带恒功率负载的Buck-Boost变换器数字解耦控制器设计

摘要

随着新能源的不断开发和利用，新能源分布式直流供电系统得到了广泛的关注，其中电能的能量转换离不开DC-DC变换器。常见的用于发电的新能源主要有太阳能、风能、水能等，但是这类新能源因受环境的影响，导致电能供应出现不稳定、不连续等一系列问题，所以在新能源分布式直流供电系统中DC-DC变换器必须适应间歇性和随机性电能的变换要求。
　　本文以Buck-Boost变换器为例，采用大信号分解建模将Buck-Boost变换器分解为三个子模块:扰动模块、电压环模块、电流环模块，采用逆系统方法解耦，消除输入电压扰动和负载扰动对输出电压的影响，进而消除电流环和电压环的交叉耦合，从而使Buck-Boost变换器的扰动控制、电压环动态特性控制、电流环动态特性控制成为互不影响的独立过程，实现解耦控制。该控制方法可以对电流环以及电压环进行独立的设计，从而简化控制器设计。解耦后的电压环和电流环开环传递函数为一阶积分系统，对一阶线性系统采用二次型最优调节器，电压环采用P型调节器，电流环采用PI型调节器。然后采用MATLAB进行仿真验证，主要包括:Buck-Boost变换器电源扰动和负载扰动的性能，以及带恒功率负载下的电源扰动的性能。
　　最后设计出一台带恒功率负载的Buck-Boost变换器数字解耦控制原理样机，Buck-Boost主变换器采用DSP2812来实现数字控制器设计。恒功率负载变换器采用Buck变换器，与主变换器构成两级级联系统。实验部分主要测试主变换器在负载扰动下的稳定性，以及带恒功率负载下负载扰动的性能。结果表明了解耦控制器的良好性能。

目录

声明

摘要

1．1 本文的研究背景

1．2 本文的研究现状

1．2．2 DC-DC变换器解耦控制的研究现状

1．3 本文的研究内容及意义

第二章 Buck-Boost变换器大信号建模与解耦控制器设计

2．1．2 大信号平均建模

2．1．3 控制系统模型分解

2．1．4 电压环和电流环被控制对象的解析逆系统

2．2 控制器设计

2．2．1 二次型最优P型最优调节器

2．2．2 二次型最优PI型最优调节器

2．3 系统仿真验证

2．3．1 输入电源跳变仿真波形

2．3．2 电阻负载跳变仿真波形

2．3．3 带恒功率负载的输入电源跳变仿真波形

2．4 本章小结

第三章 系统硬件设计

3．1 Buck-Boost主电路参数计算与器件选型

3．1．1 储能电感的计算与设计

3．1．2 开关管及输出二极管的选取

3．1．3 输出滤波电容的计算与选取

3．2 Buck-Boost控制电路设计

3．2．1 输入输出电压采样电路设计

3．2．2 电感电流及输出电流采样电路设计

3．2．3 光耦隔离驱动电路设计

3．3 Buck负载变换器设计

3．3．1 Buck变换器储能电感的设计

3．3．2 Buck变换器其他主要元器件的选择

3．3．3 Buck变换器控制器设计

3．4 辅助电源设计

3．5 本章小结

第四章 系统软件设计

4．1 DSP2812控制器介绍

4．2 CCS3．3开发环境介绍

4．3 解耦控制的程序设计

4．3．1 ADC采样原理与设置

4．3．2 PWM生成原理与设置

4．3．3 解耦控制的数字实现

4．4 本章小结

第五章 实验结果与分析

5．1 原理样机

5．2 实验结果

5．2．1 Buck-Boost变换器基础实验

5．2．2 Buck负载变换器基础实验

5．2．3 Buck-Boost变换器的电阻性负载跳变实验

5．2．4 带恒功率负载的Buck-Boost变换器电阻性负载跳变实验

5．3 本章小结

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

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