【摘 要】
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节能与环保是当前国际汽车领域亟待解决的两大问题,大力发展新能源汽车是重要的方案之一。燃料电池汽车具有清洁环保、节能高效等显著优点,是新能源汽车领域的一个重要发展方向。燃料电池用DC/DC变换器是车用燃料电池系统中的一个核心部件,它承担变换电压等级与输出匹配、调节燃料电池功率等作用,是该领域的一个研究热点。本文以提高燃料电池用升压DC/DC变换器的动态响应能力、降低燃料电池输出电流纹波为主要目标,开
【基金项目】
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国家重点研发计划项目“车用快速动态响应燃料电池发动机研发”
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节能与环保是当前国际汽车领域亟待解决的两大问题,大力发展新能源汽车是重要的方案之一。燃料电池汽车具有清洁环保、节能高效等显著优点,是新能源汽车领域的一个重要发展方向。燃料电池用DC/DC变换器是车用燃料电池系统中的一个核心部件,它承担变换电压等级与输出匹配、调节燃料电池功率等作用,是该领域的一个研究热点。本文以提高燃料电池用升压DC/DC变换器的动态响应能力、降低燃料电池输出电流纹波为主要目标,开展燃料电池用升压DC/DC变换器预测控制研究与实现,主要内容如下:设计了升压DC/DC变换器总体方案。分析了燃料电池输出特性,在此基础上进行了DC/DC变换器需求分析,设计了DC/DC变换器六相交错并联拓扑结构,并对其工作机理及纹波电流进行了分析,对电路中的主要参数进行了计算和器件选型。最后进行仿真研究,验证了设计方案的有效性。建立了DC/DC变换器模型。在分析DC/DC变换器工作模态的基础上,对六相交错并联DC/DC变换器进行了解耦,采用小信号分析法建立了DC/DC变换器的状态空间模型,并得到每相电感电流和占空比的传递函数。然后根据DC/DC变换器状态方程和电路的特性,推导出DC/DC变换器的状态预测方程。设计了基于输入电流控制的DC/DC变换器预测控制器。根据DC/DC变换器输入电流控制需求,定义了相应的控制价值函数和约束,设计了DC/DC变换器模型预测控制策略,并通过递归神经网络求解控制量,将带约束的二次优化问题转化为一次求解问题,大幅降低了计算量。最后通过仿真实验,验证了其动态性能和稳态性能。设计并实现DC/DC变换器的模型预测控制器。设计了基于DSP+FPGA双CPU的DC/DC变换器控制器软硬件。硬件设计包括DSP最小系统设计、采样电路设计、控制电路设计等;软件实现了基于FPGA的DC/DC变换器预模型控制算法。最后基于设计的DC/DC变换器功率电路和控制器,构建了实验平台,对本文提出的方法进行了实验验证。实验结果表明本文设计的基于输入电流控制交错并联DC/DC变换器能有效控制输入电流纹波,提升系统动态性能。
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