開關(guān)功率變換器的混沌控制研究.pdf

1、開關(guān)功率變換器是現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié),其運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)乎整個電力電子系統(tǒng)的工作性能。由于器件的非線性和開關(guān)的切換作用,反饋控制的開關(guān)變換器表現(xiàn)為一類強(qiáng)非線性、時(shí)變系統(tǒng),運(yùn)行中會產(chǎn)生各種非線性現(xiàn)象,如倍周期分岔、邊界碰撞分岔、混沌等,使得系統(tǒng)難以按期望的要求工作。論文從核心的開關(guān)變換器入手,開展了有關(guān)其非線性行為分析方法和混沌控制策略的研究,為電力電子系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、優(yōu)化運(yùn)行提供理論支持。①從分段線性系統(tǒng)角度提出了PWM控制DC-D

2、C變換器系統(tǒng)雅可比(Jacobian)矩陣的改進(jìn)求解方法,推導(dǎo)出了具有更好通用性的Jacobian矩陣數(shù)學(xué)表達(dá)式?，F(xiàn)有DC-DC變換器系統(tǒng)Jacobian矩陣的求解主要是基于數(shù)據(jù)采樣法實(shí)現(xiàn),求解過程麻煩,其結(jié)果通用性不強(qiáng),不利于解析分析。為此利用微擾思想推導(dǎo)出了單開關(guān)PWM控制DC-DC變換器系統(tǒng)Jacobian矩陣的較為通用數(shù)學(xué)表達(dá)式,由此導(dǎo)出了三個相關(guān)的快標(biāo)行為穩(wěn)定性結(jié)論,結(jié)合典型的PWM控制DC-DC變換器的快標(biāo)行為穩(wěn)定性分析,驗(yàn)

3、證了所提方法的有效。②研究了典型PWM控制DC-DC變換器延遲反饋(TDFC)混沌控制的可控性分析問題。目前有關(guān)TDFC混沌控制DC-DC變換器的研究工作很少,且缺少有效分析方法來確定出TDFC參數(shù)的可控范圍。為此,首先應(yīng)用數(shù)據(jù)采樣法建立了TDFC控制電流模式Boost變換器系統(tǒng)離散模型,引入占空比和狀態(tài)變量分離分析思路,基于占空比快速收斂的假設(shè)條件,定性預(yù)測出了混沌控制效果,實(shí)現(xiàn)了控制參數(shù)的優(yōu)化選擇。TDFC控制的引入使變換器系統(tǒng)表現(xiàn)

4、為無窮維特性,其離散迭代模型難以獲取,為此提出了基于傳遞函數(shù)的倍周期分岔分析方法,實(shí)現(xiàn)了TDFC控制Buck變換器系統(tǒng)的可控性分析。此外還提出了具有良好混沌控制效果的準(zhǔn)TDFC控制,其延遲時(shí)間和反饋增益均可調(diào)節(jié)的特點(diǎn)有利于提出易于電路實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)混沌控制方法。③提出了一類等效于準(zhǔn)TDFC且易于工程實(shí)現(xiàn)的DC-DC變換器改進(jìn)混沌控制方法,給出了其電路實(shí)現(xiàn)思路和參數(shù)優(yōu)化方法。基于準(zhǔn)延遲反饋控制的演化,提出了電壓微分反饋控制和一階動態(tài)反饋控制,

5、分別給出了其電路實(shí)現(xiàn)方式,應(yīng)用所提的控制方法分別實(shí)現(xiàn)了電壓模式Buck變換器和電流模式Boost變換器的混沌控制,理論上分析了控制參數(shù)的選取,仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明控制效果良好。此外,針對電壓微分反饋控制Buck變換器的多脈沖現(xiàn)象,提出了電流平方反饋混沌控制策略,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的混沌控制和多脈沖行為抑制雙重控制目標(biāo)。④提出了DC-DC變換器的自穩(wěn)定混沌控制概念,給出了控制策略的理論依據(jù)、電路化實(shí)現(xiàn)思路和參數(shù)優(yōu)化方法。依據(jù)DC-DC變換器系統(tǒng)的周

6、期性工作特點(diǎn),從頻域角度構(gòu)建了自穩(wěn)定混沌控制策略的穩(wěn)態(tài)模型條件,提出了基于濾波器的設(shè)計(jì)思路,以電壓模式Buck變換器為對象,給出了準(zhǔn)自穩(wěn)定和自穩(wěn)定兩類混沌策略的可控性結(jié)果,應(yīng)用Jacobian矩陣改進(jìn)求解法優(yōu)化選擇了控制參數(shù),仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證所提控制策略的有效,取得了期望的自穩(wěn)定控制效果。⑤提出了周期平衡態(tài)開關(guān)變換器概念,初步構(gòu)建了其快標(biāo)行為穩(wěn)定性的等效分析思路和雙頻模式混沌控制策略。利用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)概念,將周期平衡態(tài)開關(guān)變換器系統(tǒng)快標(biāo)行為