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DC-DC开关变换器建模分析及其变结构控制方法的研究

作　者: 伍言真
导　师: 丘水生
学　校: 华南理工大学
专　业: 电路与系统
关键词: 开关变换器建模分析等效电路控制方法变结构控制开关元件稳态分析开关电路符号分析统一算法
分类号: TM46
类　型: 博士论文
年　份: 1998年
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内容摘要

DC-DC开关变换器是一种时变非线性开关电路，其建模、稳态分析及其控制方法一直是功率电子学专家所关注的重点。本论文旨在用一种统一分析的观点对这类变换器的建模、稳态分析和滑模变结构控制方法进行研究与分析。本论文主要内容如下： 1．统一建模方面。以建立比较通用的建模方法为目的，提出了PWM型DC-DC开关变换器开环工作于连续导通模式(CCM)和断续导通模式(DCM)统一等效电路的统一建模方法。该等效电路与原变换器电路拓扑基本一致，同时从物理意义上解释了替代电路中开关元件所采用的时变等效电源性质的合理性。 2．稳态分析方面。将等效小参量法应用于PWM型DC-DC开关变换器的稳态分析，提出了一种适合这类变换器符号分析的统一算法。该算法并未涉及变换器的具体类型，而且求解过程直观清楚，表达式简洁。 3．研究和分析了直流串联谐振变换器电路的特点，将统一建模和稳态分析方法推广到串联谐振电路工作于CCM模式，得到了该类型的统一等效模型以及符号分析结果。 4．控制方面。在全面总结目前用于PWM型DC-DC开关变换器闭环控制的各种方法的基础上，提出了一种针对PWM型DC-DC开关变换器电路工作于CCM模式，实现滑模变结构控制的统一控制算法。该控制算法通过对滑模误差进行动态修正，从而动态补偿控制量的大小，达到消除稳态误差，削弱乃至消除高频抖动的目的，实现变换器一些良好的控制品质。本文所有工作都经过计算机仿真进行验证，得到了与理论分析一致的结果。本论文工作属于导师主持的广东省自然科学基金和国家教委高校博士点学科专项基金资助项目的部分内容。

全文目录

摘要  7-8
ABSTRACT  8-9
第一章绪论  9-14
  1.1 引言  9-10
  1.2 DC-DC开关变换器分析方法述评及本文工作简述  10-12
  1.3 本文工作要点和本文结构安排  12-14
第二章 PWM型DC-DC开关变换器的统一建模  14-24
  2.1 PWM型DC-DC开关变换器基本电路  14-15
  2.2 PWM型DC-DC开关变换器工作过程  15
  2.3 PWM型DC-DC开关变换器建模  15-17
  2.4 时变等效电源的确定  17-19
  2.5 t_2时刻的确定  19-20
  2.6 单位脉冲函数的物理意义  20
  2.7 应用实例  20-23
    2.7.1 Cuk变换器建模分析  20-22
    2.7.2 Buck变换器建模分析  22-23
  2.8 本章小结  23-24
第三章 PWM型DC-DC开关变换器稳态的统一分析  24-43
  3.1 概述  24-25
  3.2 等效小参量法原理  25-28
  3.3 PWM型DC-DC开关变换器的等效小参量分析法  28-36
    3.3.1 系统方程非线性项为弱非线性函数  28-30
    3.3.2 系统方程非线性项为强非线性函数  30-33
    3.3.3 PWM型DC-DC开关变换器的符号分析统一算法  33-36
  3.4 实例仿真分析  36-41
    3.4.1 二阶系统仿真  36-40
      3.4.1.1 Boost电路  36-37
      3.4.1.2 三开关电路  37-38
      3.4.1.3 Buck电路  38-40
    3.4.2 四阶系统仿真—Cuk电路  40-41
  3.5 本章小结  41-43
第四章串联谐振变换器建模及稳态的符号分析  43-56
  4.1 概述  43-45
  4.2 串联谐振变换器工作原理  45-48
    4.2.1 0.5＜F＜1,电路工作于CCM模式  46
    4.2.2 0.5＜F＜1,电路工作于DCM模式  46-47
    4.2.3 F＞1情况  47-48
  4.3 串联谐振变换器的统一建模  48-52
    4.3.1 串联谐振变换器的统一等效模型  48-50
    4.3.2 时变等效电源的确定  50-51
    4.3.3 t_a时刻的确定  51-52
  4.4 实例分析  52-55
    4.4.1 实例1  53
    4.4.2 实例2-输出直流特性  53-55
  4.5 本章小结  55-56
第五章 DC-DC开关变换器控制方法概述  56-63
  5.1 单闭环电压控制  56-57
  5.2 单闭环电流控制  57-59
    5.2.1 峰值电流反馈控制  57-58
    5.2.2 电荷控制  58-59
  5.3 闭环控制  59
  5.4 周期控制  59-60
  5.5 前馈控制  60
  5.6 滑模变结构控制  60-61
  5.7 其他方法  61-62
  5.8 本章小节  62-63
第六章 PWM型DC-DC开关变换器的变结构控制研究  63-84
  6.1 滑模变结构控制系统概述  63-64
  6.2 滑模变结构控制的综合原则  64-65
  6.3 滑模面上系统运动的数学描述  65
  6.4 变结构控制的趋近律  65-66
  6.5 PWM型DC-DC开关变换器滑模变结构控制  66-69
    6.5.1 变换器工作于CCM模式的滑模变结构控制  67-68
    6.5.2 K_1、K_2系数的选择  68-69
  6.6 评价控制系统瞬态响应的指标  69-70
  6.7 BOOST变换器控制系统分析  70-82
    6.7.1 Boost变换器滑模变结构控制律  70-72
    6.7.2 Boost变换器启动过程瞬态特性分析  72-77
    6.7.3 实际滑模控制方案的讨论  77-81
    6.7.4 系统有扰动的瞬态特性分析  81-82
      6.7.4.1 输入扰动的瞬态特性分析  81-82
      6.7.4.2 输出负载扰动的瞬态特性分析  82
  6.8 本章小结  82-84
第七章结束语  84-87
  7.1 本文所做工作的回顾  84-85
  7.2 本文的主要结论  85
  7.3 今后工作展望  85-87
参考文献  87-94
作者在攻博期间已发表和待发表的论文  94-95
致谢  95

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