基于预测函数控制的DC/DC变换器研究
发布时间：2022-02-17 11:23
随着DC/DC变换器大量推广应用,除了对其稳态性能有严格要求外,对动态性能的要求也日益提高。传统控制方法是依托于小信号模型来设计控制器参数,当在设计值附近运行时,DC/DC变换器具有良好稳态性能;但在发生负载切换等大信号变化时,动态性能很难满足要求。因此,通过合适方法来提高DC/DC变换器动态性能,具有重要的理论与工程价值。DC/DC变换器属于强非线性系统,难以得到精确的数学模型。因此,本文将低计算复杂度并且对模型精度要求不高的预测函数控制（PFC）算法应用于DC/DC变换器的定频控制中,有效避免了精确建模的难题,并降低了因负载突变、模型失配带来的不利影响,提高了DC/DC变换器动态性能。本文主要内容如下:（1）介绍PFC算法的基本原理,推导状态方程形式下的控制量表达式;理论分析PFC控制系统的闭环稳定性,并通过对一阶、二阶系统仿真,完成理论分析验证。（2）针对单路Buck变换器特点,提出了使用电压电流真实采样值来求解模型预测值的PFC方法。通过增加反馈校正系数来纠正预测误差,推导出了占空比显示表达式,并利用Matlab软件仿真验证了PFC方法的有效性。（3）结合并联Buck变换器与主...
【文章来源】：安徽工业大学安徽省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景
1.2 模型预测控制介绍
1.3 DC/DC变换器研究现状
1.3.1 DC/DC变换器建模方法
1.3.2 DC/DC变换器控制方法
1.4 DC/DC变换器的预测控制研究现状
1.5 本文主要研究内容
第二章 预测函数控制的基本原理与稳定性分析
2.1 引言
2.2 预测函数控制的基本原理
2.2.1 基函数
2.2.2 参考轨迹
2.2.3 预测模型
2.2.4 反馈校正
2.2.5 滚动优化
2.2.6 结论
2.3 闭环系统的稳定性分析
2.3.1 一阶系统跟踪阶跃设定值
2.3.2 一阶系统跟踪斜坡设定值
2.3.3 N阶系统跟踪阶跃设定值
2.4 预测函数控制算法的仿真研究
2.4.1 一阶系统的PFC仿真
2.4.2 二阶系统的PFC仿真
2.5 本章小结
第三章 DC/DC变换器的PFC型控制器设计与仿真验证
3.1 引言
3.2 Buck变换器介绍
3.2.1 Buck变换器工作原理
3.2.2 Buck变换器工作模式
3.3 双闭环PI控制型Buck变换器
3.3.1 双闭环PI控制器设计
3.3.2 双闭环PI控制算法仿真验证
3.4 PFC控制型单路Buck变换器
3.4.1 PFC控制器设计
3.4.2 PFC控制算法仿真验证
3.5 PFC-PI串级控制型并联Buck变换器
3.5.1 PFC-PI串级控制器设计
3.5.2 PFC-PI串级控制算法仿真验证
3.6 本章小结
第四章 DC/DC变换器硬件设计与软件设计
4.1 引言
4.2 Buck变换器硬件设计
4.2.1 主电路设计
4.2.2 电压电流检测电路设计
4.2.3 A/D转换电路设计
4.2.4 驱动与隔离电路设计
4.3 基于FPGA的软件设计
4.3.1 算法实现思路
4.3.2 时钟模块
4.3.3 初始化延时模块
4.3.4 A/D采样模块
4.3.5 PI控制器模块
4.3.6 PFC控制器模块
4.3.7 PWM模块
4.4 本章小结
第五章 实验验证
5.1 引言
5.2 单路Buck变换器实验验证
5.2.1 双闭环PI控制算法实验验证
5.2.2 PFC控制算法实验验证
5.3 并联Buck变换器实验验证
5.3.1 双闭环PI控制算法实验验证
5.3.2 PFC-PI串级控制算法实验验证
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
附录A 图表清单
附录B PFC控制器S-Function程序
附录C FPGA程序
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]车载充电PWM软开关DC-DC变换器研究综述[J]. 李红梅,张恒果,崔超. 电工技术学报. 2017(24)
[2]有限集模型预测控制在电力电子系统中的研究现状和发展趋势[J]. 柳志飞,杜贵平,杜发达. 电工技术学报. 2017(22)
[3]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)
[4]卫星三端口DC-DC变换器技术综述[J]. 姚雨迎,鄢婉娟. 航天器工程. 2014(05)
[5]模型预测控制——现状与挑战[J]. 席裕庚,李德伟,林姝. 自动化学报. 2013(03)
[6]电压型PWM整流器预测直接功率控制[J]. 杨兴武,姜建国. 中国电机工程学报. 2011(03)
[7]基于预测电流控制的三相高功率因数PWM整流器研究[J]. 方宇,裘迅,邢岩,胡育文. 中国电机工程学报. 2006(20)
[8]DC/DC模块有源均流技术研究[J]. 张军明,谢小高,吴新科,钱照明. 中国电机工程学报. 2005(19)
[9]交流伺服系统串级预测函数控制的仿真研究[J]. 潘红华,胡家升,王建明,汪德虎. 系统仿真学报. 2003(06)
[10]PFC-PID串级控制在主汽温控制系统中的应用研究[J]. 王国玉,韩璞,王东风,周黎辉. 中国电机工程学报. 2002(12)
博士论文
[1]航天器多路精确稳压DC-DC变换器数字控制研究[D]. 姚雨迎.哈尔滨工业大学 2009
[2]大功率双向DC-DC变换器拓扑结构及其分析理论研究[D]. 许海平.中国科学院研究生院（电工研究所） 2005
[3]DC-DC开关变换器的建模分析与研究[D]. 欧阳长莲.南京航空航天大学 2005
硕士论文
[1]高压直流通信电源中高频开关整流模块的研究[D]. 宋卫平.南京航空航天大学 2012
[2]永磁同步电机的预测函数控制研究[D]. 龚楠.西安理工大学 2008
[3]非线性控制策略在DC-DC电力电子变换器中的应用[D]. 闫媛媛.山东大学 2007
[4]预测函数控制的改进算法研究[D]. 沈国良.浙江大学 2007
[5]数字控制DC-DC变换器的研究[D]. 许会军.天津大学 2006
[6]12KW 28VDC/125VDC变换器的研制[D]. 王琪.南京航空航天大学 2005
本文编号：3629345
【文章来源】：安徽工业大学安徽省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景
1.2 模型预测控制介绍
1.3 DC/DC变换器研究现状
1.3.1 DC/DC变换器建模方法
1.3.2 DC/DC变换器控制方法
1.4 DC/DC变换器的预测控制研究现状
1.5 本文主要研究内容
第二章 预测函数控制的基本原理与稳定性分析
2.1 引言
2.2 预测函数控制的基本原理
2.2.1 基函数
2.2.2 参考轨迹
2.2.3 预测模型
2.2.4 反馈校正
2.2.5 滚动优化
2.2.6 结论
2.3 闭环系统的稳定性分析
2.3.1 一阶系统跟踪阶跃设定值
2.3.2 一阶系统跟踪斜坡设定值
2.3.3 N阶系统跟踪阶跃设定值
2.4 预测函数控制算法的仿真研究
2.4.1 一阶系统的PFC仿真
2.4.2 二阶系统的PFC仿真
2.5 本章小结
第三章 DC/DC变换器的PFC型控制器设计与仿真验证
3.1 引言
3.2 Buck变换器介绍
3.2.1 Buck变换器工作原理
3.2.2 Buck变换器工作模式
3.3 双闭环PI控制型Buck变换器
3.3.1 双闭环PI控制器设计
3.3.2 双闭环PI控制算法仿真验证
3.4 PFC控制型单路Buck变换器
3.4.1 PFC控制器设计
3.4.2 PFC控制算法仿真验证
3.5 PFC-PI串级控制型并联Buck变换器
3.5.1 PFC-PI串级控制器设计
3.5.2 PFC-PI串级控制算法仿真验证
3.6 本章小结
第四章 DC/DC变换器硬件设计与软件设计
4.1 引言
4.2 Buck变换器硬件设计
4.2.1 主电路设计
4.2.2 电压电流检测电路设计
4.2.3 A/D转换电路设计
4.2.4 驱动与隔离电路设计
4.3 基于FPGA的软件设计
4.3.1 算法实现思路
4.3.2 时钟模块
4.3.3 初始化延时模块
4.3.4 A/D采样模块
4.3.5 PI控制器模块
4.3.6 PFC控制器模块
4.3.7 PWM模块
4.4 本章小结
第五章 实验验证
5.1 引言
5.2 单路Buck变换器实验验证
5.2.1 双闭环PI控制算法实验验证
5.2.2 PFC控制算法实验验证
5.3 并联Buck变换器实验验证
5.3.1 双闭环PI控制算法实验验证
5.3.2 PFC-PI串级控制算法实验验证
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
附录A 图表清单
附录B PFC控制器S-Function程序
附录C FPGA程序
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]车载充电PWM软开关DC-DC变换器研究综述[J]. 李红梅,张恒果,崔超. 电工技术学报. 2017(24)
[2]有限集模型预测控制在电力电子系统中的研究现状和发展趋势[J]. 柳志飞,杜贵平,杜发达. 电工技术学报. 2017(22)
[3]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)
[4]卫星三端口DC-DC变换器技术综述[J]. 姚雨迎,鄢婉娟. 航天器工程. 2014(05)
[5]模型预测控制——现状与挑战[J]. 席裕庚,李德伟,林姝. 自动化学报. 2013(03)
[6]电压型PWM整流器预测直接功率控制[J]. 杨兴武,姜建国. 中国电机工程学报. 2011(03)
[7]基于预测电流控制的三相高功率因数PWM整流器研究[J]. 方宇,裘迅,邢岩,胡育文. 中国电机工程学报. 2006(20)
[8]DC/DC模块有源均流技术研究[J]. 张军明,谢小高,吴新科,钱照明. 中国电机工程学报. 2005(19)
[9]交流伺服系统串级预测函数控制的仿真研究[J]. 潘红华,胡家升,王建明,汪德虎. 系统仿真学报. 2003(06)
[10]PFC-PID串级控制在主汽温控制系统中的应用研究[J]. 王国玉,韩璞,王东风,周黎辉. 中国电机工程学报. 2002(12)
博士论文
[1]航天器多路精确稳压DC-DC变换器数字控制研究[D]. 姚雨迎.哈尔滨工业大学 2009
[2]大功率双向DC-DC变换器拓扑结构及其分析理论研究[D]. 许海平.中国科学院研究生院（电工研究所） 2005
[3]DC-DC开关变换器的建模分析与研究[D]. 欧阳长莲.南京航空航天大学 2005
硕士论文
[1]高压直流通信电源中高频开关整流模块的研究[D]. 宋卫平.南京航空航天大学 2012
[2]永磁同步电机的预测函数控制研究[D]. 龚楠.西安理工大学 2008
[3]非线性控制策略在DC-DC电力电子变换器中的应用[D]. 闫媛媛.山东大学 2007
[4]预测函数控制的改进算法研究[D]. 沈国良.浙江大学 2007
[5]数字控制DC-DC变换器的研究[D]. 许会军.天津大学 2006
[6]12KW 28VDC/125VDC变换器的研制[D]. 王琪.南京航空航天大学 2005
本文编号：3629345
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3629345.html
