隔离型双向全桥dcdc变换器优化控制研究

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1、隔离型双向全桥DC/DC变换器优化控制研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：柳杨指导老师：黄勤教授专业：控制科学与工程学科门类：工学重庆大学自动化学院二O一五年四月AnOptimizedControlforanIsolatedBi-directionalFull-bridgeDC-DCConverterAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEn

2、gineeringbyLiuYangSupervisedbyProf.HuangQinSpecialty：ControlScienceandEngineeringCollegeofAutomationofChongqingUniversity,Chongqing,China.April,2015重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要在电池的充放电、电动汽车、不间断电源系统、太阳能发电系统、航空电源系统、可再生能源系统等需要电能变换的场合，为了减小体积，节约成本，提高效率，双向DC/DC变换器获得了越来越广泛

3、的应用。双有源桥直流变换器作为一个较新颖的电能变换装置，具有易于实现软开关，能量双向流动，器件电压电流应力小，功率密度大，效率高，体积小等优点，已成为近年来研究的热点。目前国内外学者已经对双有源变换器拓扑和相关控制策略进行了研究，但对闭环控制的优化策略研究较少。本文以双有源桥变换器为研究对象，针对双有源桥变换器在系统参数不确定时闭环控制下的输出鲁棒性及动态性能问题，在学习和研究变换器拓扑和工作原理基础上，根据简化的电路模型，建立了系统的小信号平均模型和其多胞型结构，提出了一种参数优化的混合优化策略，完

4、成了控制系统的设计。通过构建仿真模型验证控制策略的正确性和优越性，最后完成了控制系统的实现。论文研究工作主要完成内容有：①在对变换器稳态工作分析的基础上，给出了输出电压、输出功率、输出电压纹波率等重要电路参数，分析了软开关范围和死区对移相角的影响等变换器设计的关键问题。通过简化电路模型，建立了变换器的小信号平均模型，针对变换器参数不确定性，建立了变换器多胞体结构模型。②通过对线性矩阵不等式理论的学习和研究，运用线性二次调节器问题的线性矩阵不等式优化理论，在满足给定的约束条件下，得到了变换器优化参数的求

5、解表达式。为了进一步提升系统的动态响应性能，提出了一种混合优化闭环控制策略，将输出电流引入了控制环。③根据系统输入输出指标，设计了控制系统中变换器的电路参数。利用线性矩阵不等式方法，通过求解优化参数的表达式，得到了优化参数，完成了系统的闭环控制器设计。在Matlab中构建了变换器闭环控制系统仿真模型，仿真结果验证了变换器在稳态和动态时均满足理论分析的相关特性，同时表明了在负载阶跃扰动时，控制系统动态响应的优越性。④最后以FPGA为主控芯片，完成了系统的硬件电路设计与制作。借助QuartusII9.1平

6、台，利用原理图电路设计方法完成了系统软件的实现。通过稳态实验验证了硬件电路的正确性和软件设计的可行性。关键词：双有源桥变换器，多胞体结构，线性矩阵不等式，混合优化闭环策略I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTInordertoreducethevolumeofthesystem,savecostandimproveefficiency,thebi-directionalDC/DCconverterhasgainedmoreandmorewidelyusedinthebatterychargin

7、ganddischargingsystem,electricvehiclesystem,uninterruptedpowersupplysystem,solarpowersystems,aviationpowersystems,renewableenergysystemsandotheroccasions.TheDualActiveBridge(DAB)hasbeengivenconsiderableinterestinrecentyearsforitsZVSofalldevices,bi-direc

8、tionnalpowerflow,near-minimumvoltageandcurrentstressesofalldevices,highpowerdensity,highefficiencyandsmallsize.InternationalanddomesticacademicshavedonealotofresearchontheDABtopologyandcontrolstrategy.However,theresearchontheopti