DC-DC变换器的忆阻自适应PI控制

摘要

忆阻器是除电阻、电感和电容三种无源器件之外的第四种电路元件，因其具有特殊的记忆功能，可以记住流过它的电荷信息等，而被国内外学者广泛地应用在各种电路研究中。忆阻器的出现，很有可能改变传统的电路格局，将会极大地改写电路的设计方式和方法。
　　本文对忆阻器的模型构建进行了研究，并设计了基于电压型忆阻器和电流型忆阻器的自适应PI控制器，将其应用于DC-DC变换器的控制中。基于上述目标，文中进行了系统性的深入研究，共分为三个部分:
　　1.根据忆阻器的特性，在Multisim13.0平台上构建了电压型忆阻器的电路仿真模型和电流型忆阻器的SPICE模型，仿真结果表明电压型忆阻器和电流型忆阻器均满足忆阻器的伏安特性，可以用于研究忆阻器的电路特性。
　　2.分别设计了基于电压型忆阻器和电流型忆阻器的忆阻自适应PI控制器。通过对DC-DC变换器施加输入电压扰动和负载扰动，与常规PID控制器的实验进行了对比，验证了文中所提出控制器的有效性。仿真和实验结果表明，所提出的忆阻自适应PI控制器与常规PID控制器相比，具有较好的鲁棒性，适用于具有不确定性和干扰性大的非线性时变电力电子系统。
　　3.将所提出的控制器应用于带恒功率负载的变换器系统。利用常规PI控制的Buck变换器作恒功率负载进行仿真，仿真结果表明，忆阻自适应PI控制器依然适用于带恒功率负载的变换器系统。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 忆阻器的研究及应用现状

1．3 DC-DC变换器控制的研究现状

1．4 论文主要工作及安排

第二章 电压型和电流型忆阻器模型

2．1 忆阻器概述

2．1．1 忆阻器的定义及原理

2．1．2 惠普忆阻器模型

2．2 电压型忆阻器模型

2．2．1 电压型忆阻器模拟电路

2．2．2 电压型忆阻器模型的仿真与实验

2．3 电流型忆阻器模型

2．3．1 电流型忆阻器物理模型及Simulink仿真

2．3．2 电流型忆阻器SPICE模型及Multisim中的仿真

2．4 本章小结

第三章 DC-DC变换器的建模与控制

3．1 Boost变换器概述

3．1．1 Boost变换器主电路及换流电路

3．1．2 Boost变换器的工作原理

3．2 Boost变换器建模

3．2．1 变换器建模方法介绍

3．2．2 Boost变换器小信号模型

3．3 Boost变换器的控制

3．3．1 Boost变换器闭环控制结构及原理

3．3．2 Boost变换器的常规PI控制器设计

3．4 本章小结

第四章 忆阻自适应PI控制器设计

4．1 PID控制器概述

4．2 基于忆阻器的自适应PI控制器设计

4．2．1 基于电压型忆阻器的自适应PI控制

4．2．2 基于电流型忆阻器的自适应PI控制

4．2．3 Multisim电路模型

4．2．4 仿真结果与分析

4．3 忆阻自适应PI控制器的改进

4．3．1 软起动电路的工作原理

4．3．2 改进后的控制器仿真结果与分析

4．4 实验验证

4．5 本章小结

第五章 带恒功率负载的Boost变换器控制

5．1 恒功率负载及负阻抗特性

5．2 恒功率负载设计

5．3 带恒功率负载的控制器仿真结果与分析

5．4 本章小结

6．1 总结

6．2 下一步工作设想

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文