开关电感Boost变换器中非线性行为与混沌控制的研究
本文选题:开关电感Boost变换器 + 非线性行为 ; 参考:《哈尔滨工业大学》2014年硕士论文
【摘要】:随着光伏发电系统以及燃料电池等绿色能源的不断应用和发展,高增益DC-DC变换器逐渐成为国内外学者的研究热点,由此提出的开关电感Boost变换器在保证高电压传输比的同时,还能够减少开关器件的电流应力和电压应力、降低电路损耗、提高系统效率,是具有广阔应用前景的新型拓扑结构。然而,由于开关器件的存在,变换器本身属于强非线性系统,其运行状态极易受到电路参数的影响,由此导致的分岔或混沌现象将严重影响设备的正常运行。因此,利用非线性动力学理论研究此新型变换器中的非线性行为,并采取有效的控制策略抑制其中的混沌现象,将对提高系统的稳定性具有重要意义。 本文首先以电流模式控制下的开关电感Boost变换器为研究对象,建立了系统在电流连续模式下的离散迭代映射模型,采用分岔图、Lyapunov指数、庞加莱截面以及Jacobian矩阵特征值等方法确定了系统分岔点的类型与稳定参数域,发现了传统Boost变换器中所没有的特殊的分岔轨线相交现象;并通过PSIM软件搭建了系统的仿真模块,验证了数值模拟结果的正确性。 在实际工程应用中,为满足大容量场合的应用条件,常将两个或两个以上的开关变换器组合在一起,形成并联系统,但其非线性行为的研究成果却鲜有报道。因此,本文以开关电感Boost变换器所组成的多级并联系统为例,采用数值模拟和PSIM仿真验证相结合的方法深入研究了系统的非线性动力学特性,证明了并联个数越多系统越容易进入混沌状态的结论。 为了将处于混沌状态的开关电感Boost变换器控制到周期轨道,本文采用参数共振微扰法和斜坡补偿法分别对电流模式控制下的开关电感Boost变换器进行控制;通过理论推导和数值模拟对两种控制方法的原理进行了分析,并在PSIM软件中搭建了仿真模型,,由仿真结果证实了控制方法的有效性。 最后,搭建了实验平台,从实际的角度验证了开关电感Boost变换器及其多级并联变换器系统中复杂和多样的非线性动力学行为,证实了斜坡补偿法可以将处于混沌状态的系统控制到不同的周期轨道。 本文的研究结果对开关电感Boost变换器及其多级并联变换器系统的参数优化和稳定性分析具有重要的指导意义。
[Abstract]:With the continuous application and development of green energy, such as photovoltaic power generation system and fuel cell, high gain DC-DC converter has gradually become the research hotspot of scholars at home and abroad. As a result, the switched inductor Boost converter can reduce the current stress and voltage stress of the switch device and reduce the circuit loss while guaranteeing the high voltage transmission ratio. However, because of the existence of the switch devices, the converter itself belongs to the strong nonlinear system, and its operating state is easily affected by the circuit parameters. The resulting bifurcation or chaos will seriously affect the normal operation of the equipment. Therefore, the use of nonlinear dynamic power is used. It is of great significance to improve the stability of the system to study the nonlinear behavior in this new type of converter and to take effective control strategies to suppress the chaotic phenomena.
In this paper, based on the switched inductor Boost converter controlled by current mode, the discrete iterative mapping model of the system is established under the continuous current mode. The bifurcation diagram, the Lyapunov exponent, the Poincare section and the eigenvalue of the Jacobian matrix are used to determine the type of the bifurcation point and the stable parameter domain. The special bifurcated rail line intersecting phenomenon is not found in the Boost converter, and the simulation module of the system is set up through the PSIM software to verify the correctness of the numerical simulation results.
In practical engineering applications, in order to meet the application conditions of large capacity applications, two or more than two switching converters are often combined together to form a parallel system, but the research results of its nonlinear behavior are rarely reported. Therefore, the multistage parallel system formed by the switched inductor Boost converter is taken as an example, and the numerical simulation and PS are used in this paper. The nonlinear dynamic characteristics of the system are studied by the combined method of IM simulation and verification, and the conclusion that the system is more easy to enter the chaotic state is proved by the number of parallel numbers.
In order to control the switched inductor Boost converter in the chaotic state to the periodic orbit, this paper uses the parametric resonance perturbation method and the slope compensation method to control the switched inductor Boost converter under the current mode control respectively. The principle of the two control methods is analyzed by theoretical deduction and numerical simulation, and the PSIM software is also used in the analysis. The simulation model is built and the effectiveness of the control method is verified by simulation results.
Finally, an experimental platform is built to verify the complex and diverse nonlinear dynamic behavior of the switched inductor Boost converter and its multistage parallel converter system from a practical point of view. It is proved that the slope compensation method can control the system in a chaotic state to the different periodic tracks.
The research results in this paper have important guiding significance for parameter optimization and stability analysis of switched inductor Boost converter and its multistage parallel converter system.
【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】:2014
【分类号】:TM46
【共引文献】
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本文编号:1792123
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