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PWM型DC/DC变换器基于混沌动力学的建模、控制及应用

汪剑鸣  
【摘要】: 电力电子电路在一定条件下会表现出丰富的非线性现象,例如混沌、分叉等,因此十分有必要把混沌动力学引入这一领域。一方面,利用混沌动力学能够对电力电子电路的行为进行更为深入、准确、全面的了解,从而便于进行工程设计;另一方面,电力电子电路也为混沌动力学等非线性科学的研究提供了实例,从而也会推动非线性科学理论本身的发展。例如本文中研究的Zeta变换器,在其中观察到的一种C-分叉现象,目前的C-分叉理论还没有相应的描述和预测。 本文主要从三个方面利用混沌动力学来研究PWM型DC/DC变换器中发生的非线性现象:PWM型DC/DC变换器的混沌动力学建模方法、PWM型DC/DC变换器中的混沌控制技术和DC/DC变换器中混沌现象的潜在工程应用价值。 本文首先应用遗传算法来求取DC/DC变换器系统的不稳定不动点,同时提出一种新的杂交算子,以解决算法收敛慢的不足。利用数据采样方法推导了PWM型DC/DC变换器的三种采样方法的离散模型,然后在遗传算法和数据采样方法基础上提出了一套完整的PWM型DC/DC变换器混沌动力学建模方法,并利用这种方法分析了Buck变换器和Zeta变换器中的非线性现象。 本文研究了应用OGY法来控制DC/DC变换器中的混沌现象。利用OGY方法必须预先知道系统要被稳定的周期轨道,并且这种方法控制的实时性较差。针对上述不足,本文采用了Washout滤波器来控制DC/DC变换器中的混沌现象,仿真结果证明了该方法的有效性。 由于工作在混沌状态的DC/DC变换器能够提高电路的电磁兼容性能,因此其中的混沌现象有潜在的工程应用价值。但是利用DC/DC变换器系统本身的混沌现象来提高电路的电磁兼容性,存在着三个方面的不足:(1)应用范围受到系统本身动力学性质的限制;(2)电路中的电流波动大,难以控制;(3)输出电压波动大。为了克服上述不足(1),本文利用混沌控制技术来把工作在周期状态的DC/DC变换器控制到混沌状态。然后,本文提出一种新的DC/DC变换器控制策略——混沌序列参数扰动法,仿真结果表明该方法可以完全克服上述三个方面的不足。


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