验研究38-48
• 3.1 概述38
• 3.2 MATLAB/SIMULINK简介38-40
• 3.3 仿真模型建立40-42
• 3.3.1 PT控制Boost变换器建模40-42
• 3.3.2 改进型PT控制Boost变换器建模42
• 3.4 仿真结果分析42-46
• 3.5 本章小结46-48
• 4 改进型PT控制Boost变换器硬件实验研究48-58
• 4.1 概述48
• 4.2 Cyclone IV FPGA器件系列简介48-50
• 4.3 硬件电路设计50-53
• 4.3.1 系统电路构成50-51
• 4.3.2 输入和输出电压信号采样电路51-52
• 4.3.3 驱动电路52-53
• 4.4 基于FPGA的软件设计53-55
• 4.5 硬件实验波形55-57
• 4.6 本章小结57-58
• 5 结论与展望58-60
• 5.1 结论58-59
• 5.2 展望59-60
• 参考文献60-63
• 致谢63-64
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果64

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本文编号：1117295