开关变换器系统混沌产生机理及控制研究

发布时间：2020-05-13 06:05

【摘要】：随着新能源的开发和利用,智能控制系统的快速发展,开关变换器已广泛应用于各个行业。在新能源汽车领域,将动力电池的直流电转换为变频的交流电,用于驱动电动机;在风力涡轮机领域,变频风电被转换成固定频率的交流电送到千家万户;在汽车应用领域,通过直流电压的转换(DC-DC)满足控制系统的需求。应用领域的快速发展对开关变换器的工作效率、精度、稳定性及适用性都提出了更高的要求。开关变换器由开关管、电感和电容等非线性元件组成,导致工作过程中会产生混沌现象,而混沌的产生将严重影响开关变换器的工作性能。因此,对开关变换器的混沌产生机理及控制策略的研究是亟待解决的问题。本文拟从以下几个方面研究开关变换器:首先,基于混沌理论分析开关变换器电路,验证开关变换器电路中存在的非线性特性。讨论根轨迹及伯德图在非线性系统中的分析方法,并分析各种控制策略的特点。其次,选取典型的降压式DC-DC变换器进行分析,基于典型参数建立仿真模型,将自动控制领域的分析方法引入开关变换器系统,利用根轨迹及伯德图判定系统稳定性,通过传递函数获得零极点的位置、伯德图的趋势及区间,探讨稳定性是否满足要求,并根据稳定性判据整定PID参数,选取输入输出子集范围、确定模糊推理函数及设计控制规则,完成模糊PID控制器的设计并测试控制效果。再次,将混沌理论应用于开关变换器的非线性电路特性研究中,针对电压控制型降压变换器进行特性分析,阐述两种工作模式下的拓扑结构及器件参数选取方法。搭建Simulink仿真模型,利用相图将各参数变化过程中对电路工作状态的影响进行分析,用时域波形图对电路工作状态的转化进行说明,获得开关变换器的混沌产生机理之一是由于充电电流过大时,使得输出电压上升过快引起的。最后,针对降压式DC-DC变换器搭建传统PID和模糊PID控制模型,并根据实际仿真结果进一步调整PID参数,分别测试其控制效果,对比传统PID及模糊PID控制性能差异,通过定量分析确定模糊PID具有调整速度快、鲁棒性好、无超调及使用便捷等控制优势,可有效提高开关变换器系统工作性能。
【图文】：

曲线,伯德图,曲线,对数分度

伯德图由贝尔实验室的荷兰裔科学家Ｂｏｄｅ．Ｈ．Ｗ在１９４０年提出，伯德图逡逑是系统频率响应的一种图示方法［２８］，按频率的对数分度绘制，由幅频特性曲逡逑线和相频特性曲线组成，如图２－５所示。逡逑伯德图的绘制可以直接利用ＭＡＴＬＡＢ提供的函数绘制，得到伯德图后，逡逑对其进行特殊指标的分析，，就可以判断系统的稳定特性，其中包含两个重要逡逑的测量指标：逡逑１．

轨迹图,整定,轨迹,根轨迹

咖邋７．３５ｘｌＯ￣Ｖ＋３＿５ｘｌＯ、＋ｌ逦ｖ邋）逡逑由此，当前系统根轨迹可通过ＭＡＴＬＡＢ提供的函数绘制如图３－２所示。逡逑当前根轨迹沿着虚轴距离２３８的一条直线，向上和向下移动至无穷大，并且逡逑开环极点和虚轴之间的距离太近，从而影响系统的快速性。逡逑ｘ邋ＴＯ－＊逦Ｒｏｏｔ邋Ｌｏｃｕｓ逡逑２｜邋１邋＾逡逑１．５邋■逦Ｓｙｓｔｅｍ邋Ｇ逡逑Ｇａｉｎ：邋０．０２３２逡逑＾逦Ｆｔｏｌｅ：－２３８邋？邋４．１６ｅ＋０３ｉ逡逑Ｔｙ，逦１邋■逦Ｄａｍｐｎｇ：邋０．０５７１逡逑■0逦Ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ邋（％）：邋８３．６逡逑８逦Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋（ｒａｄ／ｓ）：邋４．ｌ７ｅ＊０３逡逑０．５逡逑１逡逑ｒｏ邋－０．５：逡逑ｔ邋－逡逑－１．５邋［逡逑－２０００逦－１５００逦－１０００逦－５００逦０逦５００逦１０００逦１５００逡逑Ｒｅａｌ邋Ａｘｉｓ邋（ｓｅｃｏｎｄｓ＇１）逡逑图３－２整定前系统根轨迹逡逑Ｆｉｇ．邋３－２邋Ｓｙｓｔｅｍ邋ｒｏｏｔ邋ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ邋ｂｅｆｏｒｅ邋ｔｕｎｉｎｇ逡逑调用ＭＡＴＬＡＢ提供的ｂｏｄｅ函数绘制伯德图如下：逡逑—１６—逡逑
【学位授予单位】：延边大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM46;O415.5

【参考文献】