數(shù)字控制電壓型DC-DC變換器的非線性特性建模與分析.pdf

1、數(shù)字控制方式具有靈活性好，可編程，易于實現(xiàn)各類高級的控制算法等優(yōu)點，因此開關(guān)型功率變換器的數(shù)字化控制逐漸成為一股不可阻擋的發(fā)展趨勢。但是，一方面，數(shù)字控制存在延遲，會給系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來不良影響。另一方面，數(shù)字控制功率變換器系統(tǒng)中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-to-Digital Converter,ADC)和數(shù)字脈寬調(diào)制器(Digital Pulse Width Modulator,DPWM)存在量化效應(yīng)，在某些情況下會導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生極限環(huán)

2、振蕩。因此，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，設(shè)計數(shù)字控制器時需要充分考慮延遲和量化的影響。
　　本文以采用數(shù)字控制的DC-DC Buck變換器系統(tǒng)作為研究對象，首先考慮采樣保持環(huán)節(jié)，AD轉(zhuǎn)換延時和控制算法計算延時，構(gòu)造閉環(huán)系統(tǒng)模型，給出了基于朱利判據(jù)法計算系統(tǒng)穩(wěn)定工作參數(shù)范圍的方法。在上述穩(wěn)定范圍內(nèi)，由于數(shù)字控制中量化效應(yīng)的影響，系統(tǒng)仍可能發(fā)生極限環(huán)振蕩。接下來，對于本文所研究的近似為正弦形式的極限環(huán)振蕩，采用描述函數(shù)法分別建立了ADC和

3、DPWM的動態(tài)量化模型，分析了量化及其所引起的等效動態(tài)增益之間的關(guān)系。之后，當(dāng)DPWM的設(shè)計分辨率足夠高滿足避免兩占空比級極限環(huán)振蕩的動靜態(tài)條件時，考慮ADC和DPWM可能在環(huán)路中引入的最大等效動態(tài)增益，給出了包含延遲和量化引起最大等效動態(tài)增益時的完整閉環(huán)系統(tǒng)模型，結(jié)合靜態(tài)無極限環(huán)條件對積分補償增益系數(shù)上限的約束綜合考慮，可以計算出能充分保證系統(tǒng)穩(wěn)定的補償器參數(shù)范圍。最后，進(jìn)行了相應(yīng)的Simulink仿真和基于FPGA的硬件電路測試驗證

4、。
　　本文通過研究證實:一、輸出電壓的低頻振蕩是由系統(tǒng)的Neimark-Sacker分岔所引起的，系統(tǒng)分岔所導(dǎo)致的輸出電壓低頻振蕩振幅很大，因此可以忽略量化引起的動態(tài)增益對系統(tǒng)分岔的影響。二、低分辨率的DPWM可能在控制回路中引入很大的等效動態(tài)增益，使系統(tǒng)相位滯后達(dá)到180°時環(huán)路增益等于1，從而引起兩占空比級極限環(huán)振蕩。三、在系統(tǒng)分岔發(fā)生之前，受ADC和DPWM的量化效應(yīng)在環(huán)路中引入的等效動態(tài)增益影響，系統(tǒng)可能已經(jīng)發(fā)生了極限環(huán)