boost變換器建模及其非線性控制方法-在線瀏覽
2025-06-01 13:42本頁(yè)面
【正文】 ，分析變換器的工作特點(diǎn)并進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算[5]。同時(shí)又有一部分采用了新的智能控制方法，所有這一切都使DC／DC變換器的控制研究進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。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(luò)控制、模糊控制、專家控制和遺傳算法控制等多個(gè)較為成熟的控制方法，并在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)控制缺乏和難于實(shí)現(xiàn)通過自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織等方法來調(diào)整控制策略和行動(dòng)，自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織功能和容錯(cuò)能力較弱，它將整個(gè)系統(tǒng)置于固定的控制算法和模型框架下，靈活性和應(yīng)變能力較差。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(guó)Math works公司推出的用于數(shù)值計(jì)算和圖形處理的科學(xué)計(jì)算系統(tǒng)環(huán)境。它的第1版()發(fā)行于1984年，經(jīng)過10余年的不斷改進(jìn)，現(xiàn)今已推出它的Windows 98/NT版本()。在MATLAB環(huán)境下，用戶可以集成地進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、數(shù)值計(jì)算、圖形繪制、輸入輸出、文件管理等各項(xiàng)操作[11]。與利用c語(yǔ)言或Fortran語(yǔ)言作數(shù)值計(jì)算的程序設(shè)計(jì)相比，利用MATLAB可以節(jié)省大量的編程時(shí)間。在工程技術(shù)界，MATLAB也被用來解決一些實(shí)際課題和數(shù)學(xué)模型問題。MATLAB系統(tǒng)最初是由Ceve Moler用FORTRAN語(yǔ)言設(shè)計(jì)的，有關(guān)短陣的算法來自LINPACK和ElsPACK課題的研究成果；現(xiàn)在的MATLAB程序是Math Works公司用C語(yǔ)言開發(fā)的，第一版由steve Bangert主持開發(fā)編譯解釋程序，Steve Kleiman完成圖形功能的設(shè)計(jì)，John Little和Cleve Moler主持開發(fā)了各類數(shù)學(xué)分分析的子模塊，撰寫用戶指南和大部分的M文件。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(yùn)行的可靠性，使原先控制領(lǐng)域里的封閉式軟件包（如英國(guó)的UMIST，瑞典的LUND和SIMNON，德國(guó)的KEDDC）紛紛淘汰，而改以MATLAB為平臺(tái)加以重建。 到九十年代初期，在國(guó)際上30幾個(gè)數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中，MATLAB在數(shù)值計(jì)算方面獨(dú)占鰲頭，而Mathematical和Maple則分居符號(hào)計(jì)算軟件的前兩名。Math ，出現(xiàn)了以下幾個(gè)重要變化：1. 推出了SIMULINK。它的出現(xiàn)使人們有可能考慮許多以前不得不做簡(jiǎn)化假設(shè)的非線性因素、隨機(jī)因素，從而大大提高了人們對(duì)非線性、隨機(jī)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的認(rèn)知能力。3. 推出了符號(hào)計(jì)算工具包。Math Works公司此舉加快結(jié)束了國(guó)際上數(shù)值計(jì)算、符號(hào)計(jì)算孰優(yōu)孰劣的長(zhǎng)期爭(zhēng)論，促成了兩種計(jì)算的互補(bǔ)發(fā)展新時(shí)代。Math Works公司瞄準(zhǔn)應(yīng)用范圍最廣的Word，運(yùn)用DDE和OLE，實(shí)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(zhǔn)環(huán)境。MATALB語(yǔ)言體系：MATLAB是高層次的矩陣／數(shù)組語(yǔ)言．具有條件控制、函數(shù)調(diào)用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出、面向?qū)ο蟮瘸绦蛘Z(yǔ)言特性。MATLAB工作環(huán)境：這是對(duì)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。MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)：這是對(duì)MATLAB使用的各種數(shù)學(xué)算法的總稱．包括各種初等函數(shù)的算法，也包括矩陣運(yùn)算、矩陣分析等高層次數(shù)學(xué)算法。 可以看出MATLAB是一個(gè)功能十分強(qiáng)大的系統(tǒng)，是集數(shù)值計(jì)算、圖形管理、程序開發(fā)為一體的環(huán)境。用戶可以根據(jù)自己的工作任務(wù)，開發(fā)自己的工具箱。這幾乎成了九十年代教科書與舊版書籍的區(qū)別性標(biāo)志。 在國(guó)際學(xué)術(shù)界，MATLAB已經(jīng)被確認(rèn)為準(zhǔn)確、可靠的科學(xué)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件。 在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門，MATLAB被認(rèn)作進(jìn)行高效研究、開發(fā)的首選軟件工具。又如HP公司的VXI硬件，TM公司的DSP，Gage公司的各種硬卡、儀器等都接受MATLAB的支持。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）。此時(shí), MATLAB可以看作是一個(gè)交互式的數(shù)學(xué)終端，簡(jiǎn)單來說，一個(gè)功能強(qiáng)大的“計(jì)算器”。MATLAB語(yǔ)言具有下述顯著特點(diǎn)：1．具有強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力：Matrix Laboratory（矩陣實(shí)驗(yàn)室），使得矩陣運(yùn)算非常簡(jiǎn)單。4．MATLAB語(yǔ)言編程簡(jiǎn)單，使用方便。(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(dāng)開關(guān)S在位置a時(shí)，(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(chǔ)在電感線圈L中。由于開關(guān)管導(dǎo)通，二極管陽(yáng)極接Vs負(fù)極，二極管承受反向電壓，所以電容不能通過開關(guān)管放電。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(fù)載R供電。（a）（b） BOOST變換器的工作過程由于VL+Vs向負(fù)載R供電時(shí)，Vo高于Vs，故稱它為升壓變換器。但流經(jīng)二極管D1電流確實(shí)脈動(dòng)的。 基于Matlab的Boost變換器狀態(tài)空間建模Matlab提供了很多仿真工具箱，能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行各種動(dòng)態(tài)分析，在各種仿真工具中應(yīng)用最為廣泛，功能最為強(qiáng)大。S函數(shù)編程的方法需進(jìn)行復(fù)雜的編程工作，且很難實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；而使用Matlab模塊化方法可對(duì)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)。 CCM模式下Boost變換器狀態(tài)空間建模電感電流連續(xù)狀況下，Boost變換器的工作分為兩個(gè)階段：1. 開關(guān)管Q導(dǎo)通時(shí)，為電感三儲(chǔ)能，此時(shí)電源不向負(fù)載提供能量，負(fù)載靠?jī)?chǔ)能維持工作。2. 開關(guān)管Q關(guān)斷時(shí)，電源和電感同時(shí)向負(fù)載供電，此時(shí)還給電容C充電。因此，Boost變換器的輸入電流就是升壓電感三電流的平均值。通過它們的電流iQ和iD相加就是升壓電感的電流iL。 開關(guān)管Q開通 開關(guān)管Q關(guān)斷 開關(guān)管關(guān)斷時(shí)電感電流為零非理想BOOST變換器的工作狀態(tài)、開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)微分方程為[15]：
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