基于DSP控制的两相交错并联双向DC-DC变换器研究

发布时间：2017-10-31 23:19

  本文关键词：基于DSP控制的两相交错并联双向DC-DC变换器研究

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【摘要】：目前全世界的污染问题越来越严重,能源也越来越匮乏,所以人们需要在环保和节约能源上做出巨大的贡献。随着汽车行业的快速发展,混合动力汽车的使用引起了人们的广泛关注,而双向DC-DC变换器是混合动力汽车能量管理系统中的关键单元,它不仅可以减少能源的使用量,而且还能减少汽车尾气的排放。所以,研制出一种高效率、动态响应快的双向DC-DC变换器有着重大的意义。首先,本文根据混合动力汽车中双向DC-DC变换器的设计要求,选择电压应力较小的拓扑结构来进行研究,根据多重化并联的特点,可以将两个双向半桥DC-DC变换器并联起来组成一个两相交错并联式双向DC-DC变换器,对该拓扑结构应用在混合动力汽车中的优势进行说明,并对该变换器的工作模式进行分析和相应参数的设计。接着,当变换器工作在不同的模式时,分别采取状态空间平均法来建立其相应模式下的数学模型,在这个模型上设计出不同模式下的双闭环PI控制器,在MATLAB中画出其伯德图,并进行仿真分析,进而验证本文控制器的正确性。面对实验过程中出现响应速度慢的缺点,本文采用了在电压外环添加模糊控制来优化PID参数,通过MATLAB来建立其仿真模型,实验结果表明这种控制方法不仅提高了动态响应速度,而且使系统的控制精度更高。最后,本文根据前面研究的基础搭建一个小功率变换器的实验平台,并对该控制系统中的硬件和软件做出简要的介绍,经过调试后,得出了在电压外环使用模糊PID控制时的输出电流纹波,做出了相应模式下的动态性能实验,并测出了Boost模式时变换器的工作效率,实验结果证明,本文在电压外环使用模糊PID控制变换器的运行是可行的。
【关键词】：双向DC-DC变换器 交错并联 小信号模型 模糊PID控制 数字控制
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 引言8-15
• 1.1 课题研究的背景及其意义8-9
• 1.1.1 课题研究的背景8-9
• 1.1.2 课题研究的意义9
• 1.2 双向DC-DC变换器的研究现状9-13
• 1.2.1 双向DC-DC变换器的应用现状9-11
• 1.2.2 双向DC-DC变换器拓扑结构的国内外研究现状11-12
• 1.2.3 双向DC-DC变换器控制方式的研究现状12-13
• 1.3 论文的研究内容13-15
• 第2章 两相交错并联双向DC-DC变换器拓扑结构的研究与参数的设计15-22
• 2.1 混合动力汽车中双向DC-DC变换器的设计要求15
• 2.2 双向DC-DC变换器拓扑结构的选择15-17
• 2.3 两相交错并联双向DC-DC变换器工作模式分析17-20
• 2.3.1 两相交错并联双向DC-DC变换器升压模式17-19
• 2.3.2 两相交错并联双向DC-DC变换器降压模式19-20
• 2.4 两相交错并联双向DC-DC变换器参数的设计20-21
• 2.4.1 储能电感L的设计20-21
• 2.4.2 输入输出滤波电容的设计21
• 2.4.3 功率开关器件的选取21
• 2.5 本章小结21-22
• 第3章 两相交错并联双向DC-DC变换器模型的建立及控制器设计22-36
• 3.1 两相交错并联双向DC-DC变换器的控制方式22-23
• 3.2 BOOST模式建模及控制器设计23-30
• 3.2.1 两相交错并联Boost电路的建模23-27
• 3.2.2 两相交错并联Boost电路PI控制器的设计27-30
• 3.3 BUCK模式建模及控制器设计30-35
• 3.3.1 两相交错并联Buck电路的建模30-33
• 3.3.2 两相交错并联Buck电路PI控制器的设计33-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 两相交错并联双向DC-DC变换器改进控制器的设计与仿真分析36-44
• 4.1 模糊PID控制的应用36
• 4.2 模糊PID控制器的设计36-40
• 4.2.1 模糊变量的选取及其隶属度函数的分布37-38
• 4.2.2 模糊控制规则库的设计38-40
• 4.2.3 模糊化和解模糊40
• 4.3 仿真结果分析40-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第5章 两相交错并联双向DC-DC变换器软硬件设计和实验分析44-55
• 5.1 数字控制系统总体结构框架的设计44-45
• 5.2 控制系统硬件电路的设计45-48
• 5.2.1 MOSFET驱动电路设计45-46
• 5.2.2 电压采样电路的设计46-47
• 5.2.3 电流采样电路的设计47-48
• 5.3 控制系统软件的设计48-50
• 5.3.1 主程序设计48-49
• 5.3.2 ADC程序设计49-50
• 5.3.3 模糊PID控制程序设计50
• 5.4 实验结果分析50-54
• 5.4.1 实验波形分析51-53
• 5.4.2 实验效率分析53-54
• 5.5 本章小结54-55
• 第6章 总结与展望55-56
• 6.1 全文工作总结55
• 6.2 展望55-56
• 参考文献56-59
• 致谢59-60
• 攻读硕士学位期间发表的论文60
• 攻读硕士学位期间获得的奖项60

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本文编号：1124215