發(fā)布時間：2020-05-13 06:05

【摘要】：隨著新能源的開發(fā)和利用,智能控制系統(tǒng)的快速發(fā)展,開關變換器已廣泛應用于各個行業(yè)。在新能源汽車領域,將動力電池的直流電轉換為變頻的交流電,用于驅動電動機;在風力渦輪機領域,變頻風電被轉換成固定頻率的交流電送到千家萬戶;在汽車應用領域,通過直流電壓的轉換(DC-DC)滿足控制系統(tǒng)的需求。應用領域的快速發(fā)展對開關變換器的工作效率、精度、穩(wěn)定性及適用性都提出了更高的要求。開關變換器由開關管、電感和電容等非線性元件組成,導致工作過程中會產(chǎn)生混沌現(xiàn)象,而混沌的產(chǎn)生將嚴重影響開關變換器的工作性能。因此,對開關變換器的混沌產(chǎn)生機理及控制策略的研究是亟待解決的問題。本文擬從以下幾個方面研究開關變換器:首先,基于混沌理論分析開關變換器電路,驗證開關變換器電路中存在的非線性特性。討論根軌跡及伯德圖在非線性系統(tǒng)中的分析方法,并分析各種控制策略的特點。其次,選取典型的降壓式DC-DC變換器進行分析,基于典型參數(shù)建立仿真模型,將自動控制領域的分析方法引入開關變換器系統(tǒng),利用根軌跡及伯德圖判定系統(tǒng)穩(wěn)定性,通過傳遞函數(shù)獲得零極點的位置、伯德圖的趨勢及區(qū)間,探討穩(wěn)定性是否滿足要求,并根據(jù)穩(wěn)定性判據(jù)整定PID參數(shù),選取輸入輸出子集范圍、確定模糊推理函數(shù)及設計控制規(guī)則,完成模糊PID控制器的設計并測試控制效果。再次,將混沌理論應用于開關變換器的非線性電路特性研究中,針對電壓控制型降壓變換器進行特性分析,闡述兩種工作模式下的拓撲結構及器件參數(shù)選取方法。搭建Simulink仿真模型,利用相圖將各參數(shù)變化過程中對電路工作狀態(tài)的影響進行分析,用時域波形圖對電路工作狀態(tài)的轉化進行說明,獲得開關變換器的混沌產(chǎn)生機理之一是由于充電電流過大時,使得輸出電壓上升過快引起的。最后,針對降壓式DC-DC變換器搭建傳統(tǒng)PID和模糊PID控制模型,并根據(jù)實際仿真結果進一步調(diào)整PID參數(shù),分別測試其控制效果,對比傳統(tǒng)PID及模糊PID控制性能差異,通過定量分析確定模糊PID具有調(diào)整速度快、魯棒性好、無超調(diào)及使用便捷等控制優(yōu)勢,可有效提高開關變換器系統(tǒng)工作性能。
【圖文】：

伯德圖由貝爾實驗室的荷蘭裔科學家Ｂｏｄｅ．Ｈ．Ｗ在１９４０年提出，伯德圖逡逑是系統(tǒng)頻率響應的一種圖示方法［２８］，按頻率的對數(shù)分度繪制，由幅頻特性曲逡逑線和相頻特性曲線組成，如圖２－５所示。逡逑伯德圖的繪制可以直接利用ＭＡＴＬＡＢ提供的函數(shù)繪制，得到伯德圖后，逡逑對其進行特殊指標的分析，，就可以判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定特性，其中包含兩個重要逡逑的測量指標：逡逑１．

咖邋７．３５ｘｌＯ￣Ｖ＋３＿５ｘｌＯ、＋ｌ邐ｖ邋）逡逑由此，當前系統(tǒng)根軌跡可通過ＭＡＴＬＡＢ提供的函數(shù)繪制如圖３－２所示。逡逑當前根軌跡沿著虛軸距離２３８的一條直線，向上和向下移動至無窮大，并且逡逑開環(huán)極點和虛軸之間的距離太近，從而影響系統(tǒng)的快速性。逡逑ｘ邋ＴＯ－＊邐Ｒｏｏｔ邋Ｌｏｃｕｓ逡逑２｜邋１邋＾逡逑１．５邋■邐Ｓｙｓｔｅｍ邋Ｇ逡逑Ｇａｉｎ：邋０．０２３２逡逑＾邐Ｆｔｏｌｅ：－２３８邋？邋４．１６ｅ＋０３ｉ逡逑Ｔｙ，邐１邋■邐Ｄａｍｐｎｇ：邋０．０５７１逡逑■0邐Ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ邋（％）：邋８３．６逡逑８邐Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋（ｒａｄ／ｓ）：邋４．ｌ７ｅ＊０３逡逑０．５逡逑１逡逑ｒｏ邋－０．５：逡逑ｔ邋－逡逑－１．５邋［逡逑－２０００邐－１５００邐－１０００邐－５００邐０邐５００邐１０００邐１５００逡逑Ｒｅａｌ邋Ａｘｉｓ邋（ｓｅｃｏｎｄｓ＇１）逡逑圖３－２整定前系統(tǒng)根軌跡逡逑Ｆｉｇ．邋３－２邋Ｓｙｓｔｅｍ邋ｒｏｏｔ邋ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ邋ｂｅｆｏｒｅ邋ｔｕｎｉｎｇ逡逑調(diào)用ＭＡＴＬＡＢ提供的ｂｏｄｅ函數(shù)繪制伯德圖如下：逡逑—１６—逡逑
【學位授予單位】：延邊大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM46;O415.5

【參考文獻】

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本文編號：2661519