基于相軌跡的DC-DC變換器優(yōu)化控制方法研究.pdf

1、DC/DC變換器系統(tǒng)存在復(fù)雜的非線性動(dòng)力學(xué)行為，而這些動(dòng)力學(xué)行為與系統(tǒng)表現(xiàn)出的動(dòng)靜態(tài)性能是緊密相關(guān)的。對(duì)于非線性行為之間的關(guān)聯(lián)約束特性與演變規(guī)律的深入認(rèn)識(shí),將為系統(tǒng)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)。由于以相軌跡為表現(xiàn)形式的分析方法具有描述簡(jiǎn)單、直觀，易于體現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)參量之間的內(nèi)在聯(lián)系等優(yōu)點(diǎn)。因此，應(yīng)用相軌跡的分析方法對(duì)系統(tǒng)的非線性優(yōu)化控制具有直接的指導(dǎo)意義。
　　本文針對(duì)DC/DC變換器的優(yōu)化控制問(wèn)題，以Buck變換器為研究對(duì)象，通過(guò)

2、相軌跡的幾何方法，將系統(tǒng)的性能優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為目標(biāo)軌跡路徑的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，然后從軌跡規(guī)劃和軌跡控制的角度出發(fā)，分別提出了基于相軌跡規(guī)劃與跟蹤的混合控制方法和基于相軌跡約束的滑模控制方法，兩種方法都能很好地引導(dǎo)實(shí)際軌跡趨向規(guī)劃的優(yōu)化軌跡運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能的優(yōu)化。
　　本文主要開(kāi)展了以下工作：
　　首先，介紹了相軌跡的基本理論知識(shí)，分別從動(dòng)力系統(tǒng)、演變規(guī)律、相軌跡和建模方法幾個(gè)方面闡述了相軌跡理論基礎(chǔ)，為后文的分析與

3、控制奠定了基礎(chǔ)。
　　其次，在精確相軌跡預(yù)測(cè)規(guī)劃方面，以帶純電阻性負(fù)載的Buck電路為研究對(duì)象，建立了其非理想的狀態(tài)空間模型,推導(dǎo)了基于頻閃映射相軌跡數(shù)學(xué)描述方程；以穩(wěn)壓輸出為目標(biāo)，提出了PWM控制的穩(wěn)態(tài)相軌跡規(guī)劃方法；以系統(tǒng)最優(yōu)時(shí)間響應(yīng)為目標(biāo)，提出了電流限制和電流非限制的最優(yōu)時(shí)間相軌跡規(guī)劃方法，并分析了最優(yōu)時(shí)間軌跡關(guān)鍵切換點(diǎn)的求解方法；分析了負(fù)載切換過(guò)程中狀態(tài)跳變問(wèn)題。
　　然后，在相軌跡約束規(guī)劃方面，以帶非線性負(fù)載（IP

4、T電路）的Buck電路為研究對(duì)象，分析了IPT電路的諧振特性，并將其等效為時(shí)變電阻，從而在Buck環(huán)節(jié)建立了全系統(tǒng)的降階時(shí)變狀態(tài)空間模型；在此模型的基礎(chǔ)上，以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性為目標(biāo)，提出了基于相軌跡約束的規(guī)劃方法。
　　接著，針對(duì)相軌跡精確預(yù)測(cè)規(guī)劃與控制實(shí)現(xiàn)，根據(jù)電流電壓參量在開(kāi)通關(guān)斷模態(tài)的變化特性，提出了動(dòng)態(tài)跟蹤控制策略；根據(jù)穩(wěn)態(tài)極限環(huán)的紋波特性，提出了穩(wěn)態(tài)改進(jìn)的PI控制策略；在此基礎(chǔ)上，分析了混合控制的系統(tǒng)參量監(jiān)測(cè)和控制策略