可控励磁电源中的DC/DC变换混沌现象分析及同步控制研究

摘要

可控励磁电源是可控励磁系统的核心部分，在微型燃气轮发电机组中发挥着重要的作用，直接影响机组的安全稳定运行，可控励磁电源设计的好坏对于提高微型燃气轮发电机组的可靠性、稳定性起着至关重要的作用。随着对电能质量的要求日益提高，用户对励磁控制的运算能力，信号处理能力，抗干扰能力都提出了新的要求。
　　本文以沈阳航天集团——励磁发电调整保护组合研发项目为研究背景，采用美国TI(Txeas Instruments)公司的TMS320F2812为主控芯片，设计研发了微型燃机发电机组的基于DC/DC变换的可控励磁电源。其工作原理是通过PWM脉冲控制信号，实现对开关元件的控制，完成可控电源电路的DC/DC斩波控制，为发电机组提供可变的励磁电压和励磁电流。在上述工作过程中，由于频繁对开关元件进行开关控制，往往会造成可控电源电路存在干扰或输出电压不稳的现象，其表现为一种混沌行为，而如何通过混沌控制消除上述现象成为了本项目研究的重点，本文主要完成了以下工作:
　　1.通过对项目性能要求及现场运行条件进行分析，以TMS320F2812做为主控芯片，设计了75kw级可控励磁发电系统。系统包括半波整流稳压电路、DC/DC斩波电路、采样电路、开关量输入电路、开关量输出电路、串口通信电路、烧写电路等多个模块。
　　2.使用Multisim仿真平台搭建电路，对可控励磁电源中的DC/DC变换的电压输出波形进行研究。设置不同的电路参数，获得相应的仿真图形，进行对比研究。通过分析证明DC/DC变换中存在混沌现象。
　　3.以本设计中可控励磁电源的DC/DC变换电路为例，进一步分析混沌发生的过程。根据状态方程，建立离散动力学模型，并通过MATLAB进行仿真分析，分析系统由周期性运动到混沌状态的过程。同时，建立T-S模糊模型，对电路参数进行进一步考虑，为以后的混沌控制奠定基础。
　　4.最后提出了一种基于脉冲输出反馈的混沌控制方法。在T-S模糊模型的基础上，确定混沌同步控制系统，并对这种控制方法的指数稳定性和鲁棒稳定性进行证明，最后通过仿真证明了这种方法的有效性。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 可控励磁系统的国内外研究现状

1．2．1 可控励磁控制系统的类型

1．2．2 可控励磁控制系统的作用

1．2．3 可控励磁控制器的发展过程

1．3 混沌概述

1．3．1 混沌的发展过程

1．3．2 混沌的定义

1．3．3 混沌运动的主要特征

1．3．4 混沌的产生方式

1．4 电路中的混沌现象

1．5 本文的主要工作及意义

第2章 可控励磁发电系统的设计

2．1 可控励磁发电系统功能设计要求

2．2 控制芯片的选择

2．3 可控励磁发电系统总体设计方案

2．4 可控励磁发电系统的工作流程

2．5 可控励磁电源的硬件设计

2．5．1 开关管的选择

2．5．2 MOSFET驱动电路的设计

2．5．3 吸收电路的设计

2．6 可控励磁发电系统其他部分的硬件电路设计

2．6．1 直流工作电源电路

2．6．2 直流稳压电路

2．6．3 最小系统

2．6．4 采样电路设计

2．6．5 采样校准电路

2．6．6 绝缘电阻测量电路

2．6．7 开关量电路设计

2．6．8 锁相环倍频电路

2．6．9 通信设计

2．7 可靠性和抗干扰设计

2．7．1 DC／DC电路部分的抗干扰设计

2．7．2 总体的抗干扰设计

2．8 实验板设计

2．9 本章小结

第3章 可控励磁电源中的DC／DC变换混沌现象分析

3．1 混沌现象的研究分析方法

3．2 DC／DC变换中混沌现象分析

3．3 DC／DC变换混沌仿真研究

3．3．1 可控励磁电源中DC／DC变换的动力学模型

3．3．2 模型仿真分析

3．4 DC／DC变换的T-S模糊模型的研究分析

3．5 本章小结

第4章 基于脉冲输出反馈的DC／DC变换的混沌同步控制研究

4．1 混沌控制方法研究

4．1．1 OGY控制方法

4．1．2 混沌连续控制法

4．1．3 混沌自适应控制法

4．1．4 混沌中非周期轨道的控制方法

4．1．5 传递和转移控制

4．1．6 混沌智能控制方法

4．2 DC／DC混沌同步控制研究

4．2．1 驱动-响应同步

4．2．2 自适应同步

4．2．3 主动-被动同步

4．2．4 反馈同步

4．2．5 脉冲同步

4．3 DC／DC变换混沌的脉冲输出反馈同步控制

4．3．1 基于脉冲输出反馈的混沌同步控制系统的建立

4．3．2 混沌同步控制系统稳定性分析

4．3．3 混沌同步控制系统仿真研究

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文