電流模式Buck-Boost開關(guān)變換器的非線性研究.pdf

1、DC-DC開關(guān)變換器作為通信、控制等電子系統(tǒng)的“心臟”，其穩(wěn)定、高效、可靠的運(yùn)行對(duì)于電子系統(tǒng)整體性能指標(biāo)的提升具有重要意義。隨著各種手持、移動(dòng)電子設(shè)備的廣泛普及和應(yīng)用，以及日益突出的能源問題，小型化、高效率的DC-DC開關(guān)變換器在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中將發(fā)揮越來越重要的作用。因此，深入、細(xì)致的研究DC-DC開關(guān)變換器工作過程中的動(dòng)力學(xué)特性，了解影響其穩(wěn)定、高效、可靠運(yùn)行的各種因素，探索確保其穩(wěn)定、高效、可靠運(yùn)行的各種控制方法，一直都是國(guó)內(nèi)

2、外科學(xué)家和工程技術(shù)人員的研究熱點(diǎn)。 本文在總結(jié)分析功率電子領(lǐng)域非線性動(dòng)力學(xué)研究的理論和方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有的相關(guān)研究成果，圍繞一類電流模式Buck-Boost開關(guān)變換器，系統(tǒng)地解決了該類型開關(guān)變換器在非線性特性分析、混沌控制以及混沌應(yīng)用中的若干問題。主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1.D結(jié)合電流模式Buck-Boost開關(guān)變換器的建模、穩(wěn)定性和分叉現(xiàn)象的現(xiàn)有研究成果，進(jìn)一步研究了該類型開關(guān)變換器的最大Lyapunov指數(shù)譜

3、以及該類型開關(guān)變換器在不同工作模式下的吸引子的關(guān)聯(lián)維數(shù)，找出了該類型開關(guān)變換器從有序到混沌的演化過程中，相空間軌道的幾何特性變化規(guī)律。 2.提出采用小波分析方法研究電流模式Buck-Boost開關(guān)變換器中混沌信號(hào)奇異性的表征的新思路。證明了尺度指數(shù)τ(q)=kq(其中k為常數(shù))的充分必要條件為信號(hào)不同點(diǎn)的奇異性具有相同的Lipschitz指數(shù)；研究了混沌態(tài)電流模式Buck-Boost開關(guān)變換器中流過電感的電流信號(hào)的奇異譜，研究結(jié)

4、果表明該信號(hào)屬于齊次分形信號(hào)。針對(duì)傳統(tǒng)的單一的時(shí)間域或頻率域分析方法在信號(hào)細(xì)節(jié)特性描述上的不足，在對(duì)電流模式Buck-Boost開關(guān)變換器中分叉現(xiàn)象的研究中引入小波分析方法。選取雙正交樣條小波母函數(shù)，對(duì)不同工作模式下，電流模式Buck-Boost開關(guān)變換器中流過電感的電流信號(hào)進(jìn)行二進(jìn)小波分解，研究了該類型開關(guān)變換器從有序到混沌的演化過程中，信號(hào)在不同尺度下的細(xì)節(jié)特性。 3.研究了參數(shù)擾動(dòng)強(qiáng)度和電流模式Buck-Boost開關(guān)變換

5、器最大Lyapunov指數(shù)之間的關(guān)系；以此為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了針對(duì)該開關(guān)變換器的參數(shù)共振微擾控制方法。設(shè)計(jì)了針對(duì)電流模式Buck-Boost開關(guān)變換器的基于Poincaré映射的狀態(tài)反饋控制方法；以該變換器的頻閃采樣離散時(shí)間迭代映射模型為基礎(chǔ)推導(dǎo)出了狀態(tài)反饋增益系數(shù)的計(jì)算方法。結(jié)合電流模式DC-DC開關(guān)變換器的工作特性和時(shí)間延遲反饋控制的思想，設(shè)計(jì)了針對(duì)電流模式Buck-Boost開關(guān)變換器的改進(jìn)的時(shí)間延遲反饋控制方法；提出了在電流模式B

6、uck-Boost開關(guān)變換器混沌相空間中尋找不穩(wěn)定周期-1軌道的計(jì)算方法；計(jì)算推導(dǎo)出了反饋增益系數(shù)的取值范圍。設(shè)計(jì)了針對(duì)電流模式Buck-Boost開關(guān)變換器的OGY控制方法；研究了目標(biāo)軌道鄰域的大小對(duì)控制效果的影響。 4.根據(jù)混沌態(tài)電流模式DC-DC開關(guān)變換器中電感電流的典型時(shí)域波形，推導(dǎo)出了計(jì)算混沌態(tài)電感電流平均值的基于概率密度的時(shí)間平均值計(jì)算公式。對(duì)電流模式DC-DC開關(guān)變換器工作于混沌區(qū)域時(shí)開關(guān)在整個(gè)工作周期中一直導(dǎo)通的

7、情形進(jìn)行合理的等效處理，避免了文獻(xiàn)[7]在混沌態(tài)電感電流功率譜密度計(jì)算過程中復(fù)雜的周期取整運(yùn)算?；谠摰刃幚恚茖?dǎo)出了混沌態(tài)電感電流在開關(guān)角頻率2π/T及其諧波m(2π/T)處的功率譜密度的計(jì)算公式?；谖墨I(xiàn)[7]對(duì)混沌態(tài)電流模式DC-DC開關(guān)變換器中電感電流概率密度函數(shù)的研究結(jié)果，推導(dǎo)出了混沌態(tài)電流模式DC-DC開關(guān)變換器工作過程中開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間的概率密度函數(shù)。 5.系統(tǒng)地研究了電流模式Buck-Boost開關(guān)變換器中電感電流