基于H∞及V~2控制的高鲁棒性高动态响应控制方法研究

发布时间：2017-09-28 08:33

  本文关键词：基于H∞及V~2控制的高鲁棒性高动态响应控制方法研究

  更多相关文章： V~2控制 H∞控制 BUCK变换器 鲁棒性 动态响应

【摘要】：新一代电力设备和微处理器领域的飞速发展,对其直流电源提出更具挑战性的性能标准,即直流电源输出动态响应迅速,控制环路结构简单及系统具备良好的鲁棒性。为满足该需求,本课题设计了基于H∞及V~2控制的高鲁棒性高动态响应的开关电源,该电源以BUCK变换器为主拓扑,通过控制环路的设计,满足了其工作特性的需求。本文针对提高系统输出动态响应的问题,主电路的控制环路采用V~2控制以提高直流电源输出动态响应的速度。本文分析了V~2控制BUCK变换器的工作特征,根据直流电源的小信号模型研究了V~2控制的特点,并在频域分析中将V~2控制依次与传统PI控制、峰值电流型控制进行对比,验证了V~2控制输出动态响应迅速的特性。V~2控制使得系统输出动态响应很快,但同时带来了抗干扰能力差、系统容易受到外界参数扰动的影响等缺点,为解决该问题,本文提出了在控制环路中运用H∞控制理论进行补偿器的设计。本文详细介绍了基于H∞控制BUCK变换器的设计过程,通过对其频域的分析得出了H∞控制系统具备较高的鲁棒性以及抗扰能力高的特点。为得到输出响应速度快,抗扰能力强的稳定供电电源,本文运用H∞控制理论对V~2控制环路进行改进处理,建立将V~2控制环路作为原受控系统的模型,根据系统特性进行权重函数的选择,运用MATLAB鲁棒工具箱对控制环路进行H∞控制补偿器的设计。通过频域和时域的仿真验证了基于H∞及V~2控制的BUCK变换器输出动态响应快、抗干扰能力强,同时系统具有较好的鲁棒稳定性。并在实验平台上进行基于H∞及V~2控制BUCK变换器可行的验证,在系统输入电压和负载突变时,系统依然稳定且输出暂态响应快速,符合高鲁棒性高动态响应开关电源的标准。
【关键词】：V~2控制 H∞控制 BUCK变换器 鲁棒性 动态响应
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题背景及研究的目的与意义8-9
• 1.2 基于V~2控制DC/DC变换器的研究现状9-11
• 1.2.1 DC/DC变换器的控制方法9-10
• 1.2.2 基于V~2控制DC/DC变换器的研究现状10-11
• 1.3 H∞控制理论应用于DC/DC变换器的研究现状11-13
• 1.3.1 H∞控制理论概述11-12
• 1.3.2 H∞控制理论应用于DC/DC变换器的研究现状12-13
• 1.4 主要研究内容13-14
• 第2章 V~2控制的BUCK变换器分析14-27
• 2.1 引言14
• 2.2 基于BUCK变换器V~2控制的工作原理14-16
• 2.3 V~2控制BUCK变换器的建模16-23
• 2.3.1 BUCK变换器的小信号建模16-19
• 2.3.2 V~2控制BUCK变换器的建模19-23
• 2.4 V~2控制BUCK变换器的仿真分析23-26
• 2.4.1 V~2控制BUCK变换器的频域仿真23-25
• 2.4.2 V~2控制BUCK变换器的时域仿真25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 H∞控制BUCK变换器设计27-36
• 3.1 引言27
• 3.2 H∞控制理论27-32
• 3.2.1 H∞控制基本理论27-31
• 3.2.2 权重函数的选择31-32
• 3.3 H∞控制BUCK变换器设计与分析32-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 基于H∞及V~2控制BUCK变换器的设计36-45
• 4.1 引言36
• 4.2 基于H∞及V~2控制的设计流程36-37
• 4.3 基于H∞及V~2控制BUCK变换器设计37-40
• 4.4 H∞及V~2控制BUCK变换器的仿真分析40-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第5章 硬件平台的搭建及实验分析45-57
• 5.1 实验平台的总体结构45
• 5.2 硬件电路设计45-49
• 5.2.1 主拓扑电路设计46-47
• 5.2.2 控制环路设计47-49
• 5.3 实验测试分析49-56
• 5.4 本章小结56-57
• 结论57-58
• 参考文献58-63
• 致谢63

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