基于变分积分的zeta变换器建模与滑模数字控制研究

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1、硕士学位论文基于变分积分的Zeta变换器建模与滑模数字控制研究DISCRETE-TIMEMODELINGANDDIGITALSILDINGMODELCONTROLOFAZETACONVERTERBASEDONTHEVARIATIONALINTEGRATOR周祺堃哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TM132O415.5学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文基于变分积分的Zeta变换器建模与滑模数字控制研究硕士研究生：周祺堃导师：刘洪臣副教授申请学位：工程硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔

2、滨工业大学ClassifiedIndex:TM132O415.5U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDISCRETE-TIMEMODELINGANDDIGITALSILDINGMODELCONTROLOFAZETACONVERTERBASEDONTHEVARIATIONALINTEGRATORCandidate：ZhouQikunSupervisor：ViceProf.LiuHongchenAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Electri

3、calEngineeringAffiliation：SchoolofElectricalEngineeringandAutomationDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要随着DC-DC变换器非线性行为与控制研究的逐渐深入，人们对于DC-DC变换器的建模方法有了越来越多的重视，优秀的建模方法可以兼顾准确性与简便性，可以使DC-DC变换器的非线性与控制研究得到事半功倍的效果。DC-DC变换器中常常存在不稳定现象，且工程实践中通常需

4、要DC-DC变换器有着稳定的输出与较强的抗干扰能力。因此有必要寻找一种建模方法，在建模的基础上分析系统的非线性，设计系统的闭环控制策略。本文首先研究了基于变分积分的离散拉格朗日建模方法，以Boost变换器为例，对比了开环和闭环状态下离散拉格朗日模型与传统迭代模型输出电压和电感电流的时域波形，研究表明，基于变分积分的离散拉格朗日建模方法建立的DC-DC变换器的离散迭代模型具有很高的精确度，进而分析了Boost变换器的离散拉格朗日模型不同参考电流下的系统Jacobian矩阵的特征值，求出了Boost变换器的分叉点。Zeta变换器属于典型的四阶变换器，具有可以升降压、输出纹波小、易于输出滤

5、波等优点，已经得到了越来越广泛的应用。但其比普通的二阶变换器具有更加复杂的结构，因而更需要对其进行建模以及非线性行的研究，但目前这方面的研究很少。因此，本文以Zeta变换器为研究对象，建立了Zeta变换器的离散拉格朗日模型，应用此模型研究了Zeta变换器在不同参数改变时Jacobian矩阵的特征值轨迹及稳定区域，并采用与传统的建模方法得出的稳定区域进行对比和PSIM仿真验证相结合的方法研究了系统的非线性动力学特性，证明了离散拉格朗日建模方法在分析高阶DC-DC变换器时的正确性，以及Zeta变换器中存在着分析中的稳定区域。随着数字控制芯片的发展，数字控制必将成为DC-DC变换器控制的发

6、展方向。因此本文应用Zeta变换器的离散拉格朗日模型建立了Zeta变换器的离散滑模控制策略，成功实现了对Zeta变换器的数字控制，并通过Matlab/Simulink软件搭建实验电路，初步分析了离散滑模的动态响应特性与鲁棒性。最后，分别搭建了Boost变换器峰值电流控制和Zeta变换器峰值电流控制实验平台，验证了理论分析的正确性。从实际的角度证实了基于变分积分的离散拉格朗日建模方法在DC-DC变换器建模、分析的实用性。本文的研究结果对DC-DC变换器的建模、非线性分析与控制研究具有重要的指导意义。关键词：变分积分；离散拉格朗日方程；Zeta变换器；非线性分析；数字控制-I-哈尔滨工业

7、大学工程硕士学位论文AbstractWiththegradualdeepeningstudyonnonlinearbehaviorandcontroloftheDC-DCconverter,peopletakemoreandmoreattentiononmodelingmethodforDC-DCconverter,theexcellentmodelingmethodcantakeintoaccountboththeaccuracyandsimplicit