基于切换线性系统理论的高阶DC-DC变换器的能控性分析

发布时间：2018-08-25 18:27

【摘要】：随着光伏发电、LED照明、直流电机等领域的发展,高阶DC-DC变换器得到了广泛应用,用于构建高性能直流变换器系统。现有的理论研究多集中在基本的DC-DC变换器(Buck、Boost、Buck-boost),而对高阶DC-DC变换器(Cuk、Zeta、SEPIC)的研究较少。能控性是高阶DC-DC变换器的基本控制特性之一,是其控制策略设计与拓扑结构适用性分析的前提,因此本文针对高阶DC-DC变换器的能控性进行如下研究:1)将高阶DC-DC变换器建成切换线性系统模型,能完整描述高阶DC-DC变换器的动态特性,为此本文基于切换线性系统理论开展高阶DC-DC变换器能控性及其应用的研究。2)基于高阶DC-DC变换器的切换线性系统模型,并根据凸组合原理将其系统模型转换为有向图,进而分析高阶DC-DC变换器的结构能控性。制作三种变换器的样机,验证理论分析的正确性。3)高阶DC-DC变换器的结构能控性并不能保证在所有电路参数下均是能控,因此在参数已知的情况下需要对其状态能控性进行分析。论文进一步从理论上分析了高阶DC-DC变换器状态能控性的条件,并通过仿真验证了理论分析的正确性。探讨切换线性系统其子模态能控性与整个系统能控性的关系,丰富了切换线性系统的能控性理论。4)利用切换线性系统的输出能控性理论,从数学模型上证明高阶DC-DC变换器的输出能控性,并设计三种高阶DC-DC变换器的负载跳变实验验证其输出能控性。根据PWM控制高阶DC-DC变换器的特点,提出变换器一个周期之后和多周期的输出能控性,并基于此控制系统理论,探讨新型非线性控制策略-单周期控制策略在高阶DC-DC变换器应用的适用性,最后以Cuk变换器为例,通过在MATLAB/Simulink仿真验证了分析的正确性。同时为新型控制策略的应用的推广形成了一种可借鉴的方法。
[Abstract]:With the development of photovoltaic LED lighting and DC motor, high-order DC-DC converters are widely used to construct high-performance DC / DC converter systems. Most of the existing theoretical studies focus on basic DC-DC converters (Buck,Boost,Buck-boost), but less on higher-order DC-DC converters (Cuk,Zeta,SEPIC). Controllability is one of the basic control characteristics of high order DC-DC converters. Therefore, in this paper, the controllability of high-order DC-DC converters is studied as follows: 1) A switching linear system model of high-order DC-DC converters is established, which can describe the dynamic characteristics of high-order DC-DC converters completely. In this paper, the controllability and application of high-order DC-DC converters based on switched linear system theory are studied. 2) the switched linear system model based on high-order DC-DC converters is modeled, and the system model is transformed into directed graph according to the convex combination principle. Furthermore, the structure controllability of high order DC-DC converter is analyzed. A prototype of three converters is made to verify the correctness of theoretical analysis. 3) the structural controllability of high order DC-DC converters is not guaranteed to be controllable under all circuit parameters, so it is necessary to analyze its state controllability when the parameters are known. The condition of state controllability of high order DC-DC converter is analyzed theoretically, and the correctness of the theoretical analysis is verified by simulation. The relation between the submodal controllability of switched linear systems and the controllability of the whole system is discussed, which enriches the controllability theory of switched linear systems (.4) and utilizes the output controllability theory of switched linear systems. The output controllability of high order DC-DC converter is proved by mathematical model, and the output controllability of three high order DC-DC converters is verified by load jump experiment. According to the characteristics of high order DC-DC converter controlled by PWM, the output controllability after one period and multi period is proposed, and based on the theory of control system, This paper discusses the applicability of a new nonlinear control strategy, single period control strategy, to high order DC-DC converters. Finally, taking Cuk converter as an example, the correctness of the analysis is verified by MATLAB/Simulink simulation. At the same time, it forms a method for the application of new control strategy.
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46

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本文编号：2203733