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正文內(nèi)容

boost變換器建模及其非線性控制方法(參考版)

2025-04-17 13:42本頁面
  

【正文】 當(dāng)我完成論文的時候,涌上我心頭的不是欣喜,而是對各位幫助過我的老師和同學(xué)的謝意。其次我要感謝各位答辯委員會的全體老師,感謝你們對我提出的寶貴建議。他無論是在理論上還是在實踐上都給了我們很大的幫助,使我們都有了很大的提高。致 謝畢業(yè)設(shè)計是對我們知識運用能力的一次全面的考核,也是對我們在學(xué)校所學(xué)科目的一個綜合訓(xùn)練,培養(yǎng)我們運用知識解決生活或工作中的實際問題的能力,為以后工作打下了良好的基礎(chǔ)??紤]實際電路附屬參數(shù)的影響,對該電流控制方案進(jìn)行了修正。采用輸入輸出線性化方法,首先實現(xiàn)了該系統(tǒng)的局部線性化,通過研究系統(tǒng)的內(nèi)動態(tài)穩(wěn)定性可知:直接電壓控制時,系統(tǒng)為非最小相位系統(tǒng),其內(nèi)動態(tài)不穩(wěn)定;電流模式控制時,系統(tǒng)為最小相位系統(tǒng),其內(nèi)動態(tài)漸進(jìn)穩(wěn)定,可通過控制電感電流間接控制輸出電壓,并推導(dǎo)出新的非線性控制律。 輸出電壓必行圖,此時可以看出電壓的斷續(xù)現(xiàn)象更加明顯。實際硬件調(diào)試中,我選用輸入電壓為E=5V,電感,電容,開關(guān)管,反饋系數(shù)為K=5000,具體調(diào)試圖如下所示: 輸入的控制波形 輸出電壓波形當(dāng)控制頻率設(shè)置為100KHz時,此時可以看出迫性為一條直線,進(jìn)過測試,較輸入電壓有了明顯的提高。以上參數(shù)僅為理論值,由于計算過程中取值的偏差,實際仿真參數(shù)可在此范圍上進(jìn)行調(diào)節(jié)。4 系統(tǒng)仿真研究本文選定臨界靈敏度法進(jìn)行參數(shù)整定,取定電路參數(shù)為:仿真的參數(shù)數(shù)據(jù):E=12V,R=8Q,L=200uH,C=100uF,期望輸出24V。其中,滯環(huán)控制時開關(guān)頻率不確定,由滯環(huán)帶寬決定,而使用PWM控制時,開關(guān)頻率由三角波確定,屬于定頻控制。在傳統(tǒng)的電流型雙閉環(huán)控制中,電壓控制器采用PI或PID調(diào)節(jié)器,電流控制器即為一個減法器和增益環(huán)節(jié)。若依據(jù)頻率特性分析確定,則需得出控制對象的傳遞函數(shù)模型,然后畫出控制對象的波德圖(Bode),根據(jù)波德圖可以得出增益裕量,和剪切頻率,此時可據(jù)下式可確定和。整定公式為: ()其中,比例增益和振蕩周期.一般由實驗或頻率特性分析確定。 ZieglerNichols設(shè)定方法可有如下的整定公式: ()在實際應(yīng)用,一般可根據(jù)階躍響應(yīng)曲線測出K,T,然后計算PID參數(shù)。根據(jù)理論公式整定PID參數(shù)的方法,如:ZieglerNichols法,ISTE最優(yōu)設(shè)定法,臨界靈敏度法,基于增益優(yōu)化的整定法,基于總和時間常數(shù)整定法,基于幅值相位裕度(GPM)的方法等。二是理論計算整定法,它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時問和微分時間的大小。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時間常數(shù),越大,積分作用越弱,反之則越強(qiáng);3. 微分環(huán)節(jié):能反映偏差信號的變化趨勢(變化速率),并能在偏差信號值變得太大之前,在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號,從而加快系統(tǒng)的動作速度,減小調(diào)節(jié)時問。其控制規(guī)律為: ()改寫成傳遞函數(shù)形式: ()式中,K,——比例系數(shù);T1——積分時間常數(shù);TD——微分時間常數(shù)。常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖3.1所示,系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對象組成[17]。由于PID控制算法的日趨成熟,本章只對PID控制原理及其參數(shù)自整定的幾種常用方法做簡要介紹,并設(shè)計Boost變換器的PI控制器。、由此建立模型。同理,經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化,可得狀態(tài)方程如()如下: ()根據(jù)以上的狀態(tài)方程可建立模型。穩(wěn)態(tài)工作時,電容C充電量等于放電量,通過電容的平均電流為零,故通過二極管D的電流平均值就是負(fù)載電流I0。開關(guān)管Q和二極管D輪流工作,開關(guān)管導(dǎo)通,流過它的電流就是iL;開關(guān)管截至?xí)r,流過D的電流也是iL。如圖22所示。如圖21所示。對于Boost變換器,建模將分為CCM(電感電流連續(xù)模式)和DCM(電感電流斷續(xù)模式)兩種情況分別討論[13]。Matlab仿真一般有兩種方法:用S函數(shù)編程實現(xiàn)和用MATLAB模塊化實現(xiàn)。由于有C的存在,負(fù)載R上仍有穩(wěn)定、連續(xù)的負(fù)載電流I0。工作中輸入電流is=iL是連續(xù)的。高于Vo時,電容有充電電流;等于Vo時,充電電流為零;當(dāng)Vo有降壓趨勢時,電容向負(fù)載R放電,維持Vo不變。開關(guān)S轉(zhuǎn)換到位置b時,構(gòu)成電路如2(b)所示,由于線圈L中的磁場將改變線圈L兩端的電壓極性,以保持iL不變。此時,電容C放電,R上流過電流Io,R兩端為輸出電壓Vo,極性上正下負(fù)。 MATLAB的主要功能1. 基本的數(shù)據(jù)處理2. 優(yōu)化和解方程3. 動態(tài)過程仿真:實時的和非實時的4. 數(shù)據(jù)來源:Excel、數(shù)據(jù)庫、A/D等等5. 嵌入式的控制:Pc/104和DSP6. 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、小波分析、GA等等7. 虛擬現(xiàn)實仿真 BOOST變換器的工作原理Boost變換器又稱為升壓變換器、并聯(lián)開關(guān)電路、三端開關(guān)型升壓穩(wěn)壓器 線路組成線路由開關(guān)S、電感L、電容C組成,完成把電壓Vs升壓到Vo的功能[12]。2.是一種演算式語言3.MATLAB的基本數(shù)據(jù)單元是既不需要指定維數(shù),也不需要說明數(shù)據(jù)類型的矩陣(向量和標(biāo)量為矩陣的特例),而且數(shù)學(xué)表達(dá)式和運算規(guī)則與通常的習(xí)慣相同。然后在命令窗口或其它函數(shù)中直接調(diào)用[11]。執(zhí)行MATLAB代碼的最簡單方式是在MATLAB程序的命令窗口(Command Window)的提示符處( )輸入代碼,MATLAB會即時返回操作結(jié)果(如果有的話)。 MATLAB語言簡介MATLAB語言是一種交互性的數(shù)學(xué)腳本語言,其語法與C/C++類似。如美國National Instruments公司信號測量、分析軟件LabVIEW,Cadence公司信號和通信分析設(shè)計軟件SPW等,或者直接建筑在MATLAB之上,或者以MATLAB為主要支撐。在許多國際一流學(xué)術(shù)刊物上,(尤其是信息科學(xué)刊物),都可以看到MATLAB的應(yīng)用。在那里,MATLAB是攻讀學(xué)位的大學(xué)
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