关键字 |
| PID控制器、脉冲宽度调制(PWM),滑模控制,直流-直流巴克转换器,传递函数,MATLAB仿真软件 |
介绍 |
| 开关模式电源转换器是一些最简单的电路转换有效功率的直流电源。它已经广泛应用在现代计算机中,直流电机驱动,电力系统,汽车、飞机等常用的控制方法是脉冲宽度调制(PWM),电压模式控制,PWM电流模式控制与比例(P),比例积分(PI),和比例积分微分(PID)控制器。但是这种控制方法不能执行令人满意的大负荷变化所以非班轮控制技术是在图片。直流-直流转换器,非线性和时变系统,和不会让自己的应用线性控制理论,可以通过结合滑模控制(SM)的控制,这是源自于变结构控制系统理论(vsc)。 |
LITEARTURE调查 |
| 直流-直流开关转换器是广泛使用在电子电路系统。它们通常用于获得一个稳定的输出电压从一个给定的输入直流电压较低(巴克),输入电压,或更高(增加)或通用(buck-boost) [1]。最常用的技术来控制开关电源的脉冲宽度调制(PWM) [2]。传统的PWM控制的电力电子电路是模仿基于平均技术和被控制的系统运行优化只对特定条件[3],[4]。线性控制器和P、PI和PID不能提供一个好的大信号瞬态(即大信号操作条件)[4],[5]。 |
| 因此,调查研究已经完成非线性控制器。这些控制器的主要优点是瞬变工况时立即作出反应的能力。不同类型的非线性模拟控制器:(a)滞后电流型控制器,(b)滞回电压型/ V2控制器,(c) slidingmode /边界控制器。设计滞后控制方法包括简单的优点,不需要反馈回路补偿电路。m·卡斯提拉[6],[8]提出了同步buck变换器电压型滞后控制器用于许多应用程序。滞后PWM控制器的分析和设计,提出了改善瞬态响应2004年巴克转换器[9]。 |
基本原则 |
| 巴克转换器电路将更高的直流输入电压转换为较低的直流输出电压。基本巴克直流-直流变换器拓扑如图。1。它由一个控制开关西南,一个不受控制的开关(二极管)D,电感L、电容C,负载电阻R。 |
| 在转炉操作的描述,它假定所有的组件都是理想和转换器在CCM运营。在CCM操作中,电感电流连续在一个开关周期。开关是打开或关闭的开关函数,这导致两种电路状态。第一次电流状态时,打开开关,二极管反向偏置和电感电流流经开关,可以如图2所示(一个)。第二次电流状态时,开关是关闭的,电流通过二极管随心所欲,图2 (b)所示。 |
| SM控制的基本思想是先设计一个在状态空间滑动面,然后第二个是设计控制律直接从任意的初始状态开始系统状态轨迹在有限时间内到达滑动面,最后它应该来点系统平衡态的存在,在相平面的起源点。存在、稳定和打击条件的三个因素是滑模控制的稳定性。SM |
| 控制图形表示在图3中,原则是,代表了滑动面和x1和x2的电压误差变量和电压误差动力学。滑线(当它是一个两个变量SM控制系统在二维平面上)将相平面划分为两个区域。每个地区指定开关状态和轨迹到达系统平衡点时,系统是稳定的。 |
PID控制BUCK变换器的实现 |
| 巴克直流-直流变换器的仿真模型由以下部分组成: |
| 巴克直流-直流转换器:ADC-DC Buck变换器是电力电子装置将高水平的电压电压到一个较低的水平。摘要巴克转换器实现两种形式。一个数学模型,另一个是电气造型。巴克转换器是由电感(L)、电感串联电阻(RL)、电容(C),电容串联电阻(Rc)。 |
| 系统的数学模型包含两个循环。1一个是电感电流和第二输出电压循环。设计这两个循环一般方程必须来源于变量系统结构模型。 |
| 从巴克转换器的一般模型我们可以假设: |
| 第一个循环负责计算电感电流通过求解微分方程得到应用在任一瞬间 |
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| ,Vin = Buck变换器的输入电压,D = 1工作周期和D = 0时当工作周期,iL =电感电流,RL =有效串联电阻电感,V0 = Buck变换器的输出电压,在亨利L =电感值。 |
| 第二个循环计算的输出电压和电容电压和偶遇的电容器串联电阻(Rc)。在电容器应用氯化钾节点我们得到: |
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| iout =负载电流,C =法拉电容,Vc =电容器两端的电压,RC =有效电容的串联电阻。 |
| PWM发生器:欲望的PWM发生器产生开关频率输出通过改变变频器的工作周期。这种转换器有两种操作模式。的责任区间,当开关(吨)和随心所欲的模式,当开关(设备)。 |
| 实现PWM子系统提供输出继电器是必要的。输入继电器的工作周期和锯齿波形的差异。通过不同责任周期的关闭和打开时间各不相同。继电器的输出也在改变。一个非常简单的PWM发生器的设计。锯齿形的时间价值是0.1 / fs] [0, fs的开关频率。唯一的继电器参数输出时的值为1的值为0。 |
| PID控制器:设计一个PID控制器成功首先要设计一个系统的传递函数对责任周期。 |
| 通过应用拉普拉斯变换Eqn(2),我们得到: |
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| 让我们假设Vc在Rc = V0被忽视的下降。使用拉普拉斯变换Eqn(9)和重新安排,我们得到的 |
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| 用iL的价值方程(10)和重新排列,得到巴克转换器的开环传递函数: |
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| 通过应用不同的调优技术像齐格勒-尼科尔斯,Cohen-Coon Kp的价值,Kd, Ki可以派生系统。 |
| 拟议的系统如下: |
| 模型的参数是输入电压Vin = 24伏,参考电压Vref = 18伏特,电感L = 0.001 h,电容C = 0.75μc漏电感RL = 0.08Ω,泄漏电容RC = 0.03Ω。 |
| 在这个模型中巴克转换器的参考电压供应Vref 18伏特是不变的。负载电阻是10Ω。转换器的输入电压Vin 24伏特直流供电。这个转换器的输出电压是输出电压17.66伏,电流Iout 1.794安培。两者都是波及和波动但大小适中。 |
滑模控制BUCK变换器 |
| 为巴克转换器,设计滑模控制器的电压误差,X1, |
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| 其中Vref是常数参考电压和β= R2 / (R1 + R2)是感应输出电压之比。电压误差的变化率,X2, |
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| IC = C (dVo / dt)是电容电流、电容和C。由于IC =−IR, IL和红外分别代表电感和负载电流,分化以上方程对时间 |
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| 使用IR = Vo / RL RL负载电阻,和CCM电感电流的平均方程 |
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| Vi是输入电压,L是电感,和u = 1或0切换状态,我们有什么 |
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| 最后,从(4.4)和(4.6),得到一个描述系统的状态空间模型 |
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| 拟议的buck变换器模型如下: |
结果和讨论 |
| 该模型在MATLAB / Simulink环境中验证。巴克转换器的输入电压Vin 24伏特直流负载是10Ω。系统的参考信号是Vref 18伏直流。图13中所示的输出电压输出电压17.89伏(a)。系统的上升时间是0.1秒,没有过度的输出电压。 |
| 输出电流波形图13 (b)。在接下来的输出电流的值是1.764安培,结算时间是0.08秒。 |
| 控制方法有相同的电源电路参数和运行在相同的输入和输出电压。设计规范和电路参数,模拟选为:输入电压Vin = 24 v,期望的输出电压输出电压= 18 v,电感L = 100 mh,电容= 150μf,漏电感RL = 0.08Ω,泄漏电容RC = 0.03Ω负载电阻R = 10Ω。滑动系数= 0.167。开关频率设置为150千赫。输出是输出电压= 17.97伏特Io = 1.764安培。 |
结论 |
| 在本节中,滑模控制buck变换器实现和不同的输出参数。输出电压和电流稳定和满意。比PID控制buck变换器的输出。输出快速达到稳定和纹波是最小的。负载变化到一定范围内不影响输出。非线性控制的总体性能是好的比PID控制器。PID控制器达到其最终价值更快但包含涟漪。对于不同的负载和PID参数过度可能会看到。但在SM控制输出是光滑的,没有过度。 |
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数据乍一看 |
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| 图1 |
图2 |
图3 |
图4 |
图5 |
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| 图6 |
图7 |
图8 |
图9 |
图10 |
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| 图11 |
图12 |
图13 |
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引用 |
- m·h·拉希德,电力电子:电路、设备和应用程序(第3版),普伦蒂斯霍尔出版社,2003。
- n .汉t . m . Undeland w·p·罗宾斯,“电力电子:转换器、应用程序和设计”,第三Bk&Cdr版,威利,2002年。
- R。D麦德布鲁克和S Cuk”,一般的统一建模方法开关变换器功率阶段”,在Proc, IEEE PESC Rec。18 - 34岁,1976页。
- A.J.福赛斯和S.V. Mollow,“Modellingand控制直流-直流转换器”,IEE电力工程日报》12卷,没有。5日,第236 - 229页,1998年10月。
- 来对比C Raviraj森和电脑”,比例积分的比较研究,结合滑模和模糊逻辑控制器的电力转换器”,IEEEtransaction工业应用中,33卷,没有。2,页518 - 524,3月/ 4月。1997年。
- m·卡斯提拉l . g . de小羊驼J.M.格雷罗州,j .马特斯和j . Miret”设计的电压型滞后控制器同步降压转换器提供微处理器负载”,IEE诉讼在电力应用,Vol.152, 5号pp.1171 - 1178, 2005年9月。
- m·卡斯提拉l . g . de小羊驼J.M.格雷罗州,j . Miret和n . Berbel“简单低成本滞后控制器单相同步降压转换器”,IEEE电力电子,4号,第22卷,pp.1232 - 1241, 2007年7月。
- 8.米。卡斯蒂利亚,l . g . de小羊驼J.M.格雷罗州,j .马特斯和j . Miret”VRM设计最优瞬态响应滞后控制器”,IEEE工业电子、54卷,3号pp.1726 - 1738, 2007年6月。
- t .锅岛窑瓷器,佐藤t, s .吉田千叶,k .昂达,”buck变换器的分析和设计考虑滞后PWM控制器”,在Proc。IEEE PESC, 1711 - 1716年,2004页。
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