基于混杂系统的DC/DC变换器预测函数PID控制研究
发布时间：2023-05-27 03:57
开关器件的通断和连续动态系统的相互作用使得DC/DC变换器表现出非线性特性。传统的建模方法大多采用状态空间平均法,用线性关系近似代替变量间的非线性关系得到了小信号模型,小信号模型虽简单实用,但其忽略了变换器的固有特性,在非线性系统中具有很大的局限性。目前对DC/DC变换器控制方面的研究大多是在小信号模型的基础上采用线性控制,当系统受到大信号扰动时,鲁棒性和动态性能很难达到要求。因此,选择合适的建模方法和控制策略深入研究DC/DC变换器,提高其在大信号扰动下的鲁棒性和动态性能,具有重要意义。针对DC/DC变换器的混杂切换特性,本文采用混杂系统理论详细分析了其动力学行为,搭建了更精确的分段仿射模型。在分段仿射模型基础上结合预测函数PID控制算法,设计了单路DC/DC变换器和并联DC/DC变换器的控制系统。对系统在负载跳变情况下的动态性能进行研究,具体内容如下:(1)简要介绍混杂系统、预测函数PID控制算法等基本理论,分析变换器的混杂特性并搭建分段仿射模型;结合预测函数PID控制算法,推导了最优控制量的表达式,设计了单个Buck变换器预测函数PID控制系统。(2)采用Matlab软件对单个B...
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 DC/DC变换器建模方法研究现状
1.3 混杂系统简介与研究现状
1.3.1 混杂系统概念
1.3.2 混杂系统的模型
1.3.3 混杂系统的控制
1.3.4 混杂系统在电力电子领域的研究现状
1.4 DC/DC变换器控制技术研究现状
1.4.1 DC/DC变换器线性控制技术研究现状
1.4.2 DC/DC变换器非线性控制技术研究现状
1.5 本文研究的主要内容
第二章 预测函数PID算法和混杂系统理论及其分析
2.1 混杂系统
2.1.1 切换系统及模型
2.1.2 分段仿射系统
2.2 预测函数PID算法
2.2.1 基函数
2.2.2 参考轨迹
2.2.3 预测模型
2.2.4 误差补偿
2.2.5 滚动优化
2.3 DC/DC变换器的混杂切换系统建模
2.3.1 DC/DC变换器的数学模型
2.3.2 N步离散法
2.3.3 分段仿射(PWA)模型建立
2.4 PWA模型的Buck变换器预测函数PID控制算法研究
2.4.1 PWA模型的预测函数PID控制理论推导
2.4.2 最优控制问题求解
2.5 本章小结
第三章 基于Matlab的仿真研究
3.1 PWA模型的单Buck预测函数PID控制系统仿真研究
3.1.1 PWA模型的单Buck预测函数PID控制器设计
3.1.2 预测函数PID控制系统的仿真电路设计
3.1.3 仿真分析
3.2 双闭环PI控制Buck变换器仿真研究
3.2.1 双闭环PI控制器设计
3.2.2 双闭环PI控制算法仿真研究
3.3 PWA模型的并联Buck预测函数PID控制系统仿真研究
3.3.1 预测函数PID控制器与主从均流法的结合
3.3.2 预测函数PID控制算法实现
3.3.3 预测函数PID主从均流控制系统仿真研究
3.4 本章小结
第四章 基于FPGA的 DC/DC变换器硬件和软件设计
4.1 系统硬件设计
4.1.1 主电路设计
4.1.2 检测电路设计
4.1.3 模数转换电路
4.1.4 驱动电路设计
4.2 基于FPGA的软件设计
4.2.1 FPGA开发环境及设计流程
4.2.2 系统总体设计思路
4.2.3 预测函数PID和双闭环PI的数字电路实现
4.3 本章小结
第五章 基于FPGA的 DC/DC变换器实验研究
5.1 引言
5.2 Buck变换器预测函数PID实验
5.3 并联Buck预测函数PID实验
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
附录A 图表清单
附录B 仿真程序
附录C 软件设计部分顶层原理图
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢
本文编号：3823844
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
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摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 DC/DC变换器建模方法研究现状
1.3 混杂系统简介与研究现状
1.3.1 混杂系统概念
1.3.2 混杂系统的模型
1.3.3 混杂系统的控制
1.3.4 混杂系统在电力电子领域的研究现状
1.4 DC/DC变换器控制技术研究现状
1.4.1 DC/DC变换器线性控制技术研究现状
1.4.2 DC/DC变换器非线性控制技术研究现状
1.5 本文研究的主要内容
第二章 预测函数PID算法和混杂系统理论及其分析
2.1 混杂系统
2.1.1 切换系统及模型
2.1.2 分段仿射系统
2.2 预测函数PID算法
2.2.1 基函数
2.2.2 参考轨迹
2.2.3 预测模型
2.2.4 误差补偿
2.2.5 滚动优化
2.3 DC/DC变换器的混杂切换系统建模
2.3.1 DC/DC变换器的数学模型
2.3.2 N步离散法
2.3.3 分段仿射(PWA)模型建立
2.4 PWA模型的Buck变换器预测函数PID控制算法研究
2.4.1 PWA模型的预测函数PID控制理论推导
2.4.2 最优控制问题求解
2.5 本章小结
第三章 基于Matlab的仿真研究
3.1 PWA模型的单Buck预测函数PID控制系统仿真研究
3.1.1 PWA模型的单Buck预测函数PID控制器设计
3.1.2 预测函数PID控制系统的仿真电路设计
3.1.3 仿真分析
3.2 双闭环PI控制Buck变换器仿真研究
3.2.1 双闭环PI控制器设计
3.2.2 双闭环PI控制算法仿真研究
3.3 PWA模型的并联Buck预测函数PID控制系统仿真研究
3.3.1 预测函数PID控制器与主从均流法的结合
3.3.2 预测函数PID控制算法实现
3.3.3 预测函数PID主从均流控制系统仿真研究
3.4 本章小结
第四章 基于FPGA的 DC/DC变换器硬件和软件设计
4.1 系统硬件设计
4.1.1 主电路设计
4.1.2 检测电路设计
4.1.3 模数转换电路
4.1.4 驱动电路设计
4.2 基于FPGA的软件设计
4.2.1 FPGA开发环境及设计流程
4.2.2 系统总体设计思路
4.2.3 预测函数PID和双闭环PI的数字电路实现
4.3 本章小结
第五章 基于FPGA的 DC/DC变换器实验研究
5.1 引言
5.2 Buck变换器预测函数PID实验
5.3 并联Buck预测函数PID实验
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
附录A 图表清单
附录B 仿真程序
附录C 软件设计部分顶层原理图
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢
本文编号：3823844
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