移相全桥ZVZCS变换器控制策略的研究

摘要

DC／DC变换器作为电力电子电能变换技术的一个重要研究方向,越来越受到世界各国的重视。在中大功率直流应用场合,由于移相全桥ZVZCS变换器能够实现超前臂的零电压开关和滞后臂的零电流开关,减小功率损耗,从而发展成为中大功率DC／DC变换器的主流。为满足系统更高的性能要求,需要采用先进的控制策略。因此,开展针对移相全桥ZVZCS变换器控制策略的研究具有十分重要的意义。
　　 本文首先分析了移相全桥ZVZCS变换器的工作过程和电路特性,并在此基础上对主电路关键参数进行了设计,然后对主电路进行了仿真研究。仿真结果表明,所设计的主电路在给定驱动信号下能够较好地实现超前臂的零电压开关和滞后臂的零电流开关,主电路参数设计较合理。同时借鉴Buck变换器小信号建模方法,对移相全桥ZVZCS变换器建立了小信号模型,并推导了其在连续导电模式下的传递函数。
　　 为了将先进的控制策略引入到PID控制之中,对常规PID控制策略进行了研究。主要对常规PID控制理论进行了介绍,对电压模式控制系统和平均电流模式控制系统的基本原理进行了分析。利用Saber软件对电压模式单闭环控制系统以及平均电流模式双闭环控制系统进行了常规PID控制策略的闭环仿真研究。仿真结果表明,所设计的电压模式单闭环控制和平均电流模式双闭环控制都能实现移相全桥ZVZCS变换器的稳定输出,闭环设计较合理。
　　 为了提高控制性能,本文研究了模糊控制和BP神经网络控制两种智能控制策略,并分别设计了模糊自适应PID控制器和BP神经网络PID控制器。利用Saber软件和Simulink的协同仿真功能,实现了移相全桥ZVZCS变换器在模糊自适应PID控制器下的闭环仿真研究,利用Matlab软件的M文件编写了移相全桥ZVZCS变换器在BP神经网络PID控制器下的仿真程序,并分别与常规PID控制进行了详细的比较。仿真结果表明,采用本文所设计的模糊自适应PID控制器以及BP神经网络PID控制器,系统的超调量小、响应速度快、调节时间短,控制性能明显优于常规的PID控制器。同时对两种智能控制策略的优缺点进行了比较。
　　 最后,为了实现数字化控制,对三种控制策略下的数字控制器进行了软件结构设计。给出了基于TMS320F2812DSP的移相数字PWM控制信号产生方案和数字控制系统软件流程。