双线性DC/DC变换器混杂建模与优化控制
发布时间：2021-06-25 18:55
Boost、Buck-boost和Flyback等DC/DC变换器的连续时间状态空间模型实际上是由一组双线性微分方程来描述的,这类变换器控制的主要难点在于双线性项的处理和变换器所固有的混杂特性。对此,提出了一种针对这类DC/DC变换器的混杂建模和优化控制方法。该方法首先将开关周期等分为多个子周期,并通过迭代推导出变换器在开关周期内的离散时间状态更新函数。然后将双线性项在整个状态-输入空间内进行分段线性化处理,从而建立变换器的混杂模型。以Boost和Buck-boost DC/DC变换器为例,分别建立了其混杂模型,并进行了优化控制。最后通过实验对比分析了两种DC/DC变换器的优化控制效果,从而验证了该方法的通用性、有效性和优越性。
【文章来源】：电力系统保护与控制. 2020,48(19)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
Boost变换器和Buck-boost变换器等效电路
来表示[2]。x(t)Ax(t)Bx(t)u(t)Cu(t)D(4)式中，系数矩阵A,B,C,D由式(1)的系数矩阵F1,F2,g1,g2共同决定。由于x(t)u(t)是双线性项，因此属于一类双线性系统，双线性系统是一种形式简单且最接近线性系统的一类非线性系统。1.2离散时间模型为了进一步建立DC/DC变换器的离散时间混杂模型，令离散采样间隔等于开关管的开关周期Ts，然后将开关周期等分为1个子周期，每个子周期长度为s1T/,1N且11，如图2所示。图2子周期的划分和开关管的开关状态Fig.2Partitionofsubperiodandon-offstateofswitch用(i)表示skTi时刻的系统状态，i∈{0,1,,11}，按定义有(0)x(k)，1()x(k1)。并引入1个二进制逻辑变量111(),0,1,0,1,,1iiidkiv(5)用于判断每个子周期内开关管的开关状态。从图2中可见，开关管在每个子周期内均可能具有3种开关状态：①始终导通；②始终关断；③从导通变为关断。若用原变量i表示1，用反变量i表示0，则每个子周期内的状态更新函数可表示为111221aveave(),(1)(),(),iiiiiiiii状态①状态②状态③(6-a)ave1121ave1121(())(1())(())(1())vdkivdkivdkivdki(6-b)式中：矩阵,,,分别为式(1)中1212F,F,g,g的离散时间表达式，离散时间间隔为，11eF,22eF,111121(Ie)FFg,1222(IF22e)Fg。注意到，当
品ㄈ圆捎?PI控制，其输出与锯齿波信号相比较，得到PWM控制信号。此外，为保证实验结果的可比性，调节PI参数使两种控制方法能够获得相同的系统启动响应特性，在此基础上比较两者的负载响应特性和输入电压扰动特性。3.1负载响应特性图8—图10比较了在15ms时刻，负载由Ro=30突变为50，然后在30ms时刻，再由50突变为20时，两种变换器在不同控制方法下的瞬态扰动波形，并在表2中概括了控制性能评估参数。可见在负载发生阶跃扰动的情况下，采用优化控制法图8Boost变换器负载扰动比较波形Fig.8ComparisonwaveformsofBoostconverterunderloaddisturbance
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Buck-Boost矩阵变换器的异步电机调速系统控制策略[J]. 刘继,张小平,张瑞瑞. 电力系统保护与控制. 2019(20)
[2]一种可用于直流变压器的多谐振变换器等效建模及分析方法[J]. 赵宝国,李国栋,陈博,冀睿琳,米肇丰. 高压电器. 2019(09)
[3]一种双不对称升压倍增单元的耦合电感Boost变换器[J]. 朱彦磊,傅亚光,艾建,周绍元,陈大鹏. 电力系统保护与控制. 2019(12)
[4]开关变换器及其控制环路的建模综述[J]. 周国华,冷敏瑞,李媛,田庆新,邓伦博. 中国电机工程学报. 2020(01)
[5]分布式控制的多模块并联电流型双向直流—直流变换器[J]. 宋波,杨峰,易航. 高压电器. 2019(02)
[6]DC-DC变换器的差模传导干扰耦合通道建模分析[J]. 韩素敏,吴晓静,苗纪青. 电力系统保护与控制. 2018(07)
[7]基于离散演化映射的DC/DC变换器混合逻辑动态建模[J]. 段翔兮,佃松宜,郑万里. 电测与仪表. 2017(03)
[8]并联Buck DC/DC变换器的分布式混杂建模与优化控制[J]. 王擎宇,龚仁喜,秦丽文,俸昭合. 中国电机工程学报. 2016(05)
[9]并联DC/DC变换器的混杂系统建模与优化控制[J]. 贾僖泉,龚仁喜,杨江宁,汪洋,王擎宇. 电测与仪表. 2016(04)
[10]基于系统辨识RLS算法的PWM变换器小信号建模[J]. 杨杰,鄢登高,师宇杰. 系统仿真学报. 2013(07)
本文编号：3249765
【文章来源】：电力系统保护与控制. 2020,48(19)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
Boost变换器和Buck-boost变换器等效电路
来表示[2]。x(t)Ax(t)Bx(t)u(t)Cu(t)D(4)式中，系数矩阵A,B,C,D由式(1)的系数矩阵F1,F2,g1,g2共同决定。由于x(t)u(t)是双线性项，因此属于一类双线性系统，双线性系统是一种形式简单且最接近线性系统的一类非线性系统。1.2离散时间模型为了进一步建立DC/DC变换器的离散时间混杂模型，令离散采样间隔等于开关管的开关周期Ts，然后将开关周期等分为1个子周期，每个子周期长度为s1T/,1N且11，如图2所示。图2子周期的划分和开关管的开关状态Fig.2Partitionofsubperiodandon-offstateofswitch用(i)表示skTi时刻的系统状态，i∈{0,1,,11}，按定义有(0)x(k)，1()x(k1)。并引入1个二进制逻辑变量111(),0,1,0,1,,1iiidkiv(5)用于判断每个子周期内开关管的开关状态。从图2中可见，开关管在每个子周期内均可能具有3种开关状态：①始终导通；②始终关断；③从导通变为关断。若用原变量i表示1，用反变量i表示0，则每个子周期内的状态更新函数可表示为111221aveave(),(1)(),(),iiiiiiiii状态①状态②状态③(6-a)ave1121ave1121(())(1())(())(1())vdkivdkivdkivdki(6-b)式中：矩阵,,,分别为式(1)中1212F,F,g,g的离散时间表达式，离散时间间隔为，11eF,22eF,111121(Ie)FFg,1222(IF22e)Fg。注意到，当
品ㄈ圆捎?PI控制，其输出与锯齿波信号相比较，得到PWM控制信号。此外，为保证实验结果的可比性，调节PI参数使两种控制方法能够获得相同的系统启动响应特性，在此基础上比较两者的负载响应特性和输入电压扰动特性。3.1负载响应特性图8—图10比较了在15ms时刻，负载由Ro=30突变为50，然后在30ms时刻，再由50突变为20时，两种变换器在不同控制方法下的瞬态扰动波形，并在表2中概括了控制性能评估参数。可见在负载发生阶跃扰动的情况下，采用优化控制法图8Boost变换器负载扰动比较波形Fig.8ComparisonwaveformsofBoostconverterunderloaddisturbance
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Buck-Boost矩阵变换器的异步电机调速系统控制策略[J]. 刘继,张小平,张瑞瑞. 电力系统保护与控制. 2019(20)
[2]一种可用于直流变压器的多谐振变换器等效建模及分析方法[J]. 赵宝国,李国栋,陈博,冀睿琳,米肇丰. 高压电器. 2019(09)
[3]一种双不对称升压倍增单元的耦合电感Boost变换器[J]. 朱彦磊,傅亚光,艾建,周绍元,陈大鹏. 电力系统保护与控制. 2019(12)
[4]开关变换器及其控制环路的建模综述[J]. 周国华,冷敏瑞,李媛,田庆新,邓伦博. 中国电机工程学报. 2020(01)
[5]分布式控制的多模块并联电流型双向直流—直流变换器[J]. 宋波,杨峰,易航. 高压电器. 2019(02)
[6]DC-DC变换器的差模传导干扰耦合通道建模分析[J]. 韩素敏,吴晓静,苗纪青. 电力系统保护与控制. 2018(07)
[7]基于离散演化映射的DC/DC变换器混合逻辑动态建模[J]. 段翔兮,佃松宜,郑万里. 电测与仪表. 2017(03)
[8]并联Buck DC/DC变换器的分布式混杂建模与优化控制[J]. 王擎宇,龚仁喜,秦丽文,俸昭合. 中国电机工程学报. 2016(05)
[9]并联DC/DC变换器的混杂系统建模与优化控制[J]. 贾僖泉,龚仁喜,杨江宁,汪洋,王擎宇. 电测与仪表. 2016(04)
[10]基于系统辨识RLS算法的PWM变换器小信号建模[J]. 杨杰,鄢登高,师宇杰. 系统仿真学报. 2013(07)
本文编号：3249765
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3249765.html
教材专著
