LLC谐振变换器的抗漂移模糊PID控制策略研究

发布时间：2020-08-21 20:49

【摘要】：LLC谐振变换器无需增加辅助电路,即可实现全负载范围的原边开关管零电压开通和副边整流二极管零电流关断,可实现高功率密度同时保持高效率。这使得LLC谐振变换器成为研究的热点。另一方面,LLC谐振变换器是一个复杂的高阶系统,小信号传递函数的开环增益随工况剧烈变化,这容易使变换器控制性能恶化,针对该问题本文分析了开环增益的变化规律,并据此提出了一种抗漂移模糊PID控制。本文首先分析了LLC谐振变换器的工作模态及调压原理,进行了LLC谐振变换器关键参数特性分析,介绍了LLC谐振变换器小信号传递函数零极点漂移特性。根据参数特性分析,进行了实验平台主功率电路参数设计。其次,提出一种抗漂移模糊PID控制,本控制方法根据开环增益的变化规律,以开关频率及负载电流作为输入变量,在线调整比例系数,达到抵消开环增益漂移的效果。介绍了LLC谐振变换器的开环增益漂移特性,其中,重点介绍并分析了开环增益变化规律及开环增益漂移的危害,为下文提供理论基础。对LLC谐振变换器进行小信号建模,据此,整定了PID初始系数。然后设计模糊控制器,包括隶属函数设计、输入输出子集设计、模糊规则设计及解模糊方法设计。接着,对模糊控制器抗漂移效果进行分析,验证了抗漂移模糊PID控制可抵消开环增益漂移的影响。再根据以上设计在MATLAB中利用fuzzy工具箱搭建相应模型,于传统PID控制方法进行对比仿真,验证了本文所提抗漂移模糊PID控制的优越性。最后,详细介绍了实验平台控制系统软、硬件设计。搭建了800W的实验平台,对拓扑进行开环测试、负载阶跃响应对比测试、负载调整率测试、电压调整率测试以及效率测试。实验结果验证了抗漂移模糊PID控制应用于LLC谐振变换器的优越性及可行性。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM46
【图文】：

变化图,谐振电流,谐振变换器,驱动信号

图 2-7 LLC 谐振变换器增益图(Q=0.2，n=1)LC 谐振变换器电压增益随 k 值及开关频率变化图，假设 Q得，k 值越小，电压增益范围越大，相同增益范围对应的磁性元件的工作及开关管高效运行。因此，从增益及开关量小。但当谐振电感 Lr固定，则随着 k 值减小，意味着励变换器效率降低，具体将在下节展开分析。 Lm对 LLC 谐振变换器的影响对 LLC 谐振变换器性能影响很大，是 LLC 谐振变换器的感 Lm对 LLC 谐振变换器的影响。的影响0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.400.51fsfnVgs1Vgs2/Ir/ILm

谐振变换器,仿真图

华南理工大学硕士学位论文的影响，只保留直流及低频交流分量的信息，此前提称为“小纹波假设”。而 LLC 谐振变换器是通过“基波”传递能量的，开关频率附近的高频交流信息不可被消除，所以不符合“小纹波假设”[36]。有学者提出扩展描述函数建模法[37-39]，利用基尔霍夫定律对谐振变换器各部分列出非线性状态方程，用扩展描述函数法对非线性环节进行线性化处理，用谐波平衡法得到其大信号模型，对大信号模型进行小信号扰动与线性化处理，最后得到某个稳态工作点的小信号模型。然而此建模过程过于复杂，不便于应用。为此，一种时域仿真加曲线拟合的方法被提出，它免去了复杂的建模过程，便于工程设计[40]。

波特图,工具箱,谐振变换器

第三章抗漂移模糊 PID 控制策略研究电路级仿真，如图3-10所示。通过模拟环路分析仪原理，扫。注：仿真电路包含增益为20k的压控振荡器(VCO),仿真图忽，把波特图数据导入 MATLAB Curve Fitting Tool 工具箱，进LLC 谐振变换器开关频率小于谐振频率，此时系统可简化为设模型代入工具箱进行拟合，如图 3-12 所示。不考虑高频特C 谐振变换器小信号简化模型：310( 4545454)( )( 1969)( 55410)sG ss s++ +

【参考文献】