三电平Buck直流变换器的二阶滑模控制

发布时间：2017-11-08 20:18

本文关键词：三电平Buck直流变换器的二阶滑模控制

【摘要】：高电压输入、中大功率输出的应用场合越来越多,而功率开关器件的耐压和载流能力却没有取得大的突破,传统两电平Buck直流变换器难以满足高压大功率电能变换要求,但是多电平Buck直流变换器能解决这一难题。三电平Buck直流变换器相对于传统的两电平Buck直流变换器有着诸多优势:开关管上承受的电压应力减半、有效切换频率为开关频率2倍、滤波电感、电容尺寸更小以及能量密度更高。然而,三电平Buck直流变换器是典型的非线性系统,开关数目多,在多个模态间切换工作,输出电压与飞跨电容电压耦合,控制难度大。论文研究三电平Buck直流变换器的二阶滑模控制方法,提高了变换器动态响应速度和对参数变化的鲁棒性。论文研究与设计工作如下:(1)研究三电平Buck直流变换器的工作原理、控制难点,理论分析其相对于传统两电平Buck直流变换器的优势,分析比较已有三电平Buck直流变换器的控制方法,提出对三电平Buck直流变换器的二阶滑模控制,分析输出电压最优相轨迹,并推导出对应的最优切换系数。(2)设计一种既能用二阶滑模控制方法快速调节输出电压又能平衡飞跨电容电压的有限状态机控制器,该控制器利用飞跨电容电压误差,在输出电压相轨迹的切换条件中引入比例控制来调整飞跨电容充放电时间,平衡飞跨电容电压,仿真验证控制器的有效性,并对该控制器的性能进行理论分析。(3)针对基于比例控制的有限状态机控制器的不足,设计改进型控制器,该控制器通过冗余模态的替换将飞跨电容电压限制在一个小的界限之内,避免了飞跨电容电压纹波幅值过大对输出电压性能的影响,得到纹波一致性更高的输出电压波形,仿真验证该控制器的性能。即使在开关管特性存在差异、大负载电流的恶劣条件下,该控制器仍有良好的控制性能,克服了基于比例控制的有限状态机控制器的不足。(4)设计三电平Buck直流变化器控制系统硬件电路,搭建实验平台,在Cyclone IV FPGA中实现两种控制器,验证了两种控制器的性能,并分析比较实验结果。仿真和实验结果表明两种控制器都实现了对三电平Buck直流变换器的控制。在不检测电流的前提下,二阶滑模控制方法实现了输出电压的快速无超调启动,且对负载扰动和参数变化具有鲁棒性。所设计的有限状态机控制器的结构新颖,实现了输出电压控制和飞跨电容电压控制的解耦。所提出的两种平衡飞跨电容电压的方法也在不检测电流的前提下实现了对飞跨电容电压的控制。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46

【参考文献】

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1 周健;高玉峰;;高压大功率多电平技术研究[J];上海航天;2013年02期

2 李永东;饶建业;;大容量多电平变换器拓扑——现状与进展[J];电气技术;2008年09期

3 张随保;张维娜;;Buck三电平变换器中滑模控制应用研究[J];通信电源技术;2008年02期

4 周佩娟;黄守道;孟凡斌;钟小芬;;滑模控制Buck三电平变换器[J];电力电子技术;2006年01期

5 胡宗波,张波,方珂,刘洋海;三电平DC—DC变换器的统一建模研究[J];电路与系统学报;2005年01期

6 阮新波,危健,薛雅丽;输入输出共地的三电平变换器[J];中国电机工程学报;2003年11期

7 钟小芬;吴捷;;三电平DC/DC变换器的拓扑结构及其滑模控制方法[J];电源技术应用;2003年08期

8 肖雁鸿,葛召炎,周靖林,彭永进;全滑模变结构控制系统[J];电机与控制学报;2002年03期

中国博士学位论文全文数据库前1条

1 凌睿;悬臂式掘进机器人高阶滑模控制研究[D];重庆大学;2009年