开关电感Boost变换器中非线性行为与混沌控制的研究

摘要

随着光伏发电系统以及燃料电池等绿色能源的不断应用和发展，高增益DC-DC变换器逐渐成为国内外学者的研究热点，由此提出的开关电感Boost变换器在保证高电压传输比的同时，还能够减少开关器件的电流应力和电压应力、降低电路损耗、提高系统效率，是具有广阔应用前景的新型拓扑结构。然而，由于开关器件的存在，变换器本身属于强非线性系统，其运行状态极易受到电路参数的影响，由此导致的分岔或混沌现象将严重影响设备的正常运行。因此，利用非线性动力学理论研究此新型变换器中的非线性行为，并采取有效的控制策略抑制其中的混沌现象，将对提高系统的稳定性具有重要意义。
　　本文首先以电流模式控制下的开关电感 Boost变换器为研究对象，建立了系统在电流连续模式下的离散迭代映射模型，采用分岔图、Lyapunov指数、庞加莱截面以及Jacobian矩阵特征值等方法确定了系统分岔点的类型与稳定参数域，发现了传统Boost变换器中所没有的特殊的分岔轨线相交现象；并通过PSIM软件搭建了系统的仿真模块，验证了数值模拟结果的正确性。
　　在实际工程应用中，为满足大容量场合的应用条件，常将两个或两个以上的开关变换器组合在一起，形成并联系统，但其非线性行为的研究成果却鲜有报道。因此，本文以开关电感Boost变换器所组成的多级并联系统为例，采用数值模拟和PSIM仿真验证相结合的方法深入研究了系统的非线性动力学特性，证明了并联个数越多系统越容易进入混沌状态的结论。
　　为了将处于混沌状态的开关电感Boost变换器控制到周期轨道，本文采用参数共振微扰法和斜坡补偿法分别对电流模式控制下的开关电感Boost变换器进行控制；通过理论推导和数值模拟对两种控制方法的原理进行了分析，并在 PSIM软件中搭建了仿真模型，由仿真结果证实了控制方法的有效性。
　　最后，搭建了实验平台，从实际的角度验证了开关电感 Boost变换器及其多级并联变换器系统中复杂和多样的非线性动力学行为，证实了斜坡补偿法可以将处于混沌状态的系统控制到不同的周期轨道。
　　本文的研究结果对开关电感Boost变换器及其多级并联变换器系统的参数优化和稳定性分析具有重要的指导意义。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 DC-DC变换器非线性行为分析的理论基础

1.4 主要研究内容

第2章 开关电感Boost变换器中非线性行为的研究

2.1 工作原理与离散映射模型的建立

2.2 数值模拟结果分析

2.3 基于离散映射模型的稳定性分析

2.4 PSIM仿真验证

2.5 本章小结

第3章 多级并联开关电感Boost变换器中非线性行为的研究

3.1 工作原理与离散映射模型的建立

3.2 以不同参数为变量时的分岔分析

3.3 PSIM仿真验证

3.4 本章小结

第4章 开关电感Boost变换器中混沌控制的研究

4.1 参数共振微扰法的研究

4.2 斜坡补偿法的研究

4.3 PSIM仿真验证

4.4 本章小结

第5章 非线性行为与混沌控制的实验验证

5.1 开关电感Boost变换器中非线性行为的实验验证

5.2 多级并联开关电感Boost变换器中非线性行为的实验验证

5.3 混沌控制策略的实验验证

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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