峰值电流控制Buck变换器高频建模及结合遗传算法的控制器优化设计

峰值电流控制Buck变换器广泛应用于电源管理芯片。小信号建模是设计其控制器的关键。现有模型忽略电压外环引入的稳态控制信号纹波与小信号扰动延拓频谱对系统的影响,在高控制带宽场景下失效,从而无法指导控制器的设计。该文首先指出控制器设计决定了控制信号纹波类型,进而研究了可导型纹波对系统建模的影响;然后综合考虑电压、电流环导致的频谱耦合,得到精确的高频模型;最后基于高频模型,提出一种结合遗传算法的高带宽控制器优化设计方法。仿真与实验证明了该模型的精确性与设计方法的优越性。

基于附加建模信号调控的有源噪声控制算法

为改善前馈有源噪声控制系统中附加建模信号对系统降噪量的影响,提出了一种基于附加建模信号调控的有源噪声控制算法。该算法采用分段调控的方式处理附加建模信号:在建模前期,注入较大值的建模信号;在建模中期,随着系统趋于稳定,降低建模信号的能量;在建模后期,系统达到稳定状态,关闭附加建模信号通道,停止注入该信号。实验结果表明,相比现有降噪算法,改进的算法在降噪量和建模误差方面都有明显的改善。

电流型控制三态Boost变换器的小信号建模与负载瞬态特性分析

为了提高三态Boost变换器的负载瞬态响应速度,将电流型控制技术应用于三态Boost变换器。详细分析电流型控制三态Boost变换器的工作原理;在考虑负载电流变化对电路性能影响的基础上,分别建立电流型恒定参考电流(CRC)和电流型动态参考电流(DRC)控制三态Boost变换器的完整小信号模型,推导两种控制方法的输出阻抗,并通过频域仿真验证小信号模型的正确性。对比分析两个输出阻抗的低频增益,结果表明:与电流型DRC控制相比,电流型CRC控制三态Boost变换器的输出阻抗低频增益更低,因此具有比电流型DRC控制三态Boost变换器更快的负载瞬态响应速度。最后通过实验结果验证了理论分析的正确性。

峰值电流控制FAC变换器小信号建模与分析

有源箝位正激(FAC)拓扑在中小功率DC/DC模块电源中具有广泛的应用,其中的Boost型FAC由于辅助开关管驱动无需隔离,因此更为简单可靠,易于实现。根据状态空间平均法对峰值电流控制的Boost型FAC变换器建立了交流小信号模型,得到电路的交流小信号状态方程及等效电路图,并由此推导出电路的开环传递函数。通过将电流内环等效变换,得到全系统的开环传递函数。使用Matlab绘制了全系统开环传递函数的幅频和相频特性曲线,由此给出了补偿网络的设计方法和具体参数。最后根据理论分析制作了一台12 V/50 W的实验样机,实验结果证明了理论分析的正确性。

DC-DC变换器的大信号建模及鲁棒控制方法

本文从工程实践的要求出发 ,将建模和控制器的设计紧密结合 ,提出了一种新型DC DC变换器大信号建模方法 ,基于这一模型 ,将线性时变不确定系统的鲁棒控制方法应用于DC DC变换器的控制器设计 .本文所提出的建模和控制器设计方法适用于全部四种基本PWM型DC DC变换器 .计算机仿真和实验证明 ,本文设计的控制器对输入电源电压扰动和线性负载电阻扰动具有良好的鲁棒性 ,且实现方案简单易行 .

峰值电流模式控制非理想Buck变换器系统建模

为提高开关变换器系统建模的精度,减少模型与实际电路之间的偏差,更好地指导系统芯片设计,基于能量守恒法和开关元件平均建模法,考虑各元件等效寄生参数及电感电流纹波等非理想因素的影响,加之输出电流波动对电路性能的影响,建立包含输出阻抗的非理想Buck变换器功率级小信号模型。在此基础上,对峰值电流模式控制非理想Buck变换器的控制环路进行了非理想参数建模,最终建立起整个峰值电流模式控制的非理想Buck变换器系统小信号模型。通过模型分析以及在Matlab中的仿真可以看出,所建模型直观、有效、实用,且物理意义清晰,能够更加准确地反映实际电路的工作情况。

电流模式控制Buck-Boost变换器建模及非线性现象仿真

根据电流模式控制下Buck-Boost变换器的工作特性,建立变换器的统一数学模型,并基于Matlab/Simulink仿真软件,分别搭建工作于电流连续和电流断续模式下变换器的仿真模型。通过对电流连续模型进行仿真,揭示参考电流Iref和电感L在不同的工作情况下出现倍周期分叉并最终导致混沌的现象;对电流断续模型进行仿真,得出以输入电压E变化时的混沌相图,验证电流断续模式下混沌现象的存在性。同时为消除这2种模式下的混沌现象,引入PID控制器。仿真结果表明:通过设置适当的参数,可以有效地抑制变换器中的混沌现象。

恒定谷值电流型变频控制CCM单电感双输出Boost变换器建模与分析

以工作于电感电流连续导电模式(continuous conductionmode, CCM)的单电感双输出(single-inductor dual-output,SIDO)Boost变换器为研究对象,提出恒定谷值电流型(fixed valley current mode,FVCM)变频控制技术。详细分析FVCM变频控制CCMSIDOBoost变换器的工作原理及工作时序,得到开关频率与主电路参数以及谷值电流参考值的关系式。采用时间平均等效电路建模方法,推导CCM SIDO Boost变换器的控制–输出、控制–电感电流、交叉影响阻抗等传递函数。建立FVCM变频控制CCMSIDO Boost变换器的小信号模型,计算闭环输出阻抗和交叉影响阻抗传递函数,并从负载瞬态性能和交叉影响特性两方面,与传统的共模–差模电压型控制进行对比分析。研究结果表明:与共模–差模电压型控制相比,FVCM变频控制提高了CCMSIDOBoost变换器的瞬态响应速度,抑制了输出支路间的交叉影响。最后,通过仿真和实验验证理论分析的正确性。

输出本安型准Z源Buck变换器CCM模式小信号建模与控制

针对一种新型的输出本安型准Z源Buck变换器拓扑,推导了其四阶动态模型,分析了由准Z源网络参数造成的非主导极点变化对整个高阶系统性能的影响。证明了当准Z源网络参数L1、C1远小于常规变换器滤波网络参数LC时,准Z源Buck变换器具有与常规Buck变换器近似相同的开环频率特性,因此可以按常规Buck变换器控制器设计方法完成准Z源Buck变换器控制器设计。论文最后通过实验验证了理论分析的正确性。

基于电压源换流器的高压直流输电小信号动态建模及其阻尼控制器设计

基于电压源换流器(VSC)和脉宽调制(PWM)技术的新型高压直流输电(VSC-HVDC),具有快速、灵活的有功功率和无功功率控制能力,能够改善系统的稳定性。文中建立了VSC-HVDC的小信号动态模型,该模型包括VSC与交流系统接口的线性化方程、VSC-HVDC内部直流系统动态过程的线性化方程以及控制系统线性化方程3个部分,具有一般性。以VSC的有功功率整定值为输入,VSC-HVDC并联交流输电线路的有功功率为输出,通过对系统频率响应的辨识,得到了两者间的开环传递函数。在此基础上,利用极点配置技术,设计了单输入单输出结构的VSC-HVDC附加阻尼控制器。对一VSC-HVDC/AC交直流并联输电系统特征根的分析及非线性仿真表明,配备该阻尼控制器的VSC-HVDC能有效地抑制系统低频振荡,增加系统阻尼。

构网型直驱风机的小信号建模及动态频率支撑策略

针对传统构网型直驱风机在大扰动下的频率和功率振荡较大的问题,提出一种动态频率支撑策略。首先对构网型直驱风机进行了详细的小信号建模。其次,通过主导特征根轨迹分析有功频率控制以及交流电压控制环节中参数对频率变化特性的影响,进而提出一种灵活改变控制参数的动态频率支撑策略。最后,在Matlab/Simulink仿真平台上搭建仿真模型,验证了小信号建模的正确性和所提策略的有效性,表明所提策略能有效减小动态过程中的频率和功率振荡。

微弱电流耦合信号在人体上臂传输的建模与分析

背景:基于人体组织的导电特性,研究微弱电流耦合信号在人体内的传输特性,对实现植入式医疗仪器的人体充电和通信具有重要意义。目的:分析微弱电流耦合信号在人体上臂的分布及衰减情况。方法:将人体上臂抽象成由皮肤、脂肪、肌肉、骨骼4层组织构成的同心圆柱体,采用有限元方法建立微弱电流耦合信号在上臂传输的准静态场模型,分析了多种情况下模型中电流密度的分布,并将体表电位的衰减率与仿真结果进行比较。结果与结论:仿真结果表明肌肉层是人体内耦合电流传导的主要路径,皮肤层中的电流随频率提高而增大;人体内的传导电流远大于位移电流,但随频率的提高,位移电流逐步增大,传导电流减小;皮肤干湿程度对肌肉层中总电流密度大小有一定影响,湿皮肤时肌肉层中总的电流密度大于干皮肤时的情况;耦合电流的体表电位具有较大衰减,随频率提高成一定的高通特性,且是否考虑人体组织电容效应对建模的准确性具有显著影响;人体实验与仿真实验结果具有较好的一致性。

飞轮储能系统能量回馈的精确小信号建模及控制器设计

无刷直流电机驱动的飞轮储能系统可用于平滑风力发电的输出功率,其能量回馈可通过由半桥调制方法构成的Boost电路来实现。本文建立了这类飞轮储能系统能量回馈时的平均值模型,分析了多个物理量对直流母线电压的影响。基于系统的非线性特性,建立了静态点附近的精确线性化小信号模型,得到开关占空比、绕组电动势和系统能量状态对直流母线电压的传递函数。根据电压反馈环开环传递函数的Bode特性选择电容值,确定滞后超前串联补偿类型并简化为带惯性的PID补偿,给出控制器参数确定方法。采用Matlab/Simulink对含无刷直流电机驱动的飞轮储能系统的风力发电系统进行了仿真研究,结果表明,所设计的控制器可使直流母线电压基本保持额定值,从而提高了飞轮储能系统能量回馈的稳态和动态特性。

基于虚拟同步控制的模块化多电平换流器小信号建模与稳定性分析

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)采用虚拟同步(virtual synchronous generator,VSG)控制后的稳定性,首先基于模块化建模思路,建立了基于虚拟同步控制的MMC并网系统精确小信号稳定性分析模型。将MMC的两电平简化模型与精确模型特征值对比发现,虚拟同步控制时,简化模型忽略了一种同时受虚拟同步控制和环流抑制(cinculating current suppression control,CCSC)控制参数影响的耦合模态(16 Hz左右)。然后重点分析了外部模态(2 Hz左右)、耦合模态和内部谐波模态(100 Hz左右)3种重要模态的稳定性,由详细稳定性分析可知,若调整虚拟同步控制参数以增大外部模态阻尼和稳定性时,会导致耦合模态的阻尼和稳定裕度减小,因此在优化虚拟同步控制参数时需同时关注外部模态和耦合模态稳定性。此外,电网强度较弱时,系统可能会出现外部模态振荡失稳;而环流抑制参数设置不合理时,系统可能会出现内部谐波模态失稳。最后,通过与经典矢量控制的稳定性对比,说明经典矢量控制下不存在耦合模态;在电网强度较弱的情况下虚拟同步控制稳定性更好。

实时自适应交通信号控制CPN建模分析

以单路口交通控制为研究时象,指出了传统单路口控制策略中存在的一些缺陷,提出一种优化的交通信号控制策略:实时自适应控制。按照该策略,采用非固定相序控制方案,并提出了相应相位持续时间的具体算法。然后,建立了实时自适应策略的着色Petri网(CPN)模型,对CPN模型进行静态结构分析和动态仿真分析,检验并确认所提出的策略和算法的可行性;最后,通过建立交通信号控制的评价指标来对该策略进行评价。仿真结果表明,与固定相序、固定相位持续时间的策略相比,该实时自适应控制策略对单一十字路口实现了更为有效和优化的控制。

基于状态空间反馈的电流控制器建模与仿真研究

介绍了基于状态空间反馈的数控伺服系统电流环控制器的建模及仿真,并与传统电流环设计方法的仿真比较,比较结果表明,基于状态空间反馈的电流环控制器在不同转速下均具有良好的跟踪性能,且比按传统方法设计的电流环控制器具有更好的抗干扰性能。

电流型双有源桥式双向DC-DC变换器的建模与解耦控制

对于电流型双有源桥式双向DC-DC变换器,分析了其工作原理与稳态特性。通过列出变换器半周期内的状态方程,对变换器进行小信号建模并推导出系统传递函数。由于系统在进行闭环控制时移相角与占空比之间的相互耦合会降低系统动态性能,因此需要采用解耦控制来解除二者之间的相互耦合,进而提出了一种稳态解耦控制策略。一方面通过建立相对增益矩阵来分析控制量与被控制量间的匹配关系来设计控制器,另一方面基于系统稳态过程增益矩阵得到系统稳态解耦矩阵,2个回路的相互影响通过加入系统稳态解耦矩阵而大大降低。最后通过仿真与实验对所提控制策略的有效性和合理性进行了验证。

峰值电流控制模式有源箝位正激变换器的小信号模型与设计

电流控制模式的补偿网络比电压控制模式的补偿网络容易调整,但是前者的建模要比后者的建模复杂得多。采用状态空间平均法为峰值电流控制有源箝位正激变换器建立了小信号模型,分析了箝位电路对变换器动态性能的影响,并给出了补偿网络的设计方法。

城市单点交叉口信号灯模糊控制建模与仿真

从控制论的角度对城市单点交叉口信号灯的控制建立模糊控制模型,是通过模仿交通警察指挥疏导交通的决策过程而建模,设计详细的控制算法和模糊控制器,并利用Matlab和Simulink工具对模型进行仿真和分析。与定时信号控制方案相比,该模型可减少交叉口平均车辆延误,具有较好的控制效果。

基于电荷控制的功率因数校正系统小信号建模

首先分析了有源箝位反激变换器基于电荷控制的功率因数校正的基本原理，然后详细研究了这种校正系统的小信号建模以及小信号特性，在此基础上简要讨论了系统补偿网络的综合。