【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供了一种对开关变换器进行时域离散建模、稳定性分析和参数设计的方法。
技术介绍
电力电子技术中的开关变换器,包括AC-DC变换器、DC-AC变换器、DC-DC变换器和AC-AC变换器,早已被广泛运用于各行各业,并发挥着重要作用。开关变换器研究和设计的第一步,也是最关键的一步,是对开关变换器进行建模和稳定性分析。由于开关变换器是强非线性时变系统,其建模和解析解的求解一直是一个难题。现有的开关变换器建模和分析方法通常分为数字仿真法和解析建模法两大类。数字仿真法又分为直接数字仿真法和间接数字仿真法。直接数字仿真法是指在现有的电路分析软件中,如Matlab/Simulink、Pspice等,直接连接已有模型元件或自己建立的等效元件,得到整个电路的模型,然后进行仿真分析。间接数字仿真法是指先从需要分析的电路中建立一个具体的数学模型,然后再使用牛顿—拉夫逊法等数值分析法求解。直接数字仿真法简单方便,直观明了,但该方法得到的模型精度较低,一般只能得到电压、电流的时域波形图,结果单一,准确性缺少验证,且无法分析电路的稳定性,故只适合对电路原理做初步探讨,对电路设计的指导意义十分有限。间接数字仿真法利用数学算法对电路求数值解,其结果精度很高,但结果一般也是时域的电压、电流值,分析角度比较狭隘,并且一般也无法分析电路的稳定性。解析建模法中最经典的方法是状态空间平均法。状态空间平均法是在一个开关周期内,将各状态对应的微分方程组乘上状态的持续时间再求和,得到以状态持续时间为权重的加权平均状态方程,代替原单个开关周期内的分段连续状态方程作为电路的数学模型。这种方法可应用 ...
【技术保护点】
一种开关变换器离散建模与稳定性分析及参数设计方法,具体包括如下步骤:1)分析开关变换器的工作特性,选取需要控制的主电路电压或电流作为状态变量,列写描述主电路不同状态的微分方程组;2)在变换器的单个开关周期内,根据控制电路的工作原理确定主电路各个状态的持续时间,结合1)中的微分方程组,得到单个开关周期内主电路的分段连续状态方程;3)在Matlab中编写程序,使用软件自带的微分方程组符号求解功能,对单个开关周期内的分段连续状态方程进行求解,将结果整理后得到以开关周期为采样周期的变换器频闪映射表达式,即离散模型的解析表达式;4)在Matlab中编写程序,将步骤3)得到的频闪映射表达式带入,选取需要研究和分析的变换器参数作为分叉参数,绘制分叉参数变化时的分叉图,同时绘制折叠图、相图、李雅普诺夫指数谱、庞加莱截面对分叉图进行检验;5)选定部分确定的典型分叉参数值,在Matlab中编写程序,利用Matlab自带的Runge‑Kutta算法对多个连续开关周期中的分段连续状态方程进行求解,得到状态变量在一定时间段内的数值解,利用这些数值解绘制电流和电压的时域波形图、相图、庞加莱截面,验证步骤4)中由频 ...
【技术特征摘要】
1.一种开关变换器离散建模与稳定性分析及参数设计方法,具体包括如下步骤:1)分析开关变换器的工作特性,选取需要控制的主电路电压或电流作为状态变量,列写描述主电路不同状态的微分方程组;2)在变换器的单个开关周期内,根据控制电路的工作原理确定主电路各个状态的持续时间,结合1)中的微分方程组,得到单个开关周期内主电路的分段连续状态方程;3)在Matlab中编写程序,使用软件自带的微分方程组符号求解功能,对单个开关周期内的分段连续状态方程进行求解,将结果整理后得到以开关周期为采样周期的变换器频闪映射表达式,即离散模型的解析表达式;4)在Matlab中编写程序,将步骤3)得到的频闪映射表达式带入,选取需要研究和分析的变换器参数作为分叉参数,绘制分叉参数变化时的分叉图,同时绘制折叠图、相图、李雅普诺夫指数谱、庞加莱截面对分叉图进行检验;5)选定部分确定的典型分叉参数值,在Matlab中编写程序,利用Matlab自带的Runge-Kutta算法对多个连续开关周期中的分段连续状态方程进行求解,得到状态变量在一定时间段内的数值解,利用这些数值解绘制电流和电压的时域波形图、相图、庞加莱截面,验证步骤4)中由频闪映射得到的分叉图、折叠图、相图、庞加莱截面;6)在步骤4)和步骤5)得到的各图谱相互验证一致的条件下,根据步骤4)的分叉图,在使系统稳定的分叉参数范围内选取某一数值作为系统参数。2.如权利要求1所述的开关变换器的离散建模方法,其特征在于建模时将变换器分为主电路和控制电路两部分:主电路用来分析变换器的状态,根据选取的电压、电流变量和电路理论写出描述各个状态的微分方程组;控制电路用来分析主电路各状态间的切换关系,根据分析结果,确定出单个开关周期内主电路各个状态的持续时间。3.如权利要求1或权利要求2所述的开关变换器的离散建模方法,其特征在于建模是在单个开关周期内实现的,采用了频闪映射方法,建立的模型即为频闪映射模型;对于有确定的时钟信号的开关变换器,如电流控制型BOOST变换器,开关周期即指时钟周期;对于PWM(Pulse-Width Modulation)型变换器,如SPWM(Singlesided Pulse-Width Modulation)型单相全桥逆变器,开关周期即指PWM载波的周期;单个开关周期内,主电路状态方程的特征在于它是分段连续的,是由一系列微分方程组成的,即一个开关周期被分成了若干个小区间,每个区间内都列写一个微分方程组,某个区间内微分方程组的初值是前一区间内微分方程组解的右端点值。4.如权利要求1或权利要求3所述的开关变换...
【专利技术属性】
技术研发人员:韩杨,方旭,李自鹏,杨平,熊静琪,
申请(专利权)人:电子科技大学,
类型:发明
国别省市:四川;51
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