卢彬彬[1]2016年在《航空多电发动机DCDC变换器数字化控制研究》文中认为随着现代电力电子技术的进步,航空动力系统出现了多电化、全电化的概念。在多电发动机中,主要次级功率以电的形式进行传递和控制。多电发动机能提高燃油利用效率,且具有较好的可靠性和可维护性。发动机复杂的工作环境和多变的工作状态往往导致发电电压不稳定甚至出现很大的波动,需要设计安全可靠、高效的DCDC变换器进行电压的转换,为发动机稳定工作以及飞行的安全提供保障。DCDC变换器是连接直流输入电压与负载之间的纽带,其性能的优劣取决于拓扑硬件电路以及控制算法的设计。合理的DCDC变换器拓扑电路要满足一定的电压纹波以及电流纹波,并且要有良好的检测电路来监控电路状态并反馈给控制系统,方便设计变换器控制算法。另外为了实现DCDC变换器稳定的电压输出和良好的动态性能,使多电发动机安全可靠地工作,需要设计稳定高效的控制算法。本文设计了合理有效的多电发动机DCDC变换器,对其进行工作原理分析,并建立数学模型,并进行多种DCDC变换器控制算法的研究,采用嵌入式STM32芯片实现控制算法进行实验,保证多电发动机DCDC变换器实现快速可靠的电能转换。论文主要研究工作如下:(1)进行了多电发动机DCDC变换器电路方案研究,设计了DCDC变换器硬件电路和控制电路。对DCDC变换器的工作原理进行分析,采用开关周期平均法建立大信号系统非线性模型,并分离模型中的稳态参量和动态参量,得到DCDC变换器线性化的小信号模型,便于DCDC控制器的设计。(2)进行多电发动机DCDC变换器控制算法的研究。对DCDC变换器电路进行频域分析,设计了补偿网络反馈控制器。针对DCDC变换器,结合现代控制理论,设计了DCDC变换器滑模控制算法。提出了传统人工蜂群算法(ABC算法)的不足,并加以多方面的改进,设计了一种融合蜂群算法(HABC算法),用于DCDC变换器PID控制器参数优化,并基于HABC算法分别设计了离线整定算法和在线自适应PID控制算法。仿真结果表明了所设计的控制算法具有良好的动态性能和稳定性。(3)进行了多电发动机DCDC控制器软件设计。将DCDC变换器的连续控制算法离散化,结合STM32嵌入式芯片,利用STM32芯片的通用定时器、ADC模块等外设,设计了基于STM32的裸机控制程序。进一步的将uC/OS-Ⅱ实时操作系统移植到STM32处理器,便于控制程序的编写和提高控制的可靠性,在此基础上进行了DCDC变换器的基于uC/OS-Ⅱ实时操作系统的控制程序设计。实验结果表明,论文所设计的DCDC控制器具有优良的控制性能,能够实现电压的稳定输出,具有较快的动态响应和抗负载干扰特性,满足了DCDC变换器控制的要求。
汪玉明[2]2016年在《基于双向反激变换器的锂电池充放电设备研发》文中指出现如今随着动力锂电池的广泛应用,国内涌现一批电池化成厂商。目前现有化成设备存在许多问题:化成设备功率普遍较大;充放电效率低,能量浪费现象严重;受控化成锂电池数目小,设备体积大,成本较高,不能满足批量化生产要求;化成中电压电流纹波较大,精度不高。针对上述问题,同时针对中小功率动力锂电池良好的应用前景,本文提出了一种基于双向反激拓扑结构的数控电源。系统采用DSP芯片作为控制器。主要研究内容为:1、采用低成本、体积小的双向反激结构拓扑。设计变压器、缓冲电路、滤波电路、采样电路,并搭建系统SIMULINK仿真模型验证拓扑有效性。与此同时进一步降低成本:将同样单输入单输出的反激源四个,集成在一块电路板上,用一颗主控芯片控制,实现四通道电池化成系统的设计。2、利用基本建模法,建立理想条件下变换器在CCM模式下的小信号数学模型。对系统的两种控制策略做分析比较,并用SIMULINK进行验证。最后对双环开关系统模型进行等效分析。3、数字补偿器的设计。考虑数字控制系统中关键参数(ADC分辨率、零阶保持器、延迟等)的影响,采用直接数字法,在SISOTOOL工具箱里设计离散z域的控制器。针对系统不同工作模式设计不同控制策略,研究了动态响应和带宽之间的关系。不同的控制器进行仿真,比较选择最终方案。4、锂电池充放电算法的优化。在二段充电法基础上,解决恒压模式电流曲线尖峰问题,以及实现充放电恒流转恒压瞬间无冲击、平稳过度。本文制作了一款40W的四通道的双向反激拓扑的样机。实现电压0~5v、电流0~10A范围的数字调控,充放电平稳转换。测试中恒压电压纹波1%,恒流电流纹波2%。结果验证了硬件设计和控制方法有效性,符合预期效果。
甘建徽[3]2015年在《基于模糊控制算法的双向DC-DC变换器的研究》文中研究表明随着整个汽车产业的发展,混合动力和纯电动型汽车将成为主流产品。无论是燃料电池还是蓄电池作为动力能源,双向DC-DC变换器都是实现该能量系统管理的关键性部件。在电动汽车能量管理控制系统当中,动力部分需能时,双向DC-DC变换器通过对蓄电池升压提供能量;当电动机馈能时,双向DC-DC变换器通过降压,把多余的能量给蓄电池充电,回收能量。对于纯电汽车来说,蓄电池的输出电压值并不是一个恒定的,它是随着蓄电池可用容量(SOC)的改变而改变。双向DC-DC变换器通过控制输出稳定的电压值,延长蓄电池使用的寿命。电动汽车在运行时,工况情况复杂;工作变换范围大。同时,DC-DC变换器本身属于非线性系统对用于传统的比例-积分(PI)单回路反馈控制并不能达到满足的效果。因此,运用其它智能控制策略对双向DC-DC变换器的反馈控制研究有着现实的重要意义。本文通过采用状态空间平均法对双向DC-DC变换器建立系统的传递函数模型,并运用传统的经典控制理论分析与设计电压型和电流型反馈控制器;仿真验证其实现的可行性。在理论分析与仿真验证一致的情况下,设计一款50W以下小功率双向DC-DC变换器。在此基础上,搭建1KW以上的大功率车用双向DC-DC变换器。通过TMS320F28035芯片实现比例-积分(PI)控制算法,以电子负载模拟电动汽车工作环境,并调节比例-积分(PI)控制器的参数以满足变换器的动态性能。对于双向DC-DC变换器这种非线性系统,随着负载大范围的变动时,系统的模型参数也跟着改变。传统比例-积分(PI)控制器总是难于实现系统大范围稳定。模糊逻辑控制策略把系统当做一个模糊系统,通过再反复实验的基础上,对于系统的输入模糊变量与输出模糊变量之间关系建立模糊规则。它能够对于非线性系统有效的调节。因此,本文尝试使用模糊控制器来实现双向DC-DC的闭环控制。最后,基于理论研究分析、仿真实验验证、并以实用性为目的来设计车用型大功率双向DC-DC变换器。
沈烨烨[4]2014年在《燃料电池DC-DC变换器建模与控制》文中提出随着环境污染和能源危机问题的加剧,新型绿色能源的发展越来越受到国际学术界和工程界的关注。燃料电池具有无污染、零排放、清洁、能量密度高等优点。燃料电池电能的产生依赖于燃料的提供,燃料供给的波动往往会导致燃料电池的输出电压不稳定甚至出现大范围波动,所以设计一个安全、可靠和高效的DC-DC变换器至关重要。本文旨在设计能够有效转换燃料电池电能的DC-DC变换器,对其进行理论分析和研究,并采用嵌入式芯片实现控制算法,保证DC-DC变换器实现高效的电能转换。文章主要完成工作总结如下。(1)提出了推挽Buck型DC-DC变换器和推挽Boost型DC-DC变换器拓扑结构。分别对其工作原理和特性进行分析,采用状态空间平均法建立各自的大信号系统模型。考虑到设计线性控制器需要基于线性模型的需求,通过分离大信号系统模型中电路的稳态参量和动态参量,获得线性小信号模型,便于线性控制器的设计。(2)首先,设计并制作了推挽Buck型DC-DC变换器实验样机,硬件电路包括功率主回路、检测电路、驱动电路等。其次,结合电路小信号模型与已设计的电路参数进行实际电路的频域分析,指出电路存在的动态响应不足的问题,设计对应的模拟补偿反馈控制器,为实际硬件电路控制提供理论支撑。然后,通过DSP实现DC-DC电路的实际控制,实验结果表明DC-DC变换器的输出电压在DSP控制下能很好地跟踪到设定电压,并且具有良好的阶跃响应特性和抗负载突变的能力。(3)采用快速模型预测控制算法控制正激DC-DC变换器,分析了该算法与传统模型预测控制相比的优点。首先建立了正激DC-DC变换器的小信号线性化模型和离散时间混杂模型,然后提出快速模型预测控制算法的控制目标性能函数和约束条件,针对可能存在的模型失配问题,采用修正设定电压的方式进行校正补偿。最后将控制效果与传统补偿反馈控制器进行比较,控制效果显著。
李为汉[5]2015年在《含电机绕组的电动汽车Z源一体化充电机研究初探》文中认为电动汽车充电时其电驱动系统是不工作的,在不增加或少增加元器件的基础上将电驱动系统接至电网,利用电驱动系统的功率变换器构成可控整流充电单元,同时利用电机绕组构成滤波电感或隔离变压器单元,共同构成一体化充电机。对于电动汽车控制系统,Z源变流器可以克服传统变流器的不足,构成单级直流母线电压可调变流器,本文在Z源变流器的基础上对一体化充电机进行初步研究。本文首先介绍Z源充电机的拓扑结构,详细分析其工作原理及控制结构,对Z源充电机直通时间的两种分配方式进行对比分析。为了使系统能够实现单位功率因数充电,本文推导了Z源电容电压的取值范围并根据实验参数给出算例。其次,在Z源变流器基础上本文针对电机绕组的集成方式进行研究,为了使转子在充电时保持静止,提出了两种非隔离型绕组集成方式,并进行对比分析和仿真验证。对于隔离型一体化充电机,本文对其工作原理和应用前提进行分析研究,根据建立的数学模型给出适用于电池充电的控制方法,再通过仿真进行系统验证。再次,本文对Z源充电机整体进行系统设计,搭建实验平台,并对硬件电路和软件控制程序进行详细说明。然后对电阻负载和电池负载进行充电以验证Z源充电机系统可行性,并对Z源充电机系统进行性能测试,分析电池充电电流纹波较大的原因,提出改进方向。最后,本文将对Z源一体化充电机进行总结和展望,提出自己对于Z源一体化充电机研究方向的思路。
张宁云[6]2011年在《DC1500V供电的地铁辅助电源系统的研究》文中研究表明在以电力驱动的城市地铁和轻轨机车中,辅助电源系统是其重要的组成部分,担负着除牵引系统主电路以外的各种设备的供电任务。本文以实际项目为依托,以直——交间接逆变拓扑结构为基础,提出了总功率为160kW辅助电源的一整套完整设计方案,并对系统的构成进行了详细的理论研究和实验验证。本文分析了常用的辅助电源的拓扑设计方案,并在分析的基础上选择直——交间接式拓扑方案,从功能和实际结构两方面详细介绍了整个方案的构成,并对全桥变换器的数学模型进行了详细分析。针对逆变器母线电压、充电机输出电压和电流、逆变器输出交流电压分别提出了独立的闭环控制方案,对于全桥变换器的移相控制方法设计了基于TMS320LF2407的单DSP移相PWM波形生成方法,同时也介绍了三相逆变器的空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法。为保证辅助电源可靠稳定的工作,方案设计了完善的故障检测及保护系统,本文分别介绍了全桥变换器、逆变器、充电机等各自的过压、过流保护,以及构成功率电路的IGBT开关管的保护系统。方案遵从模块化的设计思路将辅助电源分割成全桥变换器、三相逆变器、充电机三大部分,分别介绍了信号采集处理、控制信号输出处理、IGBT驱动电路等电路的设计,并给出了主功率电路的元件参数的设计以及变压器和滤波器的设计方法。对辅助电源的通讯系统,以及广泛使用于机车上的多功能车辆总线(MVB)也做了详细的介绍。本文最后给出了在一台160kW工程样机上进行的相关实验的实验波形以及实验数据,证实了本文提出的设计方案能够满足辅助电源的设计要求,并且具有良好的静态和动态性能。
王赫[7]2016年在《蓄电池储能双向DC/DC变换器研究》文中研究表明双向DC/DC变换器能够使储能系统适应蓄电池的宽电压范围运行并对电池进行充放电管理,是蓄电池储能系统中的重要环节,具有一定理论研究意义和良好的工程应用前景。本文以蓄电池储能双向DC/DC变换器为研究对象,从变换器主电路、数学模型、充放电控制策略和功率分配等方面进行研究。传统Buck/Boost变换器存在电流纹波系数大、滤波元件大等缺点。为了克服以上缺点,本文将三相交错并联双向DC/DC变换器应用到储能系统中,并研究变换器的工作模式,设计主电路参数,分析变换器的工作性能。通过理论和仿真研究分析在电池储能系统中三相交错并联双向DC/DC变换器相比于对传统Buck/Boost变换器的优势。建立三相交错并联双向DC/DC变换器的数学模型,并分析三相桥臂电感电流的耦合关系,证明了三相电流间存在耦合,但其耦合程度较弱,控制方案中无需加入去耦环节。对变换器在充放电状态下的控制策略进行研究,使变换器工作在Boost模式下时在稳定直流母线电压的基础上控制蓄电池组跟踪负荷功率放电,变换器工作在Buck模式下时控制蓄电池组进行恒流恒压两阶段充电。针对大功率等级下多个由蓄电池组和DC/DC变换器组成的储能模块并联时的功率分配控制策略进行研究。以各个储能模块的荷电状态为基础时传统放电电量正比分配法存在功率分配速率较慢的缺点,为克服上述缺陷,本文对其进行改进,提出基于荷电状态幂次方的放电功率分配控制策略,通过改变电流修正参量使功率分配速率明显加快。同时,结合蓄电池两阶段充电的需求,提出基于荷电状态幂次方的充电功率分配控制策略。为了在各模块充电功率之和不变的前提下使得各模块的充电功率不超过其额定值,提出功率修正算法。最后,在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,对储能系统充放电过程的稳态情况、充放电过程中有储能模块中途退出或投入的暂态情况以及充电时有储能模块进入恒压充电阶段的情况进行研究,验证所提控制策略的正确性和可行性。
田风华[8]2016年在《基于交错并联PFC及LLC谐振变换器车载充电机的设计》文中认为随着绿色能源的大力发展,电动汽车的发展越来越迅速。因此,电车载充电机由于其方便快捷将成为每个普通家庭必备的电动汽车充电设备。所以,研制出高效率、小型化、质量轻、高可靠性、高功率密度的车载充电机是很有意义的。本设计采用了两级结构:前级采用交错并联Boost PFC整流结构,即能在成倍的增大功率等级的情况下减小功率密度,减小输入输出电流纹波,又能减小输出滤波器的设计难度;后级采用全桥LLC谐振变换技术,既能实现全负载范围内功率开关管的ZVS,又能实现副边整流二极管的ZCS,提高了效率,也能实现宽范围输出。本文详细讲解了前级采用的交错并联Boost PFC整流技术。对其工作原理和工作状态及交错并联技术对电路的影响进行了详细的分析;又对交错并联电路进行小信号分析,然后对其建模分析,最后进行了仿真验证分析的正确合理性。本文也着重讲解了本设计中后级DC-DC所用到的全桥LLC谐振变换器,并且对全桥LLC谐振变换器的原理和工作状态做了详细的分析研究。并分析了其在PFM调制下的稳态特性。通过基波分析法对全桥LLC谐振变换器的各个参数进行了设计,又对其进行了仿真验证和实验验证。后来对系统的各个部分进行了硬件电路设计,又对各部分进行了实验验证分析。最终,为了验证本设计可行性,做了一台3kW整机实验样机。后来对整机的工作状态进行了分析验证,对各个性能进行测试分析,验证其效率得到了明显的提高,工作性能得到很大的改善,从而证明设计的正确性。
薛珂[9]2017年在《燃料电池混合能源系统交错并联技术和滑模变结构控制算法研究》文中进行了进一步梳理随着环境污染日益严重和石油能源日渐短缺,迫切需要可再生的绿色能源来代替石油从而缓解环境污染的压力。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种无污染可再生绿色能源,具有运行温度低,运行压力小,排放少和高能量转化率等等优点。但是动态响应慢等的缺点影响了推广,需要辅助能源来弥补。在燃料电池系统中加入超级电容,可以利用燃料电池高能量比和超级电容高功率比的双重优点。对于燃料电池混合动力系统,直流变换器(DC/DC)是其核心的部件,对于整个燃料电池混合能源管理系统有着至关重要的作用。本文以质子交换膜燃料电池混合能源系统作为研究对象,开展了以下三项研究:1)基于燃料电池和超级电容混合能源系统的原理设计了仿真平台,建立了燃料电池、超级电容、基于三相交错并联技术单向的Buck变换器和双向的Buck-Boost的Simulink仿真模型;2)论文将交错并联技术应用到了直流变换器上。通过剖析三相交错并联双向变换器,采用交错并联技术减小双向直流变换器的切换速度,加快系统的响应速度的特点。利用交错并联技术得到的三相交错并联Boost变换器,其电流和输出电压的纹波减小了。Matlab/Simulink仿真模型的仿真结果证明了交错并联技术有利于减小DC/DC变换器输出电压电流纹波,提高了系统的响应速度;3)采用滑模变结构控制方法对能量管理控制器进行改进,设计了消除抖振的Boost滑模控制器。滑模控制器的采用加快系统响应速度,减小了总线电压的纹波。通过对Buck变换器的分析,得到Buck变换器的滑模控制器。仿真结果表明,使用滑模控制器可使系统输出电压更快的跟随其设定值,保持总线电压的稳定性,减小纹波,加快系统的响应速度。提高系统鲁棒性。
周见豪[10]2006年在《软开关三电平直流变换器的研究》文中研究指明直流三电平(Three-level，TL)变换器可以降低开关管的电压应力，减小输出滤波器，非常适合高压输入的应用场合。全桥(Full-bridge，FB)变换器在大功率应用场合已经得到广泛的应用，而全桥三电平(Full-bridge Three Level，FB TL)变换器结合三电平变换器和全桥变换器各自的优点，因此非常适合高压输入的大功率应用场合。 本文详细分析了零电压开关PWM三电平(ZVS PWM TL)变换器的工作原理和不同时间段的等效电路结构，推导了电路的输入输出特性，以及实现软开关的条件、谐振电感造成的占空比丢失、滤波电感的理论计算、变压器二次侧整流方式等。 论文推导出零电压开关PWM三电平变换器的小信号模型、闭环框图和几种传递函数，为具体电路的闭环设计提供了理论根据。 本文利用仿真软件对电路进行了详细仿真，并利用变换器的仿真数据进行了补偿器的设计与分析，给出了一种PWM控制方法，最后进行了仿真验证。
参考文献：
[1]. 航空多电发动机DCDC变换器数字化控制研究[D]. 卢彬彬. 南京航空航天大学. 2016
[2]. 基于双向反激变换器的锂电池充放电设备研发[D]. 汪玉明. 华南理工大学. 2016
[3]. 基于模糊控制算法的双向DC-DC变换器的研究[D]. 甘建徽. 广西科技大学. 2015
[4]. 燃料电池DC-DC变换器建模与控制[D]. 沈烨烨. 浙江大学. 2014
[5]. 含电机绕组的电动汽车Z源一体化充电机研究初探[D]. 李为汉. 哈尔滨工业大学. 2015
[6]. DC1500V供电的地铁辅助电源系统的研究[D]. 张宁云. 华中科技大学. 2011
[7]. 蓄电池储能双向DC/DC变换器研究[D]. 王赫. 哈尔滨工业大学. 2016
[8]. 基于交错并联PFC及LLC谐振变换器车载充电机的设计[D]. 田风华. 浙江工业大学. 2016
[9]. 燃料电池混合能源系统交错并联技术和滑模变结构控制算法研究[D]. 薛珂. 天津理工大学. 2017
[10]. 软开关三电平直流变换器的研究[D]. 周见豪. 西南交通大学. 2006
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