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1、《电力电子技术》1999年第2期1999.475DC-DC变换器控制方法研究现状ThePresentResearchontheControlofDC-DCConverter天津大学吴爱国李际涛(天津300072)摘要:全面介绍了现代控制理论及智能控制方法在DC-DC变换器中的应用,简要分析了各种控制方案的优缺点,并展望了DC-DC变换器控制的发展趋势。Abstract:ThepaperintroducestheapplicationsofmoderncontroltheoriesandseveralintelligentcontrolmethodsinDC
2、-DCconverter,thenbrieflyanalyzestheircontrolfeatures.Finally,weprospectthedevelopingtrendofthecontrolofDC-DCconverterinthefuture.叙词:变换器/DC-DC变换器现代控制理论智能控制方法Keywords:converter;DC-DCconverter;moderncontroltheory;intelligentcontrolmethod1前言保证直流输出电压稳态输出误差为零;(2)具有低输近30年来,开关型功率调节器已发展成轻型
3、、出阻抗和低音频衰减率,瞬态响应良好;(3)控制系高效的直流电源。在各种类型的DC-DC开关变换统对电路参数的不确定性具有强的鲁棒性。器中,PWM型DC-DC变换器结构种类多,发展快,1976年,R.D.Middlebrook和SlobodanCuk在前技术领先,便于实现,构成了最大的一类。人的基础上提出了状态空间平均法,较好地解决了尽管已对开关电源做了大量的研究工作,但是PWM型DC-DC变换器的稳态和动态低频小信号的在DC-DC变换器的控制方面,只是最近几年才有了分析问题,这种方法在基本假设———扰动信号频率较为集中的研究。这主要有两方面的原因:(1)
4、长期比开关频率低得多的前提下,列出开关变换器的分以来缺少能方便地应用于控制系统设计的大信号离段线性状态方程,然后经过平均和摄动处理,在小信散模型;(2)常规的控制算法对开关变换器的控制无号线性化的假设条件下,用线性状态方程来描述电法取得满意的效果,而控制的快速性又使得复杂的路。这可以应用经典控制理论中的根轨迹图和算法难以实现。然而,随着现代控制理论的发展和Bode图,拉氏变换或Z变换等分析线性系统的基本实现方法的改进,这方面的研究工作已取得了很大方法,在频域内分析设计系统。状态空间平均模型进展。本文将着重介绍PWM型DC-DC变换器的控和动态低频小信号模型
5、是精确性和实用性的良好折制方法研究的发展及现状。这些方法对其它类型的衷,因此基于其上的控制方法的研究获得了极大的DC-DC变换器也具有普遍性。发展。80年代中期,PWM型DC-DC开关变换器的2PWM型DC-DC变换器控制方法闭环控制取得了两个重要的进步,即电压前馈控制PWM型DC-DC变换器是一个强非线性离散系和电流程控控制。近年来,在上述两方面仍然有进[1]统。系统主要特点如下:(1)开关器件在一个周期中一步的发展。既工作在饱和区又工作在截止区,系统在dTs时间由于小信号线性化模型简单实用,在工程上获段和d′Ts时间段都是线性的,即系统是按时间分段得了
6、广泛的应用,但是又由于系统的强非线性,这种线性的,时变的;(2)由于外部瞬态或持续扰动,会引简单模型的适用范围受到了很大的限制(事实上,在起变换器工作状态参数的非线性变化;(3)脉宽调制大信号条件下系统可能是不稳定的)。仅仅通过传器具有饱和非线性,系统在工作时导通比有上限和统的控制方法很难进一步提高系统性能。因此,许下限,即dmin≤d(t)≤dmax,一旦达到dmin或dmax,d多控制理论研究者致力于发展更精确的非线性模型(t)即保持不变;(4)系统是离散系统,其控制部分有及其它高性能控制器。近年来,Sira-Ramirez等人应脉宽调制器,它在每一个
7、开关周期内,通过驱动器控用控制理论研究的新成果在这方面做了许多有益的[2]制晶闸管通断一次,控制是不连续的。以上特点说探讨。以下将简要介绍DC-DC变换器控制方法明,变换器动态特性解析的分析方法较为复杂,阻碍研究的发展现状。了对含这类变换器的动态分析和设计。2.1双线性理论设计一种控制系统,首先要明确它的控制目标,双线性理论属于非线性理论范畴。假设一个模PWM型DC-DC变换器的控制目标如下:(1)稳态下型可以表示为:76《电力电子技术》1999年第2期1999.4.Tx(t)=Ax(t)+B0u(t)+xBu(t)(1)敏感,不受某些外部扰动的影响。这些
8、特征特别适T＊式中B=(B1,B2,B3,…,Bi…,Bn)合于开
