基于大信號平均模型的Buck變換器解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、DC-DC變換器作為開關(guān)電源和新能源分布式直流供電系統(tǒng)的核心技術(shù)發(fā)展十分迅速,目前DC-DC變換器小信號建模并采用線性反饋控制是一種成熟的方法,但這種方法在大信號條件下具有抗干擾能力弱、動態(tài)響應(yīng)性能低的問題。針對以上問題,本文提出兩種基于大信號平均模型的Buck變換器解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,包括前饋解耦和前饋-逆系統(tǒng)解耦兩種解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),兩種方案均適用于其它DC-DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
  提出一種前饋解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該方案

2、中將電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)作為被控對象,采用逆推法分別設(shè)計(jì)兩個(gè)環(huán)路的前饋解耦補(bǔ)償器,使電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)成為兩個(gè)相對獨(dú)立的回路。由于消除了電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)的耦合關(guān)系,在進(jìn)行PI調(diào)節(jié)器參數(shù)整定過程中明顯比常規(guī)雙閉環(huán)控制器效率更高。
  為解決前饋解耦控制系統(tǒng)中反饋控制器設(shè)計(jì)的問題,本文又提出前饋-逆系統(tǒng)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該方案中被控對象中的電流內(nèi)環(huán)根據(jù)最優(yōu)化控制理論設(shè)計(jì)出前饋解耦補(bǔ)償器;電壓外環(huán)則采用逆系統(tǒng)理論與解耦控制理論相結(jié)合

3、的方式設(shè)計(jì)逆系統(tǒng)解耦補(bǔ)償器,將電壓環(huán)補(bǔ)償為一階純積分環(huán)節(jié),并對輸入直流電源擾動和負(fù)載電流擾動設(shè)計(jì)前饋解耦補(bǔ)償器,將兩個(gè)非線性環(huán)路補(bǔ)償成偽線性系統(tǒng),再根據(jù)最優(yōu)化控制理論分別對電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)設(shè)計(jì)線性反饋控制器。同時(shí),為了更明顯的體現(xiàn)兩種新型控制系統(tǒng)在大信號條件下具有優(yōu)良的抗干擾能力和動態(tài)、靜態(tài)響應(yīng)特性,本文根據(jù)小信號模型法設(shè)計(jì)了常規(guī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。通過matlab/simulink對三種Buck變換器控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真,驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的

4、兩種控制系統(tǒng)性能更優(yōu),其中前饋-逆系統(tǒng)解耦控制器性能最優(yōu)。
  最后,為了進(jìn)一步驗(yàn)證理論的可行性和控制系統(tǒng)性能的可靠性,基于RT-LAB半實(shí)物仿真平臺對Buck變換器前饋-逆系統(tǒng)解耦控制方案進(jìn)行了快速原型實(shí)驗(yàn)(RCP),被控對象通過實(shí)物實(shí)現(xiàn),即設(shè)計(jì)制作Buck變換器硬件電路,包括主電路、驅(qū)動電路和采樣電路;控制器虛擬實(shí)現(xiàn),即前饋-逆系統(tǒng)控制器通過RT-LAB目標(biāo)機(jī)模擬實(shí)現(xiàn),最終得到良好的實(shí)驗(yàn)效果,證明了理論的可行性。本文提出的兩種

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