DC-DC变换器非线性控制方法研究
Research on Nonlinear Control Methods of DC-DC Converter
开关电源几乎是所有电能转换设备的标配装置,受到了电子领域研究专家的青睐.近年来,在计算机类、军工类、通讯类、消费类等电子产品的市场规模快速扩大的趋势下,高效稳定的电源对于电子设备的重要性就显得更加突出,电子、电器产品对电源系统的性能质量要求也愈来愈高.要想让开关电源系统具有一个良好的品质,最有效的方法之一就是使其形成控制能力强的闭环系统.一般的线性控制方法受系统参数的变化影响较大,尤其是负载变化幅度较大时,开关变换器就会存在动态性能差、稳态精度低等缺陷.现如今对传递电能的高效性、高精确性、快速性及装置低成本性等要求也越来越高,常规的线性控制策略己经不能完全满足系统性能指标.在此背景下,高精度的智能非线性控制策略逐渐应用到电力电子变换器的控制中,尤其在DC-DC变换器的控制中应用更为广泛.本文围绕Buck变换器开展研究,给出了多种非线性控制系统的实现方法,对所应用的非线性控制方法进行透彻的分析和研究.论文重点完成了如下工作:(1)论述了Buck变换器闭环控制方法,在线性控制方法中重点分析了PID控制策略,详细分析了其控制原理和参数整定方法;最后采用模拟控制方式,设计了PI双闭环控制器,采用幅值相位裕度法进行了相关参数的整定并完成了建模仿真.(2)为了提高控制的灵活性,设计方法从模拟控制转向数字控制,由线性控制转向非线性控制,选用增量式PID控制器,完成了基于DPID控制的数字DC-DC变换器的Simulink建模并进行了仿真验证;针对该方法非线性强、超调量大等问题,本文给出模糊自适应PID控制系统的实现方法,其目的是改善控制系统的控制能力.利用MATLAB模糊逻辑工具箱Fuzzy Logic Designer完成模糊自适应PID控制器的设计并完成建模仿真.测试结果验证了PID控制器的三个参数经过模糊系统实时调节后,能使开关电源系统具备良好的动态性能和抗干扰能力.(3)首先将非线性滑模控制技术引入到开关变换器中,完成了直接滞环滑模控制系统的设计;其次给出了一种固定频率间接滑模控制开关变换器实现方案,进行了MATLAB建模并对系统负载发生变化时的反应速度进行仿真测试;然后为了实现有效控制,利用状态空间模型对主功率级拓扑进行建模,完成了基于等效控制的模糊滑模控制器的设计,并进行了具体的设计说明和数值仿真.仿真结果验证了该方案的有效性;最后将上述几种非线性控制方法的结果进行了比较和讨论.
- 作者：
- 王煜
- 学位授予单位：
- 北方民族大学
- 专业名称：
- 计算机技术(专业学位)
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2020年
- 导师姓名：
- 刘芳
- 中图分类号：
- TP273；TN86
- 关键词：
- Buck变换器；非线性控制；PID控制；模糊自适应控制；滑模控制
- Buck converter; Nonlinear control; PID control; Fuzzy adaptive control; Sliding mode control;