Buck变换器的抗扰动控制研究与实现

发布时间：2017-11-03 10:02

  本文关键词：Buck变换器的抗扰动控制研究与实现

  更多相关文章： Buck变换器 扰动观测器 滑模控制 脉冲宽度调制 数字信号处理器

【摘要】：随着现代信息技术的发展,开关电源因其高转换效率,低功耗,小体积等优点,得到了越来越广泛的应用。而用电设备的日趋多样化、复杂化也对开关电源的各项性能提出了更高的要求。传统开关电源所采用的线性控制方式逐渐难以满足不断更新的需求。为了寻求更好的控制方案,越来越多的学者致力于研究设计结构较为简单、便于实现同时具有更强的抗扰动性能的控制方法。本文给出了三种提高Buck变换器抗扰动性能的控制方法。首先,将变参数PI控制器与扰动观测器相结合,设计出一种新的复合控制方案。该控制方案不仅具有结构简单、易于实现的特点,且与传统PI控制相比具有更强的抗扰动性能。考虑到Buck变换器是一种典型的变结构系统,本文进而提出了一种新的非连续二阶滑模控制方案,该方案基于更加贴近实际的Buck变换器数学模型设计,可以从本质上消除Buck变换器的非线性扰动带来的不利影响。最后,结合定频滑模控制技术,本文提出了一种准连续二阶滑模控制方案,解决了滑模控制在实际应用中常见的切换频率不固定问题。本文的主要工作具体如下:(1)提出了一种结合变参数PI与扰动观测器的复合控制方案。首先,通过状态空间平均法建立Buck变换器基于频域描述的数学模型。在此基础上,设计变参数PI与扰动观测器的复合控制方案,并通过严格的数学证明,给出了该复合控制器下的抗扰动性能分析。最后将该复合控制器进行离散化,得到可以利用LabVIEW软件实现的离散化表达式。(2)提出了一种非连续二阶滑模控制方案。首先,建立干扰情况下的Buck变换器数学模型。其次,利用加幂积分技术构造了二阶滑模控制器,并证明了该控制器下闭环系统的有限时间Lyapunov稳定性。最后,给出了利用滞环调制技术实现该控制器的具体步骤。(3)提出了一种准连续二阶滑模控制设计方案。基于Buck变换器数学模型结构,利用几何方法,设计了一种几乎处处连续的二阶滑模控制器。该控制器的特点是只在平衡点处不连续,而实际系统不可能将系统状态完全控制到平衡点,因此消除了滑模中普遍存在的“抖振”现象。最后,结合脉冲宽度调制技术,给出了频率固定的控制器实现方案。(4)利用MATLAB软件分别对上述设计方案的有效性进行了仿真验证。同时,基于LabVIEW的半仿真实验平台和基于DSP的实验平台,通过实验验证了上述控制方案在实际应用中的有效性。论文最后对全文进行了总结,并指出了值得进一步研究的内容。
【关键词】：Buck变换器 扰动观测器 滑模控制 脉冲宽度调制 数字信号处理器
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题背景以及研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 建模方法12-14
• 1.2.2 控制策略14-18
• 1.3 DC-DC变换器控制中存在的问题18
• 1.4 本文主要研究内容18-21
• 第二章 基于变PI和扰动观测的Buck变换器复合控制及实现21-37
• 2.1 引言21-22
• 2.2 Buck变换器控制系统22-24
• 2.3 复合控制器设计24-28
• 2.3.1 变参数PI控制器设计24-25
• 2.3.2 扰动观测器设计25-28
• 2.4 仿真和实验验证28-36
• 2.4.1 仿真结果28-30
• 2.4.2 实验结果30-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 基于非连续二阶滑模控制的Buck变换器设计与实现37-58
• 3.1 引言37-38
• 3.2 Buck变换器实际模型38-39
• 3.3 非连续二阶滑模控制器设计39-45
• 3.3.1 二阶滑模简介39-40
• 3.3.2 控制器设计40-44
• 3.3.3 非连续二阶滑模控制器实现44-45
• 3.4 仿真和实验验证45-57
• 3.4.1 仿真结果46-49
• 3.4.2 实验结果49-57
• 3.5 本章小结57-58
• 第四章 基于准连续二阶滑模控制的Buck变换器设计与实现58-73
• 4.1 引言58-59
• 4.2 准连续二阶滑模控制器设计59-66
• 4.3 仿真和实验验证66-72
• 4.3.1 仿真结果66-69
• 4.3.2 实验结果69-72
• 4.5 本章小结72-73
• 第五章 结论与展望73-75
• 5.1 本文工作结论73-74
• 5.2 展望74-75
• 附录A75
• 附录B75-77
• 参考文献77-85
• 攻读学位期间发表的学术论文与专利85
• 攻读学位期间获得奖励85-86
• 致谢86

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本文编号：1135698