開關(guān)功率變換器中的非線性現(xiàn)象及其分析與控制研究.pdf

1、電力電子技術(shù)從20世紀(jì)60年代以來得到了迅猛發(fā)展,在這一完全以應(yīng)用為背景的實(shí)際工業(yè)控制系統(tǒng)中,理論分析長期滯后于應(yīng)用的需求。上世紀(jì)70年代Middlebrook和Cuk提出了狀態(tài)空間平均法,成功對電力電子電路進(jìn)行了理論分析,為實(shí)際電路的設(shè)計(jì)提供了一種有效的分析手段,但隨著研究的深入,狀態(tài)空間平均法的缺陷也逐漸浮現(xiàn)出來,因?yàn)檫@是一種基于平均思路的電路分析與建模方法,可應(yīng)用于慢標(biāo)度的穩(wěn)定性分析及電路建模,但它抹殺了電路的快標(biāo)度的特性,即由該

2、方法不可能得到開關(guān)頻率上的穩(wěn)定性分析結(jié)果。而這種開關(guān)頻率上的快標(biāo)度分岔在電力電子電路與系統(tǒng)中是普遍存在的。在電力電子電路中,由于開關(guān)器件的應(yīng)用,使得電路在兩個(gè)(或多個(gè))電路子拓?fù)溟g截然切換,主電路加上外圍控制電路就構(gòu)成了一個(gè)典型的閉環(huán)非線性控制系統(tǒng),屬于分段線性系統(tǒng)的范疇,在滿足一定的條件下會(huì)表現(xiàn)出豐富的線性、非線性現(xiàn)象,例如分岔、混沌等,這方面的理論分析對電路的穩(wěn)定設(shè)計(jì)和性能改善具有重要作用,但相關(guān)的建模方法和分析理論必須在狀態(tài)空間法

3、的基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展,引入非線性系統(tǒng)與混沌理論的概念與方法。
　　混沌是發(fā)生在確定性系統(tǒng)中貌似隨機(jī)的無規(guī)則運(yùn)動(dòng),它是非線性系統(tǒng)的一種性能表征。因此對DC-D C變換器的混沌現(xiàn)象進(jìn)行透徹分析,可以在變換器設(shè)計(jì)中優(yōu)化參數(shù)設(shè)計(jì),避免有害混沌現(xiàn)象的出現(xiàn),使變換器穩(wěn)定工作和高性能運(yùn)行。另外研究變換器的混沌運(yùn)動(dòng),將從一個(gè)嶄新的角度揭示和認(rèn)識(shí)變換器的非線性本質(zhì),同時(shí)也將豐富非線性系統(tǒng)理論研究的內(nèi)涵,揭示開關(guān)電路所特有的分岔過程和分岔機(jī)理。所以開展

4、DC-DC變換器的混沌現(xiàn)象研究是必要的和有重大意義的。
　　本文對DC-DC變換器中的混沌、分岔等非線性現(xiàn)象進(jìn)行分析和如何進(jìn)行有效的控制做了一定研究。主要內(nèi)容:
　　(1)指出DC-DC變換器的非線性本質(zhì)及其研究意義,系統(tǒng)地闡述國內(nèi)外電力電子領(lǐng)域中的非線性理論研究現(xiàn)狀。
　　(2)詳細(xì)闡述了Buck、Boost二種基本的DC-DC變換器的基本工作原理;總結(jié)了DC-DC變換器研究中的主要?jiǎng)恿W(xué)建模與分析方法,為后面的研究

5、內(nèi)容提供了研究思路和手段。
　　(3)給出分岔和混沌理論的基本概念和相關(guān)結(jié)論,為后面各章奠定了系統(tǒng)分析的理論基礎(chǔ)。
　　(4)對開關(guān)變換器中的各種復(fù)雜現(xiàn)象作了較為全面的分析與研究,包括倍周期分岔、Hopf分岔、邊界碰撞分岔、切分岔和陣發(fā)混沌以及多吸引子共存等。結(jié)合非線性系統(tǒng)理論給出各種復(fù)雜現(xiàn)象的分析與實(shí)例,并對各種分析方法及其理論依據(jù)進(jìn)行了數(shù)值仿真與數(shù)值分析研究。
　　(5)研究了Boost變換器中的復(fù)雜間歇現(xiàn)象,對之

6、進(jìn)行了詳細(xì)分析,得出了一般性的研究結(jié)果。另外,構(gòu)造迭代離散映射來分析變換器的穩(wěn)定性,并從分岔控制與反控制的角度來研究間歇現(xiàn)象。針對Boost變換器存在內(nèi)部或外部耦合電路引起的非正常傳導(dǎo)和輻射干擾,使得功率變換器中有可能產(chǎn)生復(fù)雜的間歇現(xiàn)象,對這種現(xiàn)象的產(chǎn)生進(jìn)行了機(jī)理性探索,并提供了相應(yīng)的仿真結(jié)果作為對比驗(yàn)證。
　　(6)討論了多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在系統(tǒng)辨識(shí)和非線性控制方面的作用,探索了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制相結(jié)合來研究開關(guān)功率變換器的可能性