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AC/AC定量谐振变换器的滑模变结构控制

任广沛  
【摘要】:人类所有的科技成果几乎都不同程度的应用了电力电子技术,各种功率变换器在工业、航天等领域的开关电源中得到广泛应用,与其相关的建模及控制方法的研究也经过了快速发展,但其至今仍然是研究人员重点研究的课题之一。功率变换器是一个非线性时变的系统,具有复杂的动态特性,但许多建模方法具有物理概念不清或者建立模型困难等缺点,传统的线性控制方法无法满足强非线性的系统。在各种变换器中,人们对AC/AC变换器研究相对滞后,且相应的建模与控制方法相对较少,极大的制约了AC/AC变换器的研究与应用。 本文的研究对象是一种具有降压功能的AC/AC定量谐振变换器,针对该变换器在开环情况下,输出电压纹波大,系统鲁棒性及动态性能差等问题,在深入地分析了其工作原理的基础上建立了系统的数学描述模型,并开展了AC/AC定量谐振变换器的滑模变结构控制器设计。主要的工作步骤如下: ①首先分析了这种具有降压功能的AC/AC定量谐振变换器的工作原理,建立了系统的状态空间模型,通过对电路中谐振电感电流、谐振电容电压、输入输出电压及电流关系的整合与化简,得到了系统的降阶状态空间模型。降阶状态空间模型更简洁的描述了系统,有利于设计系统的控制器。通过对降阶状态空间模型进行平均化处理,得到了能完全描述系统动态行为的平均大信号模型,并通过仿真建模对平均大信号模型的正确性进行了对比性验证。 ②以系统的平均大信号模型为基础,运用滑模变结构控制理论,本文设计了AC/AC定量谐振变换器的滑模变结构控制器。 ③在Matlab/Simulink环境下,建立了AC/AC定量谐振变换器的开环与闭环系统仿真模型,并对闭环系统输入电压和负载有干扰的情况进行了仿真。通过对开环与闭环系统仿真波形的对比分析与研究,发现闭环系统在鲁棒性、动态响应、稳态误差等性能上比开环时有了很大的提高,所设计的控制器达到了期望水平。本文最后给出了基于DSP的AC/AC定量谐振变换器控制系统,阐述了系统的软硬件设计。


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