DC-DC开关变换器中的混沌现象及其控制的研究

摘要

混饨,起源于非线性系统对于初始条件的敏感依赖性,作为非线性系统的典型行为,正在越来越广泛的被人们所关注而DC-DC开关变换器属于强的非线性系统,在一定的参数条件下或外界干扰条件下,DC-DC变换器就会产生分岔和混沌现象,因此十分有必要把混沌动力学引入这一领域,一方面,利用混沌动力学能够对变换器的行为进行更加深入、全面的了解,从而可以在变换器中优化设计参数、避兔有害混饨,也可以利用混饨特性实现常规难以实现的技术,以利于工程的设计。另一方面,研究变换器中的混饨行为,也为混沌动力学等非线性科学的研究提供了载体、提供了实例,可以更快的推动非线性科学本身的发展基于混沌现象和混沌控制研究的重要性,本文在前人的基础上,对PWM型DC/DC变换器进行了研究,主要研究内容有:
　　(1)指出混饨被越来越广泛的应用于生产生活的各个领域,从而揭示出本课题的研究意义,随后较系统地回顾了国内外关于电力电子电路中混沌现象及其控制的发展历程和现状总结了与研究内容相关的一些关于分岔和混饨理论的概念和结论、以及混饨的应用,为后面各章奠定了理论基础。
　　(2)简单介绍了PWM DC-DC变换器的类型,并且详细阐述了Buck、Boost二种基本的变换器的工作原理、过程及控制策略,然后总结了变换器研究中的主要动力学建模方法,为后面的研究内容提供了研究方法和手段,并且结合计算机技术的数值方法对变换器的混饨状态特性进行了不同方法和手段的描述与刻画,使得对非线性系统复杂动力学行为的研究更加形象直观。
　　(3)介绍了混饨控制的目标和常见的混饨控制研究方法,然后着重分析了峰值电流模式下Boost变换器中的分岔行为及混饨动态,并详细分析了斜坡补偿法控制混饨的原理,对斜坡补偿控制混饨方法进行扩展,提出任何常用的周期信号都可以用来作为补偿的手段,之后对常见的几种周期信号进行补偿应用研究,同时提出了混饨控制的综合评价标准,以对各种补偿信号的控制结果进行综合评估评估结果表明三角波补偿是一种较好的混饨控制手段,且理论分析可以给出有效控制的最优相移和幅度的预计,从而为变换器的稳定设计提供了理论指导,另外相关研究也给出了一般非线性系统中混饨控制的评估方案和思路。
　　(4)针对传统的峰值电流模式控制Boost变换器进行了瞬态响应特性研究首先利用斜坡补偿法来抑制因电流反馈内环不稳定性而产生的混饨现象,研究了不同补偿斜率及参数变化对变换器的影响,研究表明,抑制混饨的斜坡补偿量过大,将会影响系统的瞬态响应速度。另外,传统的PID控制原理简单、适应性强,但只注重瞬态响应特性,却不一定能得到变换器的稳定设计结果(系统不一定能工作于稳定的1周期状态),鉴于此,我们把斜坡补偿跟传统的PID控制相结合,组成一种有效的控制方法,既能使系统远离分岔与混饨,又能使系统保持较好的瞬态响应特性

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第一章绪 论

1.1引言

1.2 DC-DC变换器中的混饨现象及其研究意义

1.3国内外发展和研究现状

1.4本论文研究的内容和结构安排

第二章混饨科学研究基础知识

2.1引言

2.2混饨的定义

2.3混饨的特点

2.4分岔理论

2.5通向混饨的道路

2.6混饨的应用进展

2.7本章小结

第三章DC-DC变换器及其混饨现象研究

3.1引言

3.2 DC-DC PWM变换器

3.3 DC-DC开关变换器的主要动力学建模方法

3.4 DC-DC开关变换器中混饨状态特性的描述

3.5本章小结

第四章DC-DC变换器中的斜坡补偿法扩展及其性能评估

4.1引言

4.2混饨控制的目标

4.3常见混饨控制方法

4.4斜坡补偿法的扩展在开关功率变换器中的应用

4.5扩展的斜坡补偿法性能评估及其理论分析

4.6本章小结

第五章基于PID控制和混饨控制相结合的DC-DC变换器的研究

5.1引言

5.2峰值电流模式控制Boost变换器

5.3斜坡补偿

5.4 DC-DC开关变换器中的PID控制

5.5斜坡补偿法与PID控制结合共同作用于Boost变换器

5.6本章小结

第六章 总结和展望

6.1论文主要完成工作

6.2可进一步开展的工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参与的项目