燃料电池DC-DC变换器建模与控制

发布时间：2017-03-23 20:00

  本文关键词：燃料电池DC-DC变换器建模与控制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着环境污染和能源危机问题的加剧,新型绿色能源的发展越来越受到国际学术界和工程界的关注。燃料电池具有无污染、零排放、清洁、能量密度高等优点。燃料电池电能的产生依赖于燃料的提供,燃料供给的波动往往会导致燃料电池的输出电压不稳定甚至出现大范围波动,所以设计一个安全、可靠和高效的DC-DC变换器至关重要。 本文旨在设计能够有效转换燃料电池电能的DC-DC变换器,对其进行理论分析和研究,并采用嵌入式芯片实现控制算法,保证DC-DC变换器实现高效的电能转换。文章主要完成工作总结如下。 (1)提出了推挽Buck型DC-DC变换器和推挽Boost型DC-DC变换器拓扑结构。分别对其工作原理和特性进行分析,采用状态空间平均法建立各自的大信号系统模型。考虑到设计线性控制器需要基于线性模型的需求,通过分离大信号系统模型中电路的稳态参量和动态参量,获得线性小信号模型,便于线性控制器的设计。 (2)首先,设计并制作了推挽Buck型DC-DC变换器实验样机,硬件电路包括功率主回路、检测电路、驱动电路等。其次,结合电路小信号模型与已设计的电路参数进行实际电路的频域分析,指出电路存在的动态响应不足的问题,设计对应的模拟补偿反馈控制器,为实际硬件电路控制提供理论支撑。然后,通过DSP实现DC-DC电路的实际控制,实验结果表明DC-DC变换器的输出电压在DSP控制下能很好地跟踪到设定电压,并且具有良好的阶跃响应特性和抗负载突变的能力。 (3)采用快速模型预测控制算法控制正激DC-DC变换器,分析了该算法与传统模型预测控制相比的优点。首先建立了正激DC-DC变换器的小信号线性化模型和离散时间混杂模型,然后提出快速模型预测控制算法的控制目标性能函数和约束条件,针对可能存在的模型失配问题,采用修正设定电压的方式进行校正补偿。最后将控制效果与传统补偿反馈控制器进行比较,控制效果显著。
【关键词】：燃料电池 DC-DC变换器 快速模型预测控制 补偿反馈控制 DSP控制
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM46;TM911.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 引言12-13
• 1.1.1 研究背景12-13
• 1.1.2 研究意义13
• 1.2 燃料电池性能特点13-14
• 1.3 国内外燃料电池DC-DC研究进展14-18
• 1.3.1 燃料电池DC-DC变换器拓扑研究进展14-16
• 1.3.2 燃料电池DC-DC变换器控制技术研究进展16-18
• 1.4 本文创新点及研究主要内容18-22
• 1.4.1 论文创新点18
• 1.4.2 论文研究主要内容18-22
• 第2章 燃料电池推挽DC-DC变换器电路方案22-40
• 2.1 DC-DC变换器在燃料电池中的作用22-23
• 2.2 推挽BUCK型DC-DC变换器23-30
• 2.2.1 推挽Buck型DC-DC变换器工作原理分析23-26
• 2.2.2 推挽Buck型DC-DC变换器小信号模型26-30
• 2.3 推挽BOOST型DC-DC变换器30-38
• 2.3.1 推挽Boost型DC-DC变换器工作原理分析30-34
• 2.3.2 推挽Boost型DC-DC变换器小信号模型34-38
• 2.4 本章小结38-40
• 第3章 推挽BUCK型DC-DC变换器硬件设计及控制40-58
• 3.1 变压器设计40-42
• 3.2 滤波电感及滤波电容设计42-45
• 3.3 检测电路设计45-47
• 3.3.1 电压检测45-46
• 3.3.2 电流检测46-47
• 3.4 驱动电路设计47-49
• 3.5 辅助电源电路设计49
• 3.6 频域分析及补偿网络设计49-56
• 3.7 本章小结56-58
• 第4章 基于快速模型预测控制的DC-DC控制58-80
• 4.1 快速模型预测控制算法原理58-62
• 4.1.1 离线控制律计算58-61
• 4.1.2 在线控制61-62
• 4.2 辅助电源单端正激DC-DC控制62-72
• 4.2.1 正激DC-DC变换器建模62-69
• 4.2.2 正激DC-DC变换器控制策略69-71
• 4.2.3 模型失配校正71-72
• 4.3 仿真分析72-79
• 4.3.1 补偿反馈控制器设计72-73
• 4.3.2 快速模型预测控制器设计73-77
• 4.3.3 两种算法控制效果比较77-79
• 4.4 本章小结79-80
• 第5章 燃料电池推挽DC-DC变换器软件设计80-86
• 5.1 连续控制器的离散化80-81
• 5.2 DSP程序设计81-85
• 5.3 本章小结85-86
• 第6章 DC-DC变换器实验结果86-92
• 6.1 推挽BUCK型DC-DC变换器实验结果87-89
• 6.1.1 变压器工作波形87
• 6.1.2 变换器阶跃实验87-88
• 6.1.3 输出负载突变实验88-89
• 6.2 推挽BOOST型DC-DC变换器实验结果89-90
• 6.3 本章小结90-92
• 第7章 全文总结和展望92-94
• 7.1 本文工作总结92-93
• 7.2 后续工作展望93-94
• 参考文献94-100
• 附录1100-102
• 附录2102
• 作者简历102
• 攻读硕士期间的主要成果102

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 高朝晖;林辉;;状态空间设计在DC/DC变换器反馈控制中的应用[J];电机与控制学报;2007年04期

2 徐君;陈敏;鞠建永;徐德鸿;;基于相移控制的有源电力滤波器延时补偿策略[J];电机与控制学报;2009年02期

3 周雒维;孙鹏菊;杜雄;;数字控制DC-DC变换器的延时离散模型及影响分析[J];电机与控制学报;2010年05期

4 包伯成;许建平;刘中;;开关DC-DC变换器斜坡补偿的稳定性控制研究[J];电子科技大学学报;2008年03期

5 韩思亮,汤建新,马皓;双向DC/DC变换器滑模控制新方案研究[J];电力电子技术;2004年05期

6 吴屏;朱选才;徐德鸿;;高效燃料电池发电系统前级DC/DC变换器[J];电力电子技术;2007年09期

7 许海平;孙昌富;马刚;温旭辉;孔力;;基于DSP的燃料电池车用双向DC-DC变换器的研究[J];电气自动化;2004年03期

8 肖明,张逸成,姚勇涛,任恒良,孔繁虹,张洁萍;燃料电池汽车用DC/DC变换器的控制策略及仿真[J];低压电器;2002年06期

9 孙铁成;汤平华;孙亚秀;;基于DSP控制的新型全桥ZVS PWM DC-DC变换器[J];哈尔滨工业大学学报;2006年02期

10 耿涛;赵金;刘洋;;基于模糊推理的专家自整定PID控制器[J];华中科技大学学报(自然科学版);2010年06期

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本文编号：264447