DC-DC变换器的鲁棒控制研究

发布时间：2017-06-23 16:10

  本文关键词：DC-DC变换器的鲁棒控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着科学技术的发展以及社会生产力的提高,人们对电源品质的要求也越来越高。开关变换器作为一种电能处理装置,它的重要性无需多言,针对它的研究也是愈加受到学者们的重视。本文研究了开关变换器中的Boost型变换器。Boost型变换器为一种DC-DC(直流-直流)变换器,它的作用是获取一个比电路输入电压幅值高的输出电压。本文首先对DC-DC变换器控制方法的研究现状和今后的发展趋势做了概述。随后,论文对Boost型变换器进行了详细的分析和研究,针对变换器输入电压变化和负载扰动两种情况,分别进行了内模控制算法和滑模控制算法的设计。本文的主要研究内容如下：首先,介绍了Boost型变换器的工作原理。为实现滑模控制器和内模控制器的设计,分别运用状态空间平均法和小信号法对B oost型变换器建立数学模型。其次,基于Boost型变换器的状态空间模型设计了滑模控制算法。该算法旨在降低负载突变,参考电压变化以及输入电压变化对变换器输出电压的影响。同时,还详细分析了在输入电压受扰和输出电压测量误差的情况下,电路的负载、输入电压和参考输出电压,以及滑模控制器唯一需要设计的参数对电路输出电压纹波的影响。最后通过MATLAB仿真验证设计的滑模控制算法。文中采用了两种仿真方法,第一种方法基于电路数学模型,第二种方法基于实际物理电路。再次,基于Boost型变换器的小信号模型设计了内模控制算法。分析了在无外部干扰但是未知精确模型、模型精确已知但存在外部干扰、未知精确模型且存在外部干扰这三种情况下内模控制系统的性能。最后通过MATLAB仿真验证设计的控制算法。在此,采用基于实际物理电路的方法进行了仿真。另外,将设计的连续内模控制器做离散化处理,使得内模控制算法能在硬件实验平台中实现。最后搭建了实验用Boost型变换器硬件平台,通过Lab VIEW FPGA模块分别开发了以上两种控制算法的F PGA VI程序,通过实际实验验证了这两种算法满意的控制效果。
【关键词】：DC-DC Boost型变换器 滑模控制 内模控制 LabVIEW
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46;TP273
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-18
• 1.1 课题研究背景12-13
• 1.2 DC-DC变换器的研究现状及发展趋势13-15
• 1.2.1 研究现状13-15
• 1.2.2 发展趋势15
• 1.3 论文研究内容15-16
• 1.4 论文结构安排16-18
• 2 Boost型变换器基本原理及其建模18-28
• 2.1 Boost型变换器基本原理18-21
• 2.2 Boost型变换器建模21-24
• 2.2.1 状态空间平均法建模21-23
• 2.2.2 小信号建模23-24
• 2.3 Boost型变换器的仿真方法24-26
• 2.4 本章小结26-28
• 3 Boost型变换器的滑模控制28-48
• 3.1 滑模控制理论28-32
• 3.1.1 滑模控制理论简介28-31
• 3.1.2 滑模控制的基本思想31
• 3.1.3 滑模控制系统的设计31
• 3.1.4 等价控制31-32
• 3.2 滑模控制在Boost型变换器中的应用32-35
• 3.2.1 Boost型变换器的滑模控制算法设计32-34
• 3.2.2 系统稳定性分析34-35
• 3.3 仿真结果与分析35-47
• 3.3.1 基于数学模型的仿真36-38
• 3.3.2 基于实际物理电路的仿真38-41
• 3.3.3 两种仿真方法结果分析41-42
• 3.3.4 滑模控制算法进一步分析42-47
• 3.4 本章小结47-48
• 4 Boost型变换器的内模控制48-60
• 4.1 内模控制理论48-52
• 4.1.1 内模控制理论简介48-50
• 4.1.2 内模控制的主要性质50-51
• 4.1.3 内模控制的设计思路51
• 4.1.4 内模控制的设计步骤51-52
• 4.2 内模控制在Boost型变换器中的应用52-53
• 4.3 内模控制性能分析53-56
• 4.3.1 考虑无外部干扰但模型精确与否未知53-55
• 4.3.2 考虑模型精确但存在外部干扰55-56
• 4.3.3 考虑模型有差的同时存在外部干扰56
• 4.4 仿真结果与分析56-59
• 4.5 本章小结59-60
• 5 Boost型变换器硬件平台搭建与实验60-76
• 5.1 Boost型变换器硬件电路设计60-64
• 5.1.1 开关管驱动电路的设计60-61
• 5.1.2 主电路设计61-63
• 5.1.3 PCB电路图和实际电路板63-64
• 5.2 硬件平台搭建64-65
• 5.3 LabVIEW程序设计65-70
• 5.3.1 LabVIEW开发环境介绍65
• 5.3.2 LabVIEW上位机程序65-67
• 5.3.3 LabVIEW下位机程序67-70
• 5.4 实验结果与分析70-75
• 5.4.1 滑模控制算法结果与分析71-73
• 5.4.2 内模控制算法结果与分析73-75
• 5.5 本章小结75-76
• 6 结论76-78
• 参考文献78-81
• 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果81-83
• 学位论文数据集83

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本文编号：475595