基于DMC-PID的Buck型DC/DC变换器的输出特性控制

基于Buck型DC-DC变换器动态响应速度较慢、抗扰动能力差的现状,提出了基于输出电压微分-单周控制Buck型DC-DC变换器数学模型的DMC-PID控制方法。该算法将DMC算法与PID算法相结合,充分发挥PID抗干扰性和DMC对惯性、延迟适应能力强的优点。为验证在PID与DMC结合时所采用的串联与并联两种不同的控制方法的控制效果,针对不同工作状态对系统进行了仿真。结果表明:DMC-PID并联控制系统总体性能优于DMC-PID串级控制系统,但两种控制方案都具有较强的鲁棒性及良好的抗扰动性能,能够提高系统的动、静态性能指标。     

一种基于输入/输出反馈线性化的Boost型DC/DC变换器非线性控制方案

针对Boost型DC/DC变换器以电容电压作为输出时存在非线性和不稳定的零动态,从而导致系统带宽较窄、动态响应缓慢等问题,基于输入/输出反馈线性化提出一种新的非线性控制方案。这一控制方案采用以非线性控制的电感电流作为内环、具有PI控制的电容电压作为外环的串级结构。该方案既可以很好地解决以电容电压作为输出进行直接控制时所存在的不稳定零动态问题,又克服了单纯采用电感电流作为输出间接控制电容电压时易受电源波动和负载变化影响的不足。对自制的样机进行实验研究,结果表明,与传统的PI控制方案相比,该方案可以明显改善Boost型DC/DC变换器的诸如输出电压调节范围、稳态静差、动态调整时间等动、静态性能。     

DC/DC变换器基于状态反馈精确线性化的Backstepping控制器设计

DC／DC开关变换器是一类典型的开关非线性系统。本文首先建立CCM（电流连续型）Buck变换器的仿射非线性模型，基于非线性系统的微分几何理论，通过非线性坐标变换和状态反馈，得到Buck变换器的精确反馈线性化模型。在此基础上应用线性系统Backstepping（反向递推）设计方法构造Lyapunov函数和镇定控制器，从而实现了对电感电流和电容电压的有效控制。仿真结果表明，该方法设计的控制器对输入电压扰动和负载扰动具有良好的鲁棒性，且控制器简单易实现。     

电流连续型Boost变换器状态反馈精确线性化与非线性PID控制研究

基于非线性系统的微分几何理论并结合传统PID控制的优点，建立了CCM(电流连续型)Boost变换器的非线性仿射模型并推导出非线性坐标变换矩阵和非线性状态反馈表达式，得到了Boost变换器状态反馈精确线性化模型。文中结合基于输出误差的PID控制，提出了变换器非线性PID解耦控制策略。研究结果表明，Boost变换器非线性PI解耦控制，比传统的PI控制有更好的动态响应和稳态特性，状态反馈精确线性化能对Boost变换器这类分段线性系统实现完全控制解耦。DC／DC变换器利用状态反馈精确线性化技术并结合传统PI控制技术的优点进行解耦控制，其结果对进一步研究具有一般性理论和实际意义。     

三态Boost型DC/DC变换器的数学模型及其输入/输出反馈线性化非线性控制方法

针对传统的Boost型DC/DC变换器存在不稳定的零动态问题,Viswanathan K.提出了一种改进拓扑结构的三态Boost型DC/DC变换器。考虑到现有文献均采用小信号模型和相应的线性控制方法,难以发挥该三态Boost变换器的优势,为此,在建立三态Boost型DC/DC变换器大信号状态空间数学模型的基础上,根据其多变量、非线性特点,基于输入/输出反馈线性化提出一种新颖的非线性控制方法。自制的样机实验结果表明:与传统的PI控制方法相比,该新型非线性控制方案具有明显的优势,不仅输出电压的调节范围较宽、稳态偏差小,而且动态性能也明显改善。     

全桥型DC/DC开关电源的建模与控制

应用状态空间平均法建立了全桥型DC/DC变换器的动态小信号数学模型,依此得出了电压闭环系统控制框图和传递函数.在此基础上应用自动控制理论校正了该系统,并分析了补偿网络对系统动、静态性能的影响,最后通过MATLAB仿真结果和实验波形验证了小信号数学模型的正确性和实用性.     

CCM Buck变换器的状态反馈精确线性化的非线性解耦控制研究

基于非线性系统的微分几何理论，应用脉冲模型积分法建立CCM(电流连续型)Buck变换器的非线性仿射模型，推导出对应的非线性坐标变换矩阵和非线性状态反馈表达式，得到了Buck变换器状态反馈精确线性化模型，由此提出了电感电流和输出电容电压解耦控制策略。研究结果表明，Buck变换器通过状态反馈实现精确线性化得到的非线性控制策略，比现有的PI控制有更好的动态响应调节和稳态误差调节特性。同时说明状态反馈精确线性化能对Buck变换器这类分段线性系统实现完全解耦控制，从而具有一般性理论和实际意义。     

高频隔离光伏并网系统中DC/DC变换器的研究

针对光伏电池阵列的宽输出电压范围特性,为了实现变换器的宽电压输入和输出范围特性,采用滞后臂串阻塞二极管的FB-ZVZCS-PWM变换器拓扑对光伏并网系统中的DC/DC环节进行了设计分析.该电路拓扑通过超前桥臂开并管上并联电容实现ZVS,利用滞后臂串二极管阻止零状态下反向环流的产生从而实现ZCS.论文分析了该变换器的工作...     

基于模糊控制的交错并联双向DC/DC变换器研究

为了提高交错并联双向DC/DC变换器输出电压及均流的控制精度和动态性能,提出了电压、电流双环控制均采用模糊控制理论的模糊PI控制器。以研究交错并联DC/DC变换器工作原理为基础,详细介绍了电压、电流双环的模糊PI控制器的设计方法。通过仿真,对比了采用模糊PI控制和常规PI控制的仿真波形,验证了双环均采用模糊PI控制能提高输出电压和电感电流的响应速度、减小超调,从而实现电压及均流的精确控制。     

Buck-Boost基于精确反馈线性化统一控制研究

利用状态空间平均法建模建立了Buck-Boost变换器的数学模型,然后基于非线性系统的微分几何理论,在变换器仿射非线性模型的基础上,推导出了非线性坐标变换矩阵和状态反馈表达式,进而得到了Buck-Boost变换器的精确反馈线性化模型。以此模型为基础,设计了统一控制器使输出电压准确跟踪给定值。最后通过仿真研究和实验验证了所研究控制方法具有良好的动态响应、稳态性能和更强的鲁棒性。     

DC-bus voltage control of three-phase AC/DC PWM converters usingfeedback linearization

In this paper, a fast voltage control strategy of three-phase AC/DC pulsewidth modulation (PWM) converters applying a feedback linearization technique is proposed. First, incorporating the power balance of the input and output sides in system modeling, a nonlinear model of the PWM converter is derived with state variables such as AC input currents and DC output voltage. Then, by input-output feedback linearization, the system is linearized and a state feedback control law is obtained by pole placement. With this control scheme, output voltage responses become faster than those in a conventional cascade control structure. For robust control to parameter variations, integrators are added to the exact feedback control law. Since the fast voltage control is feasible for load changes, it is shown that the DC electrolytic capacitor size can be reduced. In addition, the capacitor current is analyzed for size reduction of the capacitor. As is usual with PWM converters, the input current is regulated to be sinusoidal and the source power factor can be controlled at unity. The experimental results are provided to verify the validity of the proposed control algorithm for a 1.5 kVA insulated gate bipolar transistor PWM converter system     

中低压直流配电网母线电压稳定控制

为了抑制直流配电网内间歇性电源输出功率以及负荷扰动对直流母线电压的冲击,设计一种基于降阶扩张状态观测器的线性自抗扰控制方法,实现直流母线电压的稳定控制.在不增加负荷电流传感器的情况下,实现直流电压控制单元对扰动的快速响应与跟踪,有效提高控制系统的抗扰动性和稳定性.在理论和仿真分析的基础上,将所提控制算法嵌入自主开发的A...     

含恒功率负荷直流微电网的状态反馈电压振荡控制技术

扰动发生后新能源发电和恒功率负荷侧换流器在现有功率控制模式下所表现出的负阻抗特性,会大幅增加直流电压振荡失稳的风险.为此,首先针对直流电压振荡失稳的问题,推导含恒功率负荷两端直流微电网的小扰动线性化状态方程.其次,结合各状态变量的参与因子,选取振荡电流、电压作为可调节控制参数,将其分别引入储能换流器与恒功率负荷换流器的占空比反馈环节中,提出基于状态反馈的多端直流电压振荡控制方法.然后,利用根轨迹、Bode图分析附加状态反馈电压振荡控制技术后的直流微电网稳定裕度的变化规律,为控制参数设计提供依据.最后,搭建时域仿真系统,验证了所提出的控制方法可有效抑制直流微电网的电压振荡,显著提高系统的动态稳定性.     

Design method considering the frequency band of the disturbance in the DC link voltage control system of hybrid electric vehicle driving systems

DC link voltage variable systems with DC/DC converter are used in hybrid electric vehicles for improving the power of the system by boosting the DC link voltage. Voltage feedback control using only proportional compensator has been proposed as a control method for the DC/DC converter. The control system can be easily designed, but there is a possibility that a steady‐state error occurs in the DC link voltage. In this paper, a proportional integral compensator is proposed to eliminate the steady‐state error of the DC link voltage in DC link voltage feedback controllers. In addition, when designing the gain of the compensator, the frequency band of the disturbance is considered. The proposed method is verified through experiments on the downsizing model.     

滑模与PI调节三相AC/DC PWM变换器非线性控制

针对三相AC/DC PWM变换器,提出了非线性滑模直流输出电压控制和PI调节方式的输入电流调节方案.基于在同步d,q参考坐标系下的状态坐标变换,设计采用非线性滑模控制调节输出电压动态,使其跟踪线性参考模型;采用PI调节器调节d轴输入电流为零,以得到功率因数λ=1的控制.在提出的控制方案中,输出电压的瞬态动态可通过线性参考模型调节,参考模型具有理想的动态行为.实验结果验证了所提出的控制方案的有效性.     

Nonlinear single-loop control of the parallel converters for a fuel cell power source used in DC grid applications

This paper presents an innovative control law for a multiphase interleaved converter in the distribution of power supply in fuel cell (FC) generators. Traditionally, to control the DC output power, voltage, or current in a converter, a linear multiple-loop feedback control technique is used. The nonlinear multiple-loop feedback control approach offers several techniques that help to improve the system response. In this paper, an alternative nonlinear single-loop feedback control scheme is proposed. This scheme is based on the differential flatness concept, which provides a solution to achieve the preferred response using a less sophisticated algorithm. To validate the proposed technique, a prototype of a FC power converter (a 600-W two-phase interleaved boost DC–DC converter) was constructed in the laboratory, and the control algorithm was implemented to control the prototype using a dSPACE 1104 controller card. The control scheme exhibited excellent experimental results for use with a 1.2-kW Nexa Ballard polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) regarding the steady state and dynamic responses as well as the control robustness.     

多端柔性直流输电系统新型直流电压控制策略

随着电压源型换流器的发展,多端柔性直流输电技术受到了越来越多的关注。提出一种适用于多端柔性直流输电系统的新型直流电压控制策略。该策略通过在直流电压斜率控制中引入一个公共直流参考电压,作为多点直流电压控制换流站的电压反馈控制信号。最后,在PSCAD/EMTDC中建立基于模块化多电平换流器的4端柔性直流输电仿真模型,对所提出直流电压控制策略的特性进行稳态和暂态仿真验证。仿真结果表明：利用所提出的直流电压控制策略,多端柔性直流输电系统能够稳定、可靠地运行。     

两级宽输入DC/DC变换器设计与建模分析

宽输入DC/DC变换器功率器件承受电压应力变化范围大,增加了电路损耗,减小了使用寿命。两级式变换器能够减小电路中功率器件的电压应力,但控制较为复杂。此处研究了一种电流控制型双Buck级联形式的宽输入开关电源,仅对后级电路进行闭环控制,简化了控制,有效减小了电路体积。建立了电路传递函数模型,讨论了电路的稳态特性及动态特性,进行了电路的稳定性分析,并通过仿真与实验分析,证明了电路具有良好的动态性能和输出稳定性,从而验证了设计方案的可行性。     

强磁场电源软开关DC/DC变换器的研究

强磁场电源对于输出纹波有极高的要求。采用并联线性有源滤波技术可使输出纹波电流得到充分抑制,而这种有源滤波器的关键部分是可自动跟踪主电源输出的DC/DC变换器。由于功率较大,变换器必须软开关运行。针对强磁场电源的需求,提出了一种基于电流滞环控制的ZVS-CV电路,并论述了其软开关条件和控制方式。仿真及实验结果验证了该DC/DC变换器的良好性能。     

一种L-R复合型桥式DC/DC变换器

提出了一种L-R复合型桥式DC/DC变换器。该变换器在传统半桥LLC谐振变换器的基础上,仅增加一组L桥臂,有高、低2种电压增益模式。在高电压增益模式,采用脉冲宽度调制,通过L桥臂对电感线性储能,获得了比传统LLC谐振变换器更高的电压增益,具有更宽的输出电压范围,且电压增益受励磁电感影响小,电路工作无回馈电流。在低电压增益模式,采用脉冲频率调制,电压增益特性与传统LLC谐振变换器接近,但有更小的回馈电流和循环电流。详细分析了所提拓扑2种电压增益模式的工作原理,推导出增益公式,并与传统拓扑进行对比。最后搭建了一台输入电压为220 V、输出电压为100~160 V的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。