DC-DC变换器的混沌现象及混沌控制

摘要

DC-DC变换器是典型的非线性系统，在一定条件下会出现混沌现象。由于当今科学技术发展水平的限制，除了能利用混沌减小电磁干扰（EMI），提高电力电子器件的电磁兼容性（EMC）外，还无法利用处于混沌态的DC-DC变换器来达成一些期望的目的，而一旦 DC-DC变换器进入混沌态，它的输出会变得极不稳定，纹波大大增加，输出质量极差，所以对于DC-DC变换器中的混沌现象几乎都是抑制它的出现。
　　本文针对非隔离型DC-DC变换器的代表—Buck-boost变换器和隔离型DC-DC变换器的代表—双管Forward变换器中出现的混沌现象，采用无源延时反馈控制法和滑模控制法抑制混沌的出现。
　　首先分别建立了电压型 Buck-boost变换器和电压型双管 Forward变换器的离散迭代模型，然后根据各自的离散迭代模型，利用分岔图、离散迭代式的Jacobian矩阵特征值、Lyapunov指数、离散迭代式的混合二阶偏导数以及仿真等方法对电压反馈系数 k变化时变换器中出现的混沌现象进行了详细分析。然后分别采用无源延时反馈控制法和滑模控制法对电压型Buck-boost变换器和电压型双管Forward变换器在 k变化时出现的混沌现象进行控制，仿真结果表明两种控制方法的动态响应速度都较快，都能使变换器稳定工作在1-周期态，无源延时反馈控制不改变系统的开关频率而且能在一定范围内实现一个反馈控制系数 k1对电压反馈系数 k为不同值的系统进行控制，但与此同时它具有一定的局限性。滑模控制正好弥补了无源延时反馈控制的局限性，它具有极好的鲁棒性。本文最后基于控制变量法以电压型Buck-boost变换器为例研究了除电压反馈系数k以外的其他基本电路参数—输入电压E，电感L，电容C和电阻R变化时变换器中出现的混沌现象，并用控制效果更好、应用范围更广的滑模控制法来实现混沌控制，仿真结果表明滑模控制能有效抑制各参数变化时电压型 Buck-boost变换器中出现的混沌现象而使变换器稳定工作在1-周期态，且动态响应很快，控制后的电压电流纹波较小。