Buck型变换器中的分叉与混沌现象及其混沌控制研究

摘要

DC-DC 开关变换器是开关电源的核心部分，属于强非线性电路系统，其中有着极其丰富的动力学行为。当变换器满足一定条件时，就会产生各种类型的分叉和混沌等现象。通过对各种DC-DC变换器的混沌现象的探索和研究，可以在变换器设计中优化参数设计，避免有害混沌现象的出现，消除奇异或不规则现象，使DC-DC变换器稳定运行；也可以利用DC-DC变换器的混沌特性实现常规控制难以实现的技术，如利用混沌功率谱特性降低DC-DC变换器中的电磁干扰、利用混沌同步特性实现DC-DC变换器的均流技术、利用混沌运动的初值敏感性提高DC-DC变换器的动态响应特性等。 本文在前人研究的基础上以Buck型变换器为研究对象，对其分叉与混沌现象进行了研究，揭示了单个Buck变换器电路和并联Buck变换器电路的分叉和混沌行为，并提出了混沌控制的方法，且通过了验证。 本文主要研究的内容有： (1)回顾混沌研究的发展历史和国内外有关电子电路中非现象研究的发展和现状，提出本文的研究内容和方向； (2)总结相关的分叉与混沌理论、DC-DC开关变换器的类型、控制策略和研究混沌现象的方法和手段以及现有的研究成果； (3)以单个 Buck 变换器为研究对象，分别建立了其连续状态空间方程模型和离散迭代映射模型，对其进行了仿真研究，揭示了其在一定条件下的分叉和混沌行为，并通过理论进行了验证，与仿真的结果完全一致； (4)以主从控制的并联 Buck 变换器为研究对象，分析了其电路结构，推导出其动力学方程，并且通过在一定范围内改变参数得到了该系统在不同参数变化下的分叉图，揭示了其非线性现象。并通过理论分析，验证了仿真结果，揭示了其分叉和混沌行为产生的原因； (5)在对并联 Buck 变换器电路仿真研究和理论分析的基础上，提出了时间与参数映射的方法，并提出了混沌控制的解决方案——相移法。通过将系统的其中一个驱动控制信号发生相位移动或延迟，把系统的混沌运动状态转变到规则运动状态，从而实现了并联Buck变换器电路的混沌控制。之后通过对其相移前后的相轨、功率谱和庞加莱截面的变化说明了相移法实现混沌控制的可行性和正确性。本课题得到了安徽大学硕士研究生创新计划资助。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2研究的目的和意义

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

第二章混沌的理论知识

2.1引言

2.2混沌与非线性科学

2.3混沌的定义和特征

2.4混沌动力学的基本理论

2.5本章小结

第三章电力电子中的混沌现象研究

3.1引言

3.2开关变换器

3.3 DC-DC开关变换器典型的控制策略

3.4 DC-DC开关变换器中混沌研究的方法

3.5 DC-DC开关变换器中混沌动态特性的描述

3.6 DC-DC变换器的中通向混沌的典型道路

3.7本章小结

第四章单个Buck电路的建模和仿真分析

4.1引言

4.2单个Buck变换器的电路结构

4.3电路仿真

4.4理论分析

4.4本章小结

第五章并联Buck电路的建模和仿真分析

5.1引言

5.2并联Buck变换器电路结构

5.3电路仿真

5.4理论分析

5.5本章小结

第六章并联Buck电路的混沌控制

6.1引言

6.2并联Buck电路的混沌控制

6.3时间分叉和参数分叉的映射方法

6.4电路仿真

6.5本章小结

第七章总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间主持和参与的项目