基于分数阶PID控制器双向双半桥的DC-DC变换器

发布时间：2020-05-25 04:21

【摘要】：当今社会使用的大部分能源主要来自煤、石油等化石燃料,但化石燃料总会有枯竭的一天,所以,光伏、风能等新能源的利用将会飞速发展并在能源结构中的比重越来越大,双向DC-DC转换器是新能源利用系统不可或缺的一部分。基于此背景,本文设计了一种双半桥拓扑结构的双向DC-DC变换器作为电源电路,变换器通过相移控制方法实现对转换器能量流方向的控制;调节PWM控制信号的占空比以确保初级侧和次级侧之间的电压匹配,从而提高转换器的转换效率。本文设计了基于遗传算法整定优化得到的分数阶PID控制器的控制环节,并设计了前馈控制和负反馈控制相结合的控制策略,还实现了变换器的软开关运行,从而保证了变换器运行时的稳定性和鲁棒性。本文将首先介绍了变换器的发展过程、类型等,然后分析了双半桥拓扑功率电路的工作原理和工作过程。然后,阐述了前馈控制与负反馈控制相结合的控制策略的工作原理,以及基于遗传算法优化优化的分数阶PID控制器控制环节的原理和优点。再下来根据设计变换器的基本工作参数,设计了实际的功率电路和控制电路并制作了实验样机;最后,通过样机进行实际硬件实验;本文设计的控制策略由Simulink建立的模型验证。通过硬件实验和模型仿真,验证了本文设计的变换器的可行性。
【图文】：

所以本文用分数阶 PID 控制器替换电流内环中的 PI 环节，因此，稳定或减小了转换器输出电压的干扰，并且降低了转换器的响应时间。 具体原理图如图 3.5 所示。DC/DCUiPWMDUo电流分数阶PID调节器电压PI调节器Ur调制脉冲CLKUctrlUei、 图 3.5 外 PI 环节内分数阶 PID 环节控制策略Fig 3.5 Fractional PID Link Control Strategy in the External PI Link在本设计中前馈控制和负反馈都同时配备了外 PI环节内分数阶PID环节控制策略，这样有效的提高了变换器两个方向的稳定性。针对外 PI 环节内分数阶 PID 环节控制策略的 Simulink 仿真模型如图 3.6 所示。

= = （4-5）根据式（3-21）可以推出漏感 的表达式，如式（4-6）所示。 = 2 ( ) 2 2 （4-6）式中 为变换器的功率等级 400W；效率 取值为 0.9； 为变换器原边和副边之间的相位差，因为分析的为正向工作模式，所以取值范围为 ；直流母线侧电压输入额定值为 400V；开关周期 T 为 。然后以占空比 为横坐标，以相位差 为纵坐标，以漏感值 为竖坐标。然后，用 MATLAB 绘制了漏感 与占空比 和相位差 的关系图像，如图 4.1 所示。
【学位授予单位】：上海应用技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM46

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本文编号：2679563