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移相全桥双向直流变换器设计与控制研究

发布时间:2018-10-22 16:24
【摘要】:科学技术的发展使得双向直流变换器无论是在体积、重量、开关损耗、稳态精度、动态响应、转化效率方面均取得了长足进展。但是单一的控制策略很难满足系统对鲁棒性的要求,而且有限的拓扑结构也存在着不足:控制方式复杂,转换效率低、能量损失大等。随着现代控制技术的发展和先进控制策略的广泛应用,为直流变换器的控制方案提供了多种选择,也为改进和完善控制效果拓展了更大的发展空间。引起了越来越多人的关注和兴趣。本文对双向直流变换器的拓扑和控制策略进行了深入的研究。首先,对双向直流变换器的应用领域、现状与发展、软开关技术的发展进行了介绍与回顾,讨论了几种控制策略,对各种控制策略的利弊进行了对比介绍,随后对双向直流变换器的拓扑进行了研究并对升压模式和降压模式的原理、运行过程、控制方式、进行了详细介绍,同时对引起的电压尖峰问题对其产生的机理和解决方案进行了论述。接下来对研究对象的数学模型进行了研究。建立了双向直流变换器的模型。其次,对拓扑的各器件参数进行了详细的分析设计与计算,包括变压器变比、超前滞后桥臂并联电容、谐振电感、死区时间、输出滤波电感电容等。通过Matlab/simulink软件搭建了仿真系统,进行了开环仿真,验证了双向直流变换器的原理和拓扑设计。与此同时设计了电压外环和电流内环的闭环仿真系统,运用工程设计法设计了 PI参数。仿真结果验证了设计方法和设计参数的可行性。最后,结合滑模控制的原理和设计方法进行了分析研究,先进行了双向Buck-Boost非隔离直流变换器的滑模控制方案研究。通过对移相全桥直流变换器的等效分析,结合滑模控制对非隔离型直流变换器的控制方案,完成了对移相全桥直流变换器的滑模控制,并通过Matlab/simulink软件进行了仿真,验证了滑模控制在抑制扰动方面的优异表现及设计方案的可行性。
[Abstract]:With the development of science and technology, bidirectional DC / DC converters have made great progress in volume, weight, switching loss, steady-state accuracy, dynamic response and conversion efficiency. However, a single control strategy is difficult to meet the requirements of robustness of the system, and there are some shortcomings in the limited topology, such as complex control methods, low conversion efficiency, large energy loss and so on. With the development of modern control technology and the wide application of advanced control strategies, it provides a variety of options for DC converter control schemes, and also opens up a greater development space for improving and improving the control effect. Has aroused more and more people's attention and interest. In this paper, the topology and control strategy of two-way DC converter are studied. Firstly, the application field, current situation and development of bi-directional DC / DC converter and the development of soft switching technology are introduced and reviewed, several control strategies are discussed, and the advantages and disadvantages of various control strategies are compared. Then, the topology of bi-directional DC / DC converter is studied, and the principle, operation process and control mode of boost mode and step-down mode are introduced in detail. At the same time, the mechanism and solution of the voltage spike are discussed. Then the mathematical model of the research object is studied. The model of bidirectional DC / DC converter is established. Secondly, the device parameters of the topology are analyzed and calculated in detail, including transformer variable ratio, parallel capacitance of lead-lag arm, resonant inductance, dead-time, output filter inductor capacitance and so on. The simulation system is built by Matlab/simulink software and the open loop simulation is carried out to verify the principle and topology design of the bi-directional DC / DC converter. At the same time, the closed-loop simulation system of voltage outer loop and current inner loop is designed, and the PI parameters are designed by using engineering design method. The simulation results verify the feasibility of the design method and design parameters. Finally, the principle and design method of sliding mode control are analyzed and studied. Firstly, the sliding mode control scheme of bi-directional Buck-Boost non-isolated DC / DC converter is studied. Through the equivalent analysis of phase-shifted full-bridge DC / DC converter and the control scheme of sliding mode control for non-isolated DC / DC converter, the sliding mode control of phase-shifted full-bridge DC / DC converter is completed, and the simulation is carried out by Matlab/simulink software. The excellent performance of sliding mode control in restraining disturbance and the feasibility of design scheme are verified.
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TM46

【参考文献】

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本文编号:2287678

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