一种基于参数扰动法提高开关变换器增益的方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术可以扩大开关变换器的工作区间，进一步提高其增益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。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。
技术实现思路
本专利技术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。为实现上述目的，本专利技术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：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：xn+1-x‾=A(xn-x‾)+B(pn-p‾)---(1)]]>其中4.2)将线性近似表达式(1)迭代两次得到：xn+2=A2(xn-x‾)+ABBpn-p‾pn+1-p‾+x‾---(2)]]>4.3)令得：pnpn+1=ABB-1A2(x‾-xn)p‾p‾---(3)]]>令M＝[ABB]-1A2，得到控制变量扰动量表达式：pn′=M(1,1)M(1,2)(x‾-xn)---(4)]]>则每周期期望控制变量为：pn*=M(1,1)M(1,2)(x‾-xn)+p‾---(5)]]>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；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。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：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。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。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。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，系统都可以从混沌状态转变为周期-1态。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。附图说明图1为电流模控制的开关电感Boost变换器基本电路图。图2为以参考电流Iref为敏感参数的分岔图。图3为参数扰动法用以提高变换器增益实现方案原理图。图4为参数扰动法用以提高变换器增益实现方案框图。图5a为Matlab数值仿真电感电流时域波形图。图5b为Matlab数值仿真电感电流时域波形放大图。图5c为Matlab数值仿真电容电压时域波形图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。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L1、L2及3个二极管D1、D2、D12构成。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：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取电感电流iL1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pn。设第n个周期开始的时候，电感L1电流iL1和电容C电压uC初值分别为in和un，得到电感电流连续模式(CCM)下离散时间迭代模型。in+1(t)=e-αt[2αL(Iref-ER)+E-une-2αtn2ωLsin(ωtn′)+(Iref-ER)cos(ωtn′)]+ERun+1(t)=-e-αt[2L(-α2αL(Iref-ER)+E-une-2αtn2ωL-(Iref-ER)ω)sin(ωtn′)+(-une-2αtn+E)cos(ωtn′)]+E]]>其中选取周期T＝100μs，电感L＝L1＝L2＝1mH，负载电阻R＝10Ω，电容C＝10μF，直流电源E＝20V，做出如图2所示的电感电流随参考电流Iref变化的分岔图。选取敏感参数Iref＝25A，此时变换器处于混沌状态。令xn+1＝xn，求得不稳定平衡点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。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，计算每个周期的控制变量扰动量，如下：4.1)将系统在平衡点轨道的邻域内，线性近似表示为：xn+1-x‾=A(xn-x‾)+B(pn-p‾)---(1)]]>其中4.2)将线性近似表达式(1)迭代两次得到：xn+2=A2(xn-x‾)+ABBpn-p‾pn+1-p‾+x‾---(2)]]>4.3)令得：pnpn+1=ABB-1A2本文档来自技高网...

【技术保护点】
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+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：xn+1-x‾=A(xn-x‾)+B(pn-p‾)---(1)]]>其中4.2)将线性近似表达式(1)迭代两次得到：xn+2=A2(xn-x‾)+ABBpn-p‾pn+1-p‾+x‾---(2)]]>4.3)令得：pnpn+1=ABB-1A2(x‾-xn)+p‾p‾---(3)]]>令M＝[AB B]‑1A2，得到控制变量扰动量表达式：pn′=M(1,1)M(1,2)(x‾-xn)---(4)]]>则每周期期望控制变量为：pn*=M(1,1)M(1,2)(x‾-xn)+p‾---(5)]]>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；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。...

【技术特征摘要】
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+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：
xn+1-x‾=A(xn-x‾)+B(pn-p‾)---(1)]]>其中4.2)将线性近似表达式(1)迭代两次得到：
xn+2=A2(xn-x&...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈艳峰，李姿，张波，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44