boost變換器建模及其非線性控制方法-wenkub.com
2025-04-11 13:42 本頁面
【正文】 本片論文是我自己汗水的結(jié)果，但是沒有老師和同學們的幫助，我是無法完成的。本次畢業(yè)設計能順利完成，首先要感謝我的指導老師陳奇老師，老師認真負責的工作態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神和深厚的理論實踐水平都使我們深感敬佩。實驗結(jié)果表明，該控制方案能保證電感電流精確跟蹤給定值，但輸出電壓存在穩(wěn)態(tài)誤差。當輸入的控制頻率設置為10KHz時，. 輸出電壓波形當輸入控制電壓為1KHz時，此時可以看出電壓開始出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象。電容、電感，開關(guān)管以及二極管的等效電阻均取為0。開關(guān)控制器一般選擇PWM或滯環(huán)控制器。若根據(jù)實驗確定，則建立控制對象的PID閉環(huán)模型，將積分微分參數(shù)設為0，逐步增大比例環(huán)節(jié)，直到輸出波形出現(xiàn)震蕩，此時的比例系數(shù)即為比例增益，而即為輸出波形的振蕩周期。本文主要對ZieglerNichols法和臨界靈敏度法的方法作簡要介紹。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是實驗湊試法，它主要依賴調(diào)試經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。簡單說來，PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：1. 比例環(huán)節(jié)：即時成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號，偏差信號一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差；2. 積分環(huán)節(jié)：主題用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。 PID控制理論在模擬控制系統(tǒng)中，控制器最常用的可控制規(guī)律是PID控制。 DCM模式下Boost變換器狀態(tài)空間建模電感電流斷續(xù)情況下，Boost變換器工作有三種開關(guān)模態(tài)[16]：1. 開關(guān)管Q導通，從零增長到最大；2. 開關(guān)管Q關(guān)斷，二極管D續(xù)流，從最大降到零；3. 開關(guān)管Q和二極管D均截止，在此期間，保持為零，負載由輸出濾波電容供電，直到下一周期開關(guān)管Q導通后又增長。通過它們的電流iQ和iD相加就是升壓電感的電流iL。2. 開關(guān)管Q關(guān)斷時，電源和電感同時向負載供電，此時還給電容C充電。S函數(shù)編程的方法需進行復雜的編程工作，且很難實現(xiàn)閉環(huán)控制；而使用Matlab模塊化方法可對變換電路的工作原理有較深入的了解，還可方便地加入PID(LV,例積分微分)，模糊等各種控制方法構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。但流經(jīng)二極管D1電流確實脈動的。這樣線圈L磁能轉(zhuǎn)化成的電壓VL與電源Vs串聯(lián)，以高于Vo電壓向電容C、負載R供電。(a)Boost變換器原理圖（b）由晶體管和二極管組成的Boost電路 Boost變換器分解圖 工作原理當開關(guān)S在位置a時，(a)所示電流iL流過電感線圈L，電流線性增加，電能以磁能形式儲在電感線圈L中。MATLAB語言具有下述顯著特點：1．具有強大的矩陣運算能力：Matrix Laboratory（矩陣實驗室），使得矩陣運算非常簡單。它支持包括邏輯（bole）、數(shù)值（numeric）、文本（text）、函數(shù)柄（function handle）和異質(zhì)數(shù)據(jù)容器（heterogeneous container）在內(nèi)的15種數(shù)據(jù)類型，每一種類型都定義為矩陣或陣列的形式（0維至任意高維）。 在設計研究單位和工業(yè)部門，MATLAB被認作進行高效研究、開發(fā)的首選軟件工具。這幾乎成了九十年代教科書與舊版書籍的區(qū)別性標志。 可以看出MATLAB是一個功能十分強大的系統(tǒng)，是集數(shù)值計算、圖形管理、程序開發(fā)為一體的環(huán)境。MATLAB工作環(huán)境：這是對MATLAB提供給用戶使用的管理功能的總稱．包括管理工作空間中的變量據(jù)輸入輸出的方式和方法，以及開發(fā)、調(diào)試、管理M文件的各種工具。Math Works公司瞄準應用范圍最廣的Word，運用DDE和OLE，實現(xiàn)了MATLAB與Word的無縫連接，從而為專業(yè)科技工作者創(chuàng)造了圖形可視、文字處理于一體的高水準環(huán)境。3. 推出了符號計算工具包。Math ，出現(xiàn)了以下幾個重要變化：1. 推出了SIMULINK。MATLAB以商品形式出現(xiàn)后，僅短短幾年，就以其良好的開放性和運行的可靠性，使原先控制領(lǐng)域里的封閉式軟件包（如英國的UMIST，瑞典的LUND和SIMNON，德國的KEDDC）紛紛淘汰，而改以MATLAB為平臺加以重建。在工程技術(shù)界，MATLAB也被用來解決一些實際課題和數(shù)學模型問題。在MATLAB環(huán)境下，用戶可以集成地進行程序設計、數(shù)值計算、圖形繪制、輸入輸出、文件管理等各項操作[11]。2 BOOST變換器的建模 建模工具介紹 MATLAB環(huán)境MATLAB的發(fā)展歷程和介紹 MATLAB軟件是由美國Math works公司推出的用于數(shù)值計算和圖形處理的科學計算系統(tǒng)環(huán)境。自從付京孫教授1965年最早提出來智能控制的概念以來，智能控制理論和技術(shù)得到了很大的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了人工神經(jīng)網(wǎng)絡控制、模糊控制、專家控制和遺傳算法控制等多個較為成熟的控制方法，并在許多領(lǐng)域得到廣泛的應用。在狀態(tài)空間平均模型的基礎上，蔡宣三等人推導出DC/DC開關(guān)變換器統(tǒng)一的大信號等效電路，分析變換器的工作特點并進行數(shù)值仿真計算[5]。在DC/DC開關(guān)變換器的各種建模方法中，比較常用的是狀態(tài)空間平均法，小信號建模法，大信號建模法。由于微處理器的高速化，DC/DC變換器由低功率向中功率方向發(fā)展是必然的趨勢，所以251W～750W的DC/DC變換器的增長率也是較快的，這主要是它用于服務性的醫(yī)療和實驗設備、工業(yè)控制設備、遠程通訊設備、多路通信及發(fā)送設備，DC/DC變換器在遠程和數(shù)字通訊領(lǐng)域有著廣闊的應用前景[6]。其主要發(fā)展方向是：采用多芯片組件技術(shù)和新型高導熱基板（如AIN金剛石和金屬等），進一步提高功率密度（3W/cm3以上）和輸出功率（達200W以上），工作頻率達1MHZ，效率為90%以上，實現(xiàn)多路智能化混合集成DC/DC變換器組件。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約20％～30％的電能。前者是指模糊規(guī)則的結(jié)論部分是一個模糊集合的模糊模型，后者是指模糊規(guī)則的結(jié)論部分是一個與輸入變量有關(guān)的函數(shù)，TS模糊模，弘是其常用形式。目前，對于DC/DC變換器的智能控制方法的研究工作已進行了很多，現(xiàn)在大都采用狀態(tài)反饋的方法，如基于雙線性大信號模型的狀念反饋控制器、帶非線性前饋的線性二次型調(diào)節(jié)器、帶參數(shù)辨識的自適應狀態(tài)反饋控制器、滑模變結(jié)構(gòu)控制、基于輸入輸出線性化的自適應控制器等，都取得了不錯的控制效果。而二次電源的作用是將頻率，
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