一种基于参数扰动法提高开关变换器增益的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及非线性电力电子和混沌控制领域，尤其是指一种基于参数扰动法提高 开关变换器增益的方法。
【背景技术】
[0002] 随着光伏发电系统以及燃料电池等绿色能源的不断应用和发展，具有高增益的 DC-DC变换器越来越多地受到国内外学者的研究和关注。为获得高倍数的升压能力，同时兼 有较高的效率和功率密度，开关电感被提出，并用以提高系统的升压能力和转换效率，具有 较高的研究价值。
[0003] 由于参数取值范围限制了变换器的工作区间，如果超出该区间，变换器中就会出 现各种非线性动力学现象，从而阻止了变换器达到更高的输出增益，使电压转换效率降低。 利用参数扰动的控制方案，可以使工作于混沌状态下的变换器，从诸多的运行轨道中固定 在占空比较为理想的周期-1轨道上，从实质上扩大该DC-DC变换器的工作区间，进一步提高 DC-DC变换器的增益。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种基于参数扰动法提高开 关变换器增益的方法，可以扩大开关变换器的工作区间，进一步提高其增益。
[0005] 为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为:一种基于参数扰动法提高开关变 换器增益的方法，包括以下步骤：
[0006] 1)建立开关变换器的离散时间迭代模型Xn+1 = F(Xn，pn)，选定离散状态变量χη和控 制变量p n，确定电路参数，使开关变换器处于混沌状态，计算此时不稳定平衡点I ;
[0007] 2)在每个周期开始时，用传感器对每个状态变量采样，包括电感电流、电容电压；
[0008] 3)将采样结果送入A/D转换器，将模拟量转换为数字量；
[0009] 4)在数字控制计算机中，由以下公式计算每个周期的控制变量扰动量：
[0010] 4.1)将系统在平衡点轨道(.?,户)的邻域内，线性近似表示为：
[0011] 〇)
[0012]
[0013]
[0014] (2)
[0015] (3)
[0016]
[0017] 令M=[AB B]-1A2,得到控制变量扰动量表达式：
[0018]
(4)[0019] 则每周期期望控制变量为：
[0_
(5)
[0021 ] 5)输出期望控制变量pn'送入D/A转换器，将数字量转化为模拟量；
[0022] 6)比较期望控制变量和状态变量，将结果送入RS触发器的复位端，将产生的PffM波 形用于控制开关变换器的开关管。
[0023] 本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
[0024] 1、扩大了开关电感Boost变换器的工作范围，使开关电感Boost变换器从混沌状态 重新工作于周期-1态。
[0025] 2、扩大了开关电感Boost变换器稳定工作的占空比范围，进而提高了变换器的增 益。
[0026] 3、由于扰动参数计算可程序化，不同电路参数都可以快速得出扰动参数，计算便 捷。
[0027] 4、抗扰动能力强，在一定范围内，载输入电压E的扰动下，负载电阻R的扰动下，系 统都可以从混纯状态转变为周期-1态。
[0028] 5、控制方案具有普遍适用性，在传统的直流-直流变换器如Boost变换器、Buck-Boost 变换器、 Cuk 变换器、 Sepic 变换器、 Zeta 变换器，以及带隔离的直流-直流变换器如正 激电路和反激电路中，都可以按照相同方案使用。
【附图说明】
[0029]图1为电流模控制的开关电感Boo s t变换器基本电路图。
[0030]图2为以参考电流Irrf为敏感参数的分岔图。
[0031]图3为参数扰动法用以提高变换器增益实现方案原理图。
[0032]图4为参数扰动法用以提高变换器增益实现方案框图。
[0033]图5a为Matlab数值仿真电感电流时域波形图。
[0034]图5b为Matlab数值仿真电感电流时域波形放大图。
[0035]图5c为Matlab数值仿真电容电压时域波形图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0037] 如图1所示，为在电流模式控制下开关电感Boost变换器，包括开关电感结构，电压 源E，电容C，负载电阻R，功率开关管S。开关电感结构由两个大小相等的电感个二极 管 Dl、D2、Dl2 构成。
[0038] 本实施例所述的基于参数扰动法提高开关变换器增益的方法，其具体情况如下：
[0039] 1)建立开关变换器的离散时间迭代模型Xn+1 = F(Xn，pn)，选定离散状态变量χη和控 制变量p n，确定电路参数，使开关变换器处于混沌状态，计算此时不稳定平衡点
[0040] 取电感电流iLl和电容电压UC为状态变量，即X= [iL1，UC]T，参考电流Iref为控制变 量p n。设第η个周期开始的时候，电感L1电流U1和电容C电压UC初值分别为i4Pu n，得到电感 电流连续模式(CCM)下离散时间迭代模型。
[0041]
[
[0043] 选取周期T= IOOys，电感L = L1 = L2 = ImH，负载电阻R=IOQ，电容C = IOyF,直流电 源E = 20V，做出如图2所示的电感电流随参考电流Ire3f变化的分岔图。选取敏感参数Irrf = 2 5 A，此时变换器处于混沌状态。令X n + : = X n，求得不稳定平衡点
[0044] 2)在每个周期开始时，用传感器对每个状态变量(电感电流、电容电压)采样。
[0045] 3)将采样结果送入A/D转换器，将模拟量转换为数字量。
[0046] 4)在数字控制计算机中，计算每个周期的控制变量扰动量，如下：
[0047] 4.1)将系统在平衡点轨道^,妁的邻域内，线性近似表示为：
[0048] (1)
[0049]
[0050]
[0051] (2)
[0052]
[0053] (3)
[0054]
[0055] .(4.)
[0056]
[0057] (5)
[0064] 5)输出预期控制变量Irrf'，送入D/A转换器，将数字量转化为模拟量。
[0065] 6)比较控制变量和状态变量，将结果送入RS触发器的复位端，将产生的PffM波形用 于控制开关变换器的开关管。
[0066] 上面步骤2)至6)的实现过程如图4所示。
[0067]通过MatIab数值仿真，得到如图5a所示的电感电流时域波形图、图5b所示的电感 电流时域波形放大图、图5c所示的电容电压时域波形图。可以得出基于参数扰动的开关变 换器的控制方案可以扩大开关变换器的工作区间，提高其增益的结论，即此方案的有效性。
[0068]以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范 围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种基于参数扰动法提高开关变换器增益的方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 建立开关变换器的离散时间迭代模型xn+i = F(Xn，pn)，选定离散状态变量&和控制变 量pn，确定电路参数，使开关变换器处于混沌状态，计算此时不稳定平衡点I; 2) 在每个周期开始时，用传感器对每个状态变量采样，包括电感电流、电容电压； 3) 将采样结果送入A/D转换器，将模拟量转换为数字量； 4) 在数字控制计算机中，由以下公式计算每个周期的控制变量扰动量： 4.1) 将系统在平衡点轨道的邻域内，线性近似表示为：4.2) 将线性近似表达式(1)迭代两次得到：令Μ= [ΑΒ ΒΓ?2,得到控制变量扰动量表达式：则每周期期望控制变量为：5) 输出期望控制变量ΡιΛ送入D/A转换器，将数字量转化为模拟量； 6) 比较期望控制变量和状态变量，将结果送入RS触发器的复位端，将产生的PWM波形用 于控制开关变换器的开关管。
【专利摘要】本发明公开了一种基于参数扰动法提高开关变换器增益的方法，包括：建立开关变换器的离散时间迭代模型xn+1＝F(xn,pn)，选定离散状态变量xn和控制变量pn，确定电路参数，使开关变换器处于混沌状态，计算此时不稳定平衡点在每个周期开始时，用传感器对每个状态变量采样；将采样结果送入A/D转换器，将模拟量转换为数字量；在数字控制计算机中，计算每个周期的控制变量扰动量pn’，将扰动变量加到控制变量上，得到期望控制变量pn*，并输出，送入D/A转换器，将数字量转化为模拟量；比较期望控制变量和状态变量，将结果送入RS触发器的复位端，将产生的PWM波形用于控制开关变换器的开关管。本发明可以扩大开关变换器的工作区间，进一步提高其增益。
【IPC分类】H02M3/00, H02M1/08
【公开号】CN105680684
【申请号】CN201610173151
【发明人】陈艳峰, 李姿, 张波
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年3月23日