基于滑模控制的船舶微电网DC-DC变换器控制策略研究

摘要

随着传统能源日益枯竭和环境污染的严重加剧，为了维持社会经济和生态环境的可持续发展，可再生能源与清洁能源的开发和利用受到越来越多的重视。在此背景下，船舶微电网技术利用新能源和清洁能源发电将成为船舶未来发展的新方向。　　论文首先简述了船舶微电网的研究背景及意义，阐述了常用控制策略的优缺点，对常用变换器的工作原理和拓扑结构进行分析。在此基础上，根据能量守恒、平均模型法建立了非理想数学模型，通过等效分析的方法对控制器进行了设计。然后，针对传统等速趋近律控制策略动态响应速度慢、抖振严重的问题，给出了一种新型趋近律控制策略，通过离散分析的方法将新型趋近律和等速趋近律在抖振和趋近速度进行了比较。同时，给出了变换器三阶数学模型建立的过程，并且对控制器的设计过程进行了详细分析。最后，考虑到船舶微电网中多个直流变换器并联运行时无法自主进行功率分配的问题，结合下垂原理，提出了一种基于下垂法的并联均流控制策略，不仅可以有效地对多个并联DC-DC变换器进行功率分配，而且还补偿了由下垂控制引起的母线电压跌落，保证了系统稳定性和鲁棒性。　　根据上述理论及提出的控制方法，在Matlab/Simulink仿真平台上搭建了单个和多个DC-DC变换器系统的并联仿真模型，并在不同运行条件及工况下进行相关仿真实验，证明了所提控制策略的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 船舶微电网的研究现状

1．2．1 新能源发电技术在船舶上的应用

1．2．2 船舶微电网的产生和特点

1．3 船舶微电网中DC-DC变换器的研究现状

1．3．1 拓扑结构及建模方法

1．3．2 控制方法及并联均流

1．4 本文主要研究内容

第2章 非理想DC-DC变换器建模与分析

2．1 常见DC-DC变换器介绍

2．1．1 Buck变换器

2．1．2 Boost变换器

2．1．3 Buck-Boost变换器

2．2 电流连续模式下非理想变换器建模

2．2．1 大信号模型

2．2．2 直流等效模型

2．2．3 小信号模型

2．3 非理想变换器闭环控制研究

2．3．1 非理想Buck变换器等效功率级分析

2．3．2 非理想Buck变换器电压环分析

2．3．3 非理想Buck仿真研究

2．4 本章小结

第3章 基于滑模控制的DC- DC变换器控制策略研究

3．1 DC-DC变换器数学模型及滑模变结构原理

3．1．1 滑模控制基本原理

3．1．2 DC-DC蛮搀器模型

3．2 基于新型趋近律的变换器滑模控制

3．2．1 等速趋近律趋近时间与抖振分析

3．2．2 新型趋近律的提出与等速趋近律对比分析

3．2．3 基于新型趋近律的变换器滑模控制器设计

3．3 仿真分析

3．4 本章小结

第4章 船舶微电网中DC-DC变换器并联均流控制研究

4．1 传统的并联均流控制策略

4．1．1 下垂法

4．1．2 平均电流法

4．1．3 最大电流法

4．2 基于下垂法改进的并联均流控制策略

4．2．1 下垂法的局限性

4．2．2 基于下垂法的数字平均电流控制

4．2．3 抗积分饱和器设计

4．3 仿真分析

4．4 本章小结

第5章 仿真模型的建立与分析

5．1 DC-DC变换器仿真模型的建立

5．1．1 变换器主电路

5．1．2 新型趋近律下的滑模控制器

5．2 并联仿真模型的建立

5．3 多台DC-DC变换器并联仿真分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

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