DC-DC变换器建模与数字化控制

发布时间：2017-07-26 10:12

  本文关键词：DC-DC变换器建模与数字化控制

  更多相关文章： LQR控制 DC-DC变换器 数字控制 卡尔曼滤波 抗积分饱和

【摘要】：随着社会经济突飞迅猛地发展,能源紧张问题日益严峻,新能源领域越来越受到学术界和工程界的关注,其中DC-DC变换器是光伏逆变、混合动力车等新能源能量管理的核心部件。传统的开关电源主要用于维持系统输入输出的基本恒定,并不能很好的适应输入输出面临大范围变化的情况。随着电力电子技术的不断发展,数字电源因其灵活设定,能够在线调整、进行状态监控等优势,得到广泛的应用,而现有的基于补偿网络或PID控制的数字电源无法灵活考虑主电路拓扑和扰动特性,难以有效提高数字电源的性能。因此对DC-DC变换器的数字化控制方法进行更深入的研究也是至关重要的。本论文旨在针对DC-DC变换器控制技术实际应用中存在的若干问题进行了研究,提出一种新型的基于LQR稳态最优控制的DC-DC变换器数字化控制方法,并搭建DC-DC变换器快速原型开发软硬件实验平台,实现了对Buck型和SEPIC型DC-DC变换器高效、稳定的控制。论文主要取得如下研究结果：(1)针对传统补偿网络或PID控制方法难以适应变换器负载大范围变化的问题,提出了一种新型的基于LQR稳态最优控制的DC-DC变换器数字化控制方法。将被控输出的误差作为扩展状态来引入积分控制作用以消除输出跟踪余差；为满足开关电源的超高频控制需要,引入稳态LQR和稳态Kalman来离线计算反馈增益矩阵；为消除占空比约束引起的过饱和作用,引入了抗积分饱和处理方法和控制器手自动模式切换策略。(2)实现了Buck型DC-DC变换器和SEPIC型DC-DC变换器数字控制。建立了Buck型和SEPIC型DC-DC变换器的大信号模型和小信号模型。基于NICompactRIO的硬件实验平台,实现对Buck型和SEPIC型DC-DC变换器基于LQR稳态最优控制的数字化控制方法和传统补偿网络控制方法的控制应用研究,并且对两种控制方法的效果进行比较,提出了基于LQR稳态最优控制的数字化控制方法中权重参数的选取方法。实验结果表明,提出的DC-DC变换器数字化控制方法具有更好的控制效果。(3)基于NI CompactRIO完成了DC-DC变换器快速原型开发的软硬件平台的搭建,并基于LabVIEW针对Buck和SEPIC型DC-DC变换器的LQR控制算法上位机程序和下位机程序的编写,并采用IP Builder对所编写的程序进行了优化。
【关键词】：LQR控制 DC-DC变换器 数字控制 卡尔曼滤波 抗积分饱和
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-16
• 第一章 绪论16-26
• 1.1 引言16-18
• 1.1.1 研究背景16-17
• 1.1.2 研究意义17-18
• 1.2 国内外DC-DC变换器控制技术研究进展18-22
• 1.3 本文创新点及主要研究内容22-26
• 1.3.1 论文创新点22
• 1.3.2 论文主要研究内容22-26
• 第二章 基于LQR稳态最优控制的DC-DC变换器数字化控制方法26-38
• 2.1 引言26-28
• 2.2 带有参考输入的控制器设计28-30
• 2.3 积分控制器设计30-31
• 2.4 基于LQR稳态最优控制器设计31-33
• 2.5 稳态卡尔曼滤波估计器设计33-34
• 2.6 抗积分饱和处理34-35
• 2.7 手自动模式切换35-36
• 2.8 本章小结36-38
• 第三章 DC-DC变换器快速原型开发软硬件平台搭建38-52
• 3.1 引言38
• 3.2 硬件实验平台38-40
• 3.3 LabVIEW开发环境介绍40-41
• 3.4 LabVIEW上位机程序41-44
• 3.5 CompactRIO-FPGA下位机程序44-48
• 3.5.1 采样模块44-45
• 3.5.2 PWM输出模块45
• 3.5.3 控制算法模块45-48
• 3.5.4 负载和输入电压触发模块48
• 3.6 IP Builder优化编程48-51
• 3.7 本章小结51-52
• 第四章 Buck型DC-DC变换器控制52-80
• 4.1 引言52
• 4.2 Buck型DC-DC变换器模型建立52-60
• 4.2.1 Buck型DC-DC变换器CCM模型建立53-57
• 4.2.2 Buck型DC-DC变换器DCM模型建立57-60
• 4.3 Buck型DC-DC变换器补偿网络设计60-69
• 4.3.1 补偿网络建立60-64
• 4.3.2 补偿网络离散化64-65
• 4.3.3 仿真结果65-67
• 4.3.4 软件设计67-69
• 4.4 Buck型DC-DC变换器基于LQR稳态最优控制方法实现69-76
• 4.4.1 权重参数选取方法69-73
• 4.4.2 实验结果73-76
• 4.5 基于LQR稳态最优控制方法与补偿网络控制方法实验结果对比76-79
• 4.6 本章小结79-80
• 第五章 SEPIC型DC-DC变换器控制80-98
• 5.1 引言80
• 5.2 SEPIC型DC-DC变换器模型建立80-88
• 5.2.1 SEPIC型DC-DC变换器大信号模型81-83
• 5.2.2 SEPIC型DC-DC变换器小信号模型83-88
• 5.3 SEPIC型DC-DC变换器补偿网络设计88-92
• 5.4 两种控制方法实验结果对比92-96
• 5.5 本章小结96-98
• 第六章 总结和展望98-102
• 6.1 本文工作总结98-99
• 6.2 后续工作展望99-102
• 参考文献102-108
• 附录108
• 作者简历108
• 攻读硕士期间的主要成果108

【参考文献】

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本文编号：575869