开关功率变换器及其控制策略的研究

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1、摘要近年来，由于电力电子技术的发展，开关电源的应用深入到各个领域，在这些应用中一般要求开关电源具有高质量的输出波形。开关电源输出波形质量主要包括两个方面：一是稳态精度高；二是动态性能好。因此研究既简单又具有优良动、静态性能的开关电源控制方案，一直是电力电子领域的研究热点问题。论文在查阅大量国内外文献的基础上，针对直流．直流变换器电源系统，首先从变换器输出特性的理论分析入手，根据直流．直流变换器的物理特性，研究了状态空间平均模型和仿射非线性模型。为了获得高性能的开关电源，依据所建立的数学模型，应用无源化等现代控制理论，提出了几种新型控制器设计方案。基于状态反馈精确线性化的Backsteppi

2、ng控制器设计方案。首先根据微分几何理论，将系统的仿射非线性模型进行状态反馈精确线性化，将非线性系统化为线性系统，再应用Backstepping方法设计控制器。基于无源化理论设计了两种控制器。首先，根据状态空间平均模型，建立了系统误差模型，通过配置系统能量耗散特性方程中的“无功力”，保证系统的无源性，设计了一种无源化控制器。其次，根据系统的仿射非线性模型，通过状态变换将其变换成标准链式结构，采用非线性系统的无源化方法设计系统的反馈镇定控制器，得到了一种系统化的控制器设计方法。大量的仿真结果表明系统具有较好的跟踪效果，同时还获得了良好的稳态和动态性能，说明了所提出的控制方案能够满足开关电源的

3、控制要求，且控制器简单，鲁棒性强。关键词DC／DC变换器；非线性控制；线性化；Baekstepping；无源化燕山大学工学硕士学位论文AbstractInthelatestyear,theswitchingpowerhasbeenappliedineveryfielddeeplybecauseofthedevelopingofthepowerelectrictechnology．Intheseapplications,theswitchingpowersusuallyneedhavinghigh-qualitycaveofoutput．Thehigh-qualitycaveofoutput

4、mainlyincludetwoaspects：oneishighprecisionofstability；theotherisgooddynamicperformance．Therefore，theresearchofthecontrolschemefortheswitchingpowerwhichhashighprecisionofstabilityandgooddynamicperformancehasalwaysbeenthehntspotinthepowerelectrictechnologyfield．AimingattheDC／DCconvertersystemsandcon

5、sultingamountofliterature，firstly,thePaperstartedwiththetheoryanalysisofoutputcharacteristicsbasedonthephysiccharacteristicofDC／DCconverter．Thenresearchtheslatespaceaveragemodelandaffinenonlinearmodel．Inordertogainthehighcapabilityofswitchingpower,thepaperhasputforwardseveralnewcontrollerschemesba

6、sedontheestablishedmodelforthepowersystems．TheBaeksteppingcontrollerdesignWasmadebasedonthestatevariableexactlinearization．Inthefirstplace．basedonthedifferentialgeometrytheorythepapermakestatevariableexactlinearizationfortheaft'menonlinearsystemandtIlmthenonlinearsystemtolinearsystem．Andthen,theBa

7、cksteppingmethodisadoptedforthecontroller．Thepaperhasdesignedtwocontrollersbasedonthepassivitytheory．Firstly,theerrormodelofsystemWasestablishedbasedonthestatespaceaveragemodel．ThenthepassivityoftbesystemWasproof