基于单神经元自适应PID算法的数模混合方式开关电源控制技术研究

发布时间：2021-05-21 17:22

　　近年来,由于电力电子技术的飞速发展,开关电源作为所有电子设备的基本组成部分,广泛应用于国防军事、工业生产、生活起居的各个方面,而控制系统作为开关电源的灵魂至关重要,因此对开关电源控制技术进行研究具有重要意义。本文针对Buck型变换器,对数模混合式开关电源控制系统进行研究。论文首先采用状态空间平均法对Buck型变换器进行数学建模给并出主拓扑的传递函数,然后以此数学模型为基础对使用峰值电流控制模式的Buck型变换器进行模拟控制环路设计。其次,论文引入结构简单的单神经元自适应PID（SNA-PID）控制器作为数模混合控制系统的数字控制器,以改善模拟控制环路精度低、适应性差的缺点。文中分别设计了常规PID控制器和单神经元自适应PID控制器,并在Matlab/Simulink平台搭建峰值电流模式控制环路仿真模型和数字算法模型进行仿真。仿真结果表明,输入电压100V、开关频率为50KHz的Buck型变换器,与峰值电流控制模式下的模拟控制环路和基于常规PID算法的数模混合控制环路相比,当输出电压为50V、负载10Ω时,基于单神经元自适应PID的数模混合控制环路的输出误差分别减少了 80%和3%,当负... 

【文章来源】：西安理工大学陕西省

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 论文内容及章节安排
2 BUCK型开关电源工作原理及数学建模
    2.1 开关电源的工作原理
        2.1.1 开关电源简介
        2.1.2 Buck型开关电源原理
    2.2 Buck型开关电源的工作模式
        2.2.1 电流断续导通工作模式
        2.2.2 电流连续导通工作模式
        2.2.3 电流临界导通工作模式
    2.3 Buck型开关电源的调制方式
        2.3.1 PWM调制方式
        2.3.2 PFM调制方式
    2.4 Buck型开关电源的控制模式
        2.4.1 迟滞模控制
        2.4.2 电压模控制
        2.4.3 电流模控制
    2.5 Buck型开关电源的建模
    2.6 Buck型开关电源的参数设计
        2.6.1 储能电感的选择
        2.6.2 输出电容的选择
        2.6.3 Buck型开关电源开环特性分析与仿真
    2.7 本章小结
3 控制系统算法研究
    3.1 模拟控制环路的研究
        3.1.1 电流内环环路增益推导
        3.1.2 峰值电流模式控制环路增益推导
        3.1.3 typeⅡ电路参数的推导
        3.1.4 基于模拟控制环路的系统仿真
    3.2 基于传统数字PID控制系统的研究
        3.2.1 常规数字PID控制
        3.2.2 常规数字PID控制器设计及仿真
    3.3 基于SNA-PID控制系统的研究
        3.3.1 神经网络简介
        3.3.2 神经网络学习规则
        3.3.3 SNA-PID控制
        3.3.4 SNA-PID控制器的搭建及仿真
    3.4 仿真结果对比
    3.5 本章小结
4 系统软硬件设计
    4.1 系统总体设计
    4.2 Buck系统的硬件设计
        4.2.1 Buck变换器主电路
        4.2.2 模拟控制电路设计
        4.2.3 电压电流检测电路设计
        4.2.4 驱动电路设计
        4.2.5 通信模块电路设计
        4.2.6 辅助电源设计
    4.3 Buck系统的软件设计
        4.3.1 控制系统软件总体构成
        4.3.2 定时器中断子程序设计
        4.3.3 算法程序设计
        4.3.4 上位机设计
    4.4 本章小结
5 系统实验结果及分析
    5.1 实验平台
    5.2 稳态实验测试
        5.2.1 模拟控制状态下稳态测试
        5.2.2 数模混合控制状态下稳态测试
        5.2.3 测试结果分析
    5.3 动态实验测试
        5.3.1 启动时间测试
        5.3.2 负载电流突变实验
        5.3.3 测试结果分析
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
在校学习期间发表的论文及其他成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]Design of Second Order Sliding Mode and Sliding Mode Algorithms:A Practical Insight to DC-DC Buck Converter[J]. Seyed Mehdi RakhtAla,Monazzahalsadat Yasoubi,Hassan HosseinNia.  IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2017(03)
[2]双闭环Buck变换器系统模糊PID控制[J]. 杨航,刘凌,阎治安,杨娴.  西安交通大学学报. 2016(04)
[3]基于BP神经网络的Buck变换器设计[J]. 刘宽,董华,王红利,魏峥嵘,李政.  电器与能效管理技术. 2015(23)
[4]基于单神经元PID控制的DC/DC变换器研究[J]. 陆天华,沈锦飞,潘庭龙.  通信电源技术. 2008(02)
[5]一种高频数字DC-DC开关电源控制器的设计[J]. 许晓航,孔明,李文宏.  复旦学报(自然科学版). 2008(01)
[6]基于FPGA的DC/DC开关变换器的数字控制器[J]. 贺明智,许建平,胡晓明.  电力电子技术. 2007(06)
[7]一种基于神经网络的BUCK变换器[J]. 王萍,沈伟,张珂.  电气应用. 2006(04)
[8]DC/DC变换器神经网络控制策略的研究[J]. 欧阳慧林,王钢,丁茂生.  继电器. 2004(16)

博士论文
[1]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

硕士论文
[1]基于STM32的数控开关电源设计[D]. 柳彦钊.西安科技大学 2019
[2]Buck变换器的模糊PI控制研究与设计[D]. 唐玉雪.东北石油大学 2019
[3]Buck型DC-DC变换器设计及控制方法的研究[D]. 陶林争.哈尔滨工业大学 2019
[4]基于DSP的级联式数字开关电源研究[D]. 邵庆辉.安徽工业大学 2019
[5]快速瞬态响应降压变换器的环路研究与设计[D]. 石旺.电子科技大学 2019
[6]基于BP神经网络PID的DC-DC控制器设计[D]. 张治学.东南大学 2018
[7]基于新型PID算法的数字DC-DC变换器的设计[D]. 吕玲.东南大学 2015



本文编号：3200089