Boost变换器的无源性电流控制方法

第 46卷第 1期20 12年 1 1月

电力电子技术P ow er E l ron i eet es

V ol 6, N o. l 4 l N ovem ber 20 12

B oo t变换器的无源性电流控制方法 s廖鸿飞 .,帅定新/,梁奇峰 .l ( .中山火炬职业技术学院,电子工程系,广州中山 5284氏 0 2 .枝花学院,电气信息工程学院,四川攀枝花攀 1 0 ) 6 70 0

摘要:为提高 Bo s变换器控制性能,提出了一种新型 Bo s变换器的无源性电流控制方法,通过直接控制电感 o t o t电流间接控制输出电压"首先根据无源性控制方法建立了系统的欧拉一拉格朗日功率模型,然后基于无源性理论和 La a un v稳定性理论,推导出系统的无源性控制规律"此处提出的控制方法结构简单,成本低,易于实 y P o现"实验结果验证了该控制方法的正确性,采用无源性电流控制方法的 B o t变换器具有稳定的输出电压,对 o s负载扰动有较强的鲁棒性及良好的动态响应关键词:升压变换器;无源性;电流控制;非线性控制中图分类号:T M 4 6文献标识码:A文章编号:1000一 0X (20 12 ) 11一 0科一 3 10 0 0

T h e P a ssiv ity# a sed C u rr en t C o n tro l M e th o d f r B o o st C o n v e rte r b o

L IA O H ong一 i., S H U A I D ing一 e f xinZ, LIA N G Q i一 ng, e f(1.及" ha哪 n o T rch P l尹 o eehni, Z o哪 ha 528400, C i c h n h na)A bstract:In or er t aeh i ve go od eon t d o e rol ab一 ty ( B oost eonver er, a new eur en t eon t li )f t r rol m ethod based on passivit y -(之 l之 eo理 1 p r p osed, rhe o ur u之vo l age 1 eon七 l ed b y t e i due之 eur n t i d i c之 h o E uler一 gr n罗 m od !,n r o h 5 o p之 5 o r h n or e r n r l}.T e a L a el of sy st m b ased on p assivi b ased cont l m et od 1 bu i t u P at f rst, then rhe Passi i y一 e ty一 o r h 5 l i v t based eontr l r l 1 de o u e 5

( lueed b ased on p assi ty theo卿 an d L aya pun ov t eo琢 . h e eont vi h T rol m ethod h as ad vantages of sim ple eon t roll er st eu rtur, l e ow eost an d easy t im plem en t. h e val o T idit of t e eontr l sehem e 1 ver f ed by t y h o 5 ii est result. h e B oost eon ver er T t (( n t ll ) r ed by p assi ty一 ased eur ent eo ntr m ethod h as a stable ou t ut, strong r bu stness, good tr nsient r spon se . o vi b r ol p o a e K ey w o d r s:B oost eon ver er; passivi basod: (u r n t eon t l; non l t ry一 e o r inear eontr l o

1

引

言

源性控制方法进行了研究,采用无源性电压环和电流环双环控制的方式,使变换器具有较好的控制性能,但结构复杂"这里基于无源控制理论,提

o s B o t变换器由于具有结构简单,输入电压范围宽,输入电流纹波小等优点,因此在电力电子领域

得到了广泛应用"统的 Bo s变换器通常采用传 t电流内环和电压外环的双环 P D控制,以获得良 I

出一种新型 B o s变换器无源性电流控制方法,实 t现了 B o s变换器的稳定控制"究表明, B o s变 t研 t换器在电压模式控制时存在右半平面零点,为非最小相位系统,控制系统不稳定;在电流模式控制时,系统为最小相位系统,才能实现稳定控制 -" 1 4故这里采用直接控制电感电流间接控制输出电压的控制方式,利用/注入阻尼加速系统稳定 0的无

好的静态特性;但该控制结构复杂,并且采用线性控制方式,当系统状态发生大范围波动时,如负载或输入电压大范围变化时,线性控制方式无法得到满意的控制效果,甚至不稳定!.}"

非线性控制策略能极大提高开关变换器控制性能,其中基于能量耗散理论的无源性控制策略,

源性控制理论和 L ya u ov稳定性理论,推导出系 a p n统的无源控制规律,并进行了实验验证"验结果实表明该控制方案与传统 P D控制相比,采用单环 I控制,结构更简单,鲁棒性更强,动态响应更快"

由于其能量特性能从本质上满足功率开关变换器的控制特性,并具有优秀的控制性能,从而得到了广泛关注和应用"文献{2研究了 B u k变换器的无] c源性电压控制策略,但无源性单电压环控制方法不适合 B oost类变换器"文献131对 B uck一oost的无 B

2

B 00s变换器的功率模型 tBo s变换器的电路结构如图 1所示,其中 R t

为负载电阻,认为输入电压, U为输出电压"为便 o定稿日期: 20 12一 5一 2 0 0

于分析,假设所有元件均为理想元件"为了获得 o s B o变换器无源控制策略,首先要建立 Bo s变 t t换器的欧拉一格朗日功率模型"而研究表明拉

作者简介:廖鸿飞 ( 1 8一),男,湖南常宁人,硕士,工程 9 2师,研究方向为高性能智能电源及非线性控制44

B o s变换器的无源性电流控制方法 t

PW M变换器的平均状态模型与欧拉一格朗日模拉型是一致的["对于电流连续型 B o s变换器,其] 5 t平均状态空间模型为:

部注入能量的总和,表明了系统的运动总是伴随着能量损失". 32 B OO t变换器的无源性 s

Ldi/dt=一 u )ue+认, Cduc dt (l一 )i uc R (l): (l一/= u:一/式中:u为控制律,其物理意义

为占空比;i u"为电感电流:,和电容电压的平均值"

对于 B o s变换器,定义系统的能量函数为: t U (x )=了勺I/2对式 (3两边同乘以 X得: ) rd (尸刀刃 )+ ( 1一 )万I X+万欠I=叉石/2 u J飞 (8 )

(7 )

v钊

上+R日叽

对式 (8积分,由于了,万= 0,可得: )

因此从 3 .1节所述的无源性理论可判定系统图 1 Bo s变换器结构 o tof B oost eon ver e t

")v( ){")#一x (一:";-( d}r:二:7; n a

# () 9

是严格无源的"

Fig . 1 S t et e u r ur

4

控制器设计基于无源性控制方法和 L a a u ov稳定性理 y p n

取状态变量 X==, xZ]=[i乙uc],由于选取 i为 x:控制变量,则选取输出变量 y二,,则 Bo s变换二 t器模型为:X=A X+ B Uy=x lB= f l/L _ l

论设计了一个控制器,其控制框图如图 2所示"

(2 )0 1 __ 7 L l毋0]

无源控制器

上+R日 o U

式中:A二

0

一 d)/L (l一一 l/(R C )

( l一 )/C d

}:U二}一L O

]

}"

将其整理为欧拉一格朗日方程形式:拉

D X+ ( l一 )J+ R X二 u X E

(3 )

图2j F g.2 B loek dias a r

无源性电流控制框图m o p assi y一 ase d eu厅en t eontrol f vjt b

欧拉一格朗日方程实际为一个动力学的能拉量平衡方程式 l"方程右侧为系统外部的能量,左] 6侧为系统内部能量之和"式 (3中, D为正定的对 )角阵;为反对称矩阵,J二 J,反映了系统内部的 J一 r互联结构;R为对称正定矩阵,反映了系统耗散特性"各个矩阵的具体表达式为:{L O ( _{ O

其控制方法是从能量角度出发,通过配置系

统的能量,注入阻尼,使系统误差趋近于零,系统状态变量 X能跟踪期望值 r"控制器设计步骤

为:¹根据系统的欧拉一拉格朗日模型,推导出系统误差状态方程;º对系统注入阻尼,根据a a u o L y P n v稳定性理论,得到系统的平衡点方程;

D={""一{,J=} 13. 3 1

B 00s t

,R::i诊 )=,,E=,卜变换器无源性分析

»根据系统的平衡点方程,得到 …… 此处隐藏：3885字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……