单端Flyback型DC--DC变换器的控制策略研究

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DC-DC变换器作为一种典型的开关电源,是检测设备、家用电子产品和智能小车的供电装置,一些智能硬件设备对电源的供电质量需求更加严格。因此,研究设计具有高精度和良好的动态性能的DC-DC变换器控制策略,具有重要的理论意义和实际应用价值。
  本研究从DC-DC变换器基础技术出发,分析总结了经典拓扑结构的电路特点和工作原理,运用常用的状态空间平均法对反激(Flyback)型DC-DC变换器建立了数学模型,并计算主功率回路的电路参数。在对Flyback变换器进行频率响应分析、PI补偿和PID补偿分析的基础上,针对线性控制时输出精度低、超调大等问题,提出了一种预测模糊PI控制策略。引入单值模型预测算法,改进模糊PI控制器的输入,降低相位滞后的影响。但模糊逻辑控制是一种粗调节方式,为进一步提高控制精度,提出一种输出反馈模型预测控制方法。在设计状态反馈模型预测控制器的基础上,增加Luenberger-Type型观测器,其观测器增益能够确保状态估测动态误差是全局指数稳定的,并设计外环PI控制消除电压偏移误差。最后,给出系统输出电压全局收敛和存在输入约束条件下的电感电流全局收敛的闭环稳定性分析。基于DSP搭建硬件实验平台,整个实验系统包括主功率回路、EMI滤波电路、隔离采样电路、驱动电路和DSP控制电路。
  仿真结果表明:预测模糊PI控制下的系统稳态误差为0.55%左右,动态调节时间为0.02s,超调量为1.39%;输出反馈模型预测控制策略在存在输入电压和负载扰动情况下,系统不仅能保证全局稳定,并可以实现系统误差在有限时间内收敛,稳态误差为0.22%,无超调。实验结果表明:系统在输入电压与负载变化时控制精度高,动态响应时间快,具有良好的鲁棒性。
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