DC-DC變換器是眾多電力電子設(shè)備中的核心裝置,它的可靠運(yùn)行能力一直是備受關(guān)注的問題,研究更為有效可靠的建模方法、并精確量化其特性,可為變換器的設(shè)計(jì)與分析提供指導(dǎo),具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。近年來,隨著研究人員的探索,人們發(fā)現(xiàn)采用基于分?jǐn)?shù)階微積分的數(shù)學(xué)模型能夠更準(zhǔn)確地對一些自然現(xiàn)象進(jìn)行描述,一些電路元件潛在的分?jǐn)?shù)階特性也相繼被發(fā)現(xiàn)。有鑒于此,本文系統(tǒng)地研究了以分?jǐn)?shù)階微積分理論為基礎(chǔ)的DC-DC變換器建模與分析方法,深入探討了分?jǐn)?shù)階微積分定義在開關(guān)變換器系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性分析中的適用性問題,并結(jié)合實(shí)際電路元件的分?jǐn)?shù)階特性對DC-DC變換器非線性動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象的形成機(jī)理進(jìn)行研究。本文主要研究內(nèi)容為:(1)以分?jǐn)?shù)階DC-DC變換器為例,基于擴(kuò)展諧波平衡原理的思想,提出一種改進(jìn)等效小參量法的分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)建模與解析方法,以解決分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)解析解的求解難題,同時(shí)為分?jǐn)?shù)階DC-DC變換器穩(wěn)態(tài)與非線性動(dòng)力學(xué)特性的研究奠定基礎(chǔ)�；谒岬姆�?jǐn)?shù)階DC-DC變換器穩(wěn)態(tài)建模與解析方法,對分?jǐn)?shù)階微積分定義適用性的問題展開討論。通過不同分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)定義與實(shí)際開關(guān)變換器系統(tǒng)工作原理相結(jié)合的探討,同時(shí)將近似解析解與時(shí)域數(shù)值算法、頻域近似逼近模型仿真結(jié)果以及電路實(shí)驗(yàn)結(jié)果相互對比驗(yàn)證,從理論和實(shí)踐兩方面證實(shí)在開關(guān)變換器系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性分析中采用Riemann-Liouville分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)定義是更合理的做法。(2)對任意階次DC-DC變換器非線性動(dòng)力學(xué)特性展開研究,通過對分?jǐn)?shù)階元件給系統(tǒng)帶來的影響進(jìn)行分析,并根據(jù)變換器在不同動(dòng)力學(xué)狀態(tài)下的特性以及混沌系統(tǒng)的周期遍歷特性,指出處于混沌態(tài)任意階次DC-DC變換器的不穩(wěn)定周期-1軌道具有與穩(wěn)定的周期-1軌道相似的特征,其狀態(tài)變量均由直流成分以及與開關(guān)頻率相關(guān)的各次諧波構(gòu)成;基于這種觀點(diǎn),本文提出一種基于混沌態(tài)不穩(wěn)定周期軌道諧波成分假設(shè)的不穩(wěn)定周期-1軌道尋軌方法,從一種具有實(shí)際物理意義的角度,為變換器混沌控制器的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)信息。(3)結(jié)合開關(guān)變換器中常用元件——鋁電解電容的電化學(xué)反應(yīng)原理,研究了鋁電解電容容值和等效串聯(lián)電阻的變化規(guī)律,證明其具有分?jǐn)?shù)階特性,指出該特性是影響變換器工作性能的重要原因。提出基于分?jǐn)?shù)階等效電路模型的分?jǐn)?shù)階等效電路模型參數(shù)辨識(shí)與修正方法,通過將鋁電解電容的分?jǐn)?shù)階等效電路模型與傳統(tǒng)整數(shù)階寄生參數(shù)模型相比較,證明采用電容分?jǐn)?shù)階模型在變換器狀態(tài)預(yù)測時(shí)的有效性和優(yōu)越性。(4)以DC-DC Boost變換器為例,基于鋁電解電容的分?jǐn)?shù)階等效電路模型提出變換器系統(tǒng)的分?jǐn)?shù)階分段光滑模型建模與非線性動(dòng)力學(xué)特性分析方法,探討變換器潛在的非線性動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象;基于分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)、分?jǐn)?shù)階分段光滑動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)最大Lyapunov指數(shù)計(jì)算方法以及邊界碰撞分岔的產(chǎn)生機(jī)理,給出DC-DC Boost變換器系統(tǒng)發(fā)生各種非線性動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象的判斷依據(jù),為變換器系統(tǒng)的元件選取以及控制函數(shù)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù);通過比較,證實(shí)基于分?jǐn)?shù)階模型的DC-DC變換器建模與分析方案能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測變換器中存在的非線性動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM46
【部分圖文】：

圖 1-3 電感電流 iL隨參考電流 Iref變化分岔圖Fig. 1-3 Bifurcation diagram of PCM controlled DC-DC Boost Converter，基于整數(shù)階變換器模型的非線性動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象的研究已經(jīng)發(fā)中形成了較為完善的理論體系和建模分析方法[77]，通過非線變換器的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行量化分析，對變換器的參數(shù)設(shè)計(jì)具1.2.2節(jié)中所提及的分?jǐn)?shù)階非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)及電路的研究進(jìn)考慮到實(shí)際電路元件可能具備的分?jǐn)?shù)階特性，將分?jǐn)?shù)階微積分變換器系統(tǒng)的建模與分析，并探索元件分?jǐn)?shù)階特性對變換器系響，這就為開關(guān)變換器系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)的研究提供了進(jìn)一步的研究意義與創(chuàng)新性領(lǐng)域研究現(xiàn)狀，本課題的探索具有以下研究意義與創(chuàng)新性：

造的研究成果較少。本節(jié)將根據(jù)電容與電感元件傳遞函數(shù)的對偶特性，對功率級(jí)分?jǐn)?shù)階電感進(jìn)行構(gòu)造，同樣采用如下圖所示的福斯特I型單口網(wǎng)絡(luò)：圖2-4 鏈?zhǔn)椒挚贡平娐窐?gòu)造分?jǐn)?shù)階電感Fig. 2-4 The chain structure of fractional-order inductor以0.9階477 μH電感的構(gòu)造為例，在工作頻率25 kHz條件下，其阻抗函數(shù)為：（2-15）由此可得它的導(dǎo)納函數(shù)為：（2-16）因此，可根據(jù)構(gòu)造分?jǐn)?shù)階電容的 s 域逼近方法對分?jǐn)?shù)階電感進(jìn)行構(gòu)造。設(shè)置所需構(gòu)5 0.9 4(1.5708 10 ) 4.77 10LZ j 35 0.92.0964 10(1.5708 10 )LYj

由以上比較可見，所構(gòu)造的分抗逼近電路對理想 α 階 477 μH 電感分?jǐn)?shù)階特性的逼近效果良好。2.4 頻域特性測試為了進(jìn)一步考慮所構(gòu)造的分?jǐn)?shù)階元件的可用性，需要考慮實(shí)驗(yàn)中元件所需承受的功率等級(jí)，以及元件的標(biāo)稱值誤差以及各種寄生參數(shù)問題。本節(jié)采用聚丙烯薄膜電容以減少寄生參數(shù)造成的誤差，并結(jié)合10 μF/(s)1-β分?jǐn)?shù)階電容分抗逼近電路中每個(gè)RiCi單元承受的電壓電流應(yīng)力，選用不同規(guī)格的電阻元件（E24金屬膜電阻、3W碳膜電阻、5W無感水泥電阻、康銅絲等）�？紤]到構(gòu)造分?jǐn)?shù)階電感時(shí)需多個(gè)功率電感串并聯(lián)組合，為降低電感之間的干擾，同時(shí)考慮到寄生參數(shù)影響，將在實(shí)驗(yàn)中采用Coilcraft MSS1278和MSS1583系列低阻抗屏蔽型貼片功率電感。通過頻率響應(yīng)分析儀（Venable Model 6305）對構(gòu)造的分抗逼近電路頻域特性進(jìn)行實(shí)測：

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 鄭世祺;基于分?jǐn)?shù)階的交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制參數(shù)整定方法研究[D];華中科技大學(xué);2016年

2 王喬;分?jǐn)?shù)階混沌系統(tǒng)控制與同步理論研究[D];浙江大學(xué);2015年

3 陳立平;分?jǐn)?shù)階非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性與同步控制[D];重慶大學(xué);2013年

4 陳楓;分?jǐn)?shù)階混沌系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為研究[D];電子科技大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2826288