基于升压和降压电路的智能控制的研究和实现

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1、基于升压和降压电路的智能控制的研究和实现第一章绪论1.1引言在当下的21世纪，以计算机为核心的信息科学是主导科学技术之一便可证明其主导作用。电力电子技术是一种使用电力电子器件构成各种电力变换电路和对这些电路进行控制的技术，而任何电力电子器件或者电路的正常工作都离不开电源[2]，开关电源技术也是电力电子技术不可或缺的一个分支，其核心是DC-DC变换器[3]。近年随电力电子技术的发展及高效节能的趋势，开关电源也开始受到人们的青睐，越来越多的国家和科学家投入到对开关电源的研究热潮中，而目前研究的热点之一是关于开关电源变换器控制方法策略的研究。DC-DC变换器有很多

2、种类型[4][5]，应用较广泛的是单管非隔离式的降压电路（Buck），升压电路（Boost）以及升降压式（Buck-Boost）[6]，本文的主要研究对象也是这三种电路。目前大多数的DC-DC变换器的控制方法选用的是传统PID控制[7]，这种控制方法简单，能将复杂系统转换为线性系统进行调整，在当前大多数的工业领域当中因其控制鲁棒性和可靠性较高而被广泛应用[8]。但是如果追求高鲁棒性，那么抗干扰性就差，如果追求启动零超调，则其快速性必降低，这使其不具备高控制性能。而且，实际中的过程对象大都具有非线性、时变和分布系统特征，因此，无论是通过假设推导的数学模型，还是

3、由辨识得到的估计模型，适用范围都是有限的[9]。传统线性PID控制下的DC-DC变换器普遍存在输出电压不稳、精度低、可调范围小、纹波电流过大等问题[10]。再者，控制器设计核心之一的参数整定对系统运行质量影响很大。但在实际生产中，操作人员的参数整定技能大多较低，经验不足，整定出的参数无法使系统获得期望的质量，特别是在精度要求较高的场合（如航天、核电）[11]，当系统的模型发生突变时或受到干扰时传统的人工整定模式不能及时的根据模型自动调整参数，这将大大降低工作效率，所以传统的人工整定模式亟待改进。综上，针对DC-DC变换器的传统控制方案已经基本很难再进一步提高

4、系统性能，也不能再满足控制需求。因此对于新型控制策略的研究迫在眉睫[12]。..........1.2研究的背景和意义目前大多数的DC-DC变换器采用闭环回路控制，在处于这种控制方式时变换器系统属于非线性时变系统，如果这时采用传统的PID控制策略就需要对系统建立一个较为准确的数学模型[13][14]。目前建立模型的方式都是基于状态空间平均模型或线性小信号模型，然后通过所建立的模型计算或辨识出PID控制器参数。这种方法虽然很好的分析了开关电源变换器的稳定状态和动态低频小信号问题[15]，但是对于更加复杂的DC-DC非线性系统，这种建模方法的适用性就会大打折扣，

5、以至于传统的PID参数的整定也难上加难。因此，急需一种能够建立更加精确模型的方法，可是研究这种方法并非易事，国内外对于这方面的研究进展缓慢，然而对于控制策略的研究却有很大的进步。综上，改进建模方式不如改进控制策略来的更有价值，更有现实意义。近些年来，国内外关于控制策略研究出了诸多方案，其中，最具潜力发展最快的属智能控制策略。智能控制对于准确的模型的依赖性并不高，主要原理是通过智能化的学习系统对控制器的参数不断更正在线学习，当系统发生变化或受到扰动使模型结构发生变化时可在线整定控制参数而无需人工离线整定，可最后使控制效果达到一个最优状态。这种控制策略的主要研究

6、对象并不是系统的模型，而是针对控制器，所以并不需要去建立系统的模型，这大大提高的系统的鲁棒性和抗扰性，并且提高了整体的工作效率。智能控制器设计的好坏，依赖于对控制器运作方式的熟悉程度，以及操作人员的控制经验的好坏，而这些经验可通过目前研究的很多典型仿真模型中得到。再加上近年内基于智能控制的各种软件和硬件开发和技术的日渐成熟[16]，使得智能控制在DC-DC变换器技术领域发展迅速，取代传统控制策略将指日可待。综上，对于开关电源的智能控制的研究是一项很有现实意义的研究[17]。..........第二章升压和降压电路拓扑结构和模型建立2.1DC-DC变换器概述D

7、C-DC变换器也叫做直流-直流变换器，是一种将直流基础电源转变为其他电压种类的直流变换装置[30]。DC-DC变换器主要采用了高频功率变换技术，而且隔离了输入和输出，使两者之间不相互影响。它的电路结构简单，可靠性高，节约成本，具有稳定加速，响应迅速的性能并且在节约电能方面表现优良，因而被广泛的应用在交通运输、航空航天、军事、服务性医疗、通信设备等领域。DC-DC变换器的种类在绪论中有所提及，主要是根据电源的输入和输出有无电气隔离分为两大类：隔离式和非隔离式。总体来说，应用较广泛的是非隔离式变换器，这种电路有六种类型，比较常见的是升压或降压式的变换器，表2-1

8、列出了非隔离式的6种变换器的电路名称和特点。这6种电