本文關(guān)鍵詞：DC-DC變換器建模與數(shù)字化控制

  更多相關(guān)文章： LQR控制 DC-DC變換器 數(shù)字控制 卡爾曼濾波 抗積分飽和

【摘要】：隨著社會經(jīng)濟突飛迅猛地發(fā)展,能源緊張問題日益嚴(yán)峻,新能源領(lǐng)域越來越受到學(xué)術(shù)界和工程界的關(guān)注,其中DC-DC變換器是光伏逆變、混合動力車等新能源能量管理的核心部件。傳統(tǒng)的開關(guān)電源主要用于維持系統(tǒng)輸入輸出的基本恒定,并不能很好的適應(yīng)輸入輸出面臨大范圍變化的情況。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,數(shù)字電源因其靈活設(shè)定,能夠在線調(diào)整、進行狀態(tài)監(jiān)控等優(yōu)勢,得到廣泛的應(yīng)用,而現(xiàn)有的基于補償網(wǎng)絡(luò)或PID控制的數(shù)字電源無法靈活考慮主電路拓?fù)浜蛿_動特性,難以有效提高數(shù)字電源的性能。因此對DC-DC變換器的數(shù)字化控制方法進行更深入的研究也是至關(guān)重要的。本論文旨在針對DC-DC變換器控制技術(shù)實際應(yīng)用中存在的若干問題進行了研究,提出一種新型的基于LQR穩(wěn)態(tài)最優(yōu)控制的DC-DC變換器數(shù)字化控制方法,并搭建DC-DC變換器快速原型開發(fā)軟硬件實驗平臺,實現(xiàn)了對Buck型和SEPIC型DC-DC變換器高效、穩(wěn)定的控制。論文主要取得如下研究結(jié)果：(1)針對傳統(tǒng)補償網(wǎng)絡(luò)或PID控制方法難以適應(yīng)變換器負(fù)載大范圍變化的問題,提出了一種新型的基于LQR穩(wěn)態(tài)最優(yōu)控制的DC-DC變換器數(shù)字化控制方法。將被控輸出的誤差作為擴展?fàn)顟B(tài)來引入積分控制作用以消除輸出跟蹤余差；為滿足開關(guān)電源的超高頻控制需要,引入穩(wěn)態(tài)LQR和穩(wěn)態(tài)Kalman來離線計算反饋增益矩陣；為消除占空比約束引起的過飽和作用,引入了抗積分飽和處理方法和控制器手自動模式切換策略。(2)實現(xiàn)了Buck型DC-DC變換器和SEPIC型DC-DC變換器數(shù)字控制。建立了Buck型和SEPIC型DC-DC變換器的大信號模型和小信號模型。基于NICompactRIO的硬件實驗平臺,實現(xiàn)對Buck型和SEPIC型DC-DC變換器基于LQR穩(wěn)態(tài)最優(yōu)控制的數(shù)字化控制方法和傳統(tǒng)補償網(wǎng)絡(luò)控制方法的控制應(yīng)用研究,并且對兩種控制方法的效果進行比較,提出了基于LQR穩(wěn)態(tài)最優(yōu)控制的數(shù)字化控制方法中權(quán)重參數(shù)的選取方法。實驗結(jié)果表明,提出的DC-DC變換器數(shù)字化控制方法具有更好的控制效果。(3)基于NI CompactRIO完成了DC-DC變換器快速原型開發(fā)的軟硬件平臺的搭建,并基于LabVIEW針對Buck和SEPIC型DC-DC變換器的LQR控制算法上位機程序和下位機程序的編寫,并采用IP Builder對所編寫的程序進行了優(yōu)化。
【關(guān)鍵詞】：LQR控制 DC-DC變換器 數(shù)字控制 卡爾曼濾波 抗積分飽和
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM46
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-16
• 第一章 緒論16-26
• 1.1 引言16-18
• 1.1.1 研究背景16-17
• 1.1.2 研究意義17-18
• 1.2 國內(nèi)外DC-DC變換器控制技術(shù)研究進展18-22
• 1.3 本文創(chuàng)新點及主要研究內(nèi)容22-26
• 1.3.1 論文創(chuàng)新點22
• 1.3.2 論文主要研究內(nèi)容22-26
• 第二章 基于LQR穩(wěn)態(tài)最優(yōu)控制的DC-DC變換器數(shù)字化控制方法26-38
• 2.1 引言26-28
• 2.2 帶有參考輸入的控制器設(shè)計28-30
• 2.3 積分控制器設(shè)計30-31
• 2.4 基于LQR穩(wěn)態(tài)最優(yōu)控制器設(shè)計31-33
• 2.5 穩(wěn)態(tài)卡爾曼濾波估計器設(shè)計33-34
• 2.6 抗積分飽和處理34-35
• 2.7 手自動模式切換35-36
• 2.8 本章小結(jié)36-38
• 第三章 DC-DC變換器快速原型開發(fā)軟硬件平臺搭建38-52
• 3.1 引言38
• 3.2 硬件實驗平臺38-40
• 3.3 LabVIEW開發(fā)環(huán)境介紹40-41
• 3.4 LabVIEW上位機程序41-44
• 3.5 CompactRIO-FPGA下位機程序44-48
• 3.5.1 采樣模塊44-45
• 3.5.2 PWM輸出模塊45
• 3.5.3 控制算法模塊45-48
• 3.5.4 負(fù)載和輸入電壓觸發(fā)模塊48
• 3.6 IP Builder優(yōu)化編程48-51
• 3.7 本章小結(jié)51-52
• 第四章 Buck型DC-DC變換器控制52-80
• 4.1 引言52
• 4.2 Buck型DC-DC變換器模型建立52-60
• 4.2.1 Buck型DC-DC變換器CCM模型建立53-57
• 4.2.2 Buck型DC-DC變換器DCM模型建立57-60
• 4.3 Buck型DC-DC變換器補償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計60-69
• 4.3.1 補償網(wǎng)絡(luò)建立60-64
• 4.3.2 補償網(wǎng)絡(luò)離散化64-65
• 4.3.3 仿真結(jié)果65-67
• 4.3.4 軟件設(shè)計67-69
• 4.4 Buck型DC-DC變換器基于LQR穩(wěn)態(tài)最優(yōu)控制方法實現(xiàn)69-76
• 4.4.1 權(quán)重參數(shù)選取方法69-73
• 4.4.2 實驗結(jié)果73-76
• 4.5 基于LQR穩(wěn)態(tài)最優(yōu)控制方法與補償網(wǎng)絡(luò)控制方法實驗結(jié)果對比76-79
• 4.6 本章小結(jié)79-80
• 第五章 SEPIC型DC-DC變換器控制80-98
• 5.1 引言80
• 5.2 SEPIC型DC-DC變換器模型建立80-88
• 5.2.1 SEPIC型DC-DC變換器大信號模型81-83
• 5.2.2 SEPIC型DC-DC變換器小信號模型83-88
• 5.3 SEPIC型DC-DC變換器補償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計88-92
• 5.4 兩種控制方法實驗結(jié)果對比92-96
• 5.5 本章小結(jié)96-98
• 第六章 總結(jié)和展望98-102
• 6.1 本文工作總結(jié)98-99
• 6.2 后續(xù)工作展望99-102
• 參考文獻102-108
• 附錄108
• 作者簡歷108
• 攻讀碩士期間的主要成果108

【參考文獻】

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本文編號：575869