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無源自適應(yīng)控制Buck-Boost變換器研究

作者: 時間:2012-12-13 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

4.2 律的設(shè)計
圖3中的自適應(yīng)機構(gòu)就是要利用可調(diào)模型與參考模型間的狀態(tài)矢量誤差e產(chǎn)生一個合適的自適應(yīng)規(guī)律,使得可調(diào)模型的X2能逼近X2ref。根據(jù)Popov超穩(wěn)定性理論,占空比偏差△d與e存在比例積分關(guān)系。設(shè)計無源律為:
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式中:kp,ki分別為比例系數(shù)和積分時間常數(shù)的倒數(shù);d’為由律計算得到的開關(guān)占空比。
當(dāng)發(fā)生電源擾動時,如E變小,導(dǎo)致無源控制器輸出減小,此時系統(tǒng)輸出相應(yīng)減小。但由于自適應(yīng)機構(gòu)作用輸出△d增加,導(dǎo)致d增大,輸出增大直至恢復(fù)到期望電壓輸出,反之亦然。因此通過△d來改變無源控制的輸出d,減小e,從而可使電源系統(tǒng)輸出在輸入電源寬范圍擾動下恢復(fù)到期望值。
4.3 仿真分析
設(shè)定自適應(yīng)機構(gòu)參數(shù)kp=0.013.ki=2.61,其他系統(tǒng)仿真參數(shù)不變。系統(tǒng)分別在E>12 V,E12 V兩種輸入電源電壓擾動情況下采用無源律進行仿真。
圖4為Buck-Boost在無源自適應(yīng)控制下的輸出響應(yīng)。圖4a為E12 V擾動時(在t=0.06 B輸入電源從12 V變化到8 V),輸出能快速調(diào)整到穩(wěn)態(tài)輸出(12±0.065)V,穩(wěn)態(tài)時間小于15 ms。圖4b為E>12 V擾動時(在t=0.06 s輸入電源從12 V變化到19 V),系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出在0.01 s內(nèi)快速恢復(fù)到(12+0.057)V,完全滿足穩(wěn)態(tài)要求。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/159638.htm

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仿真結(jié)果表明:采用無源自適應(yīng)控制策略的Buck-Boost變換器具有良好的動靜態(tài)性能指標(biāo)及抗輸入電源擾動能力。

5 實驗
5.1 機場助航燈光監(jiān)控系統(tǒng)供電電源
為實現(xiàn)無源自適應(yīng)控制策略,設(shè)計了數(shù)字控制Buck-Boost開關(guān)電源實驗樣機,Buck-Boost開關(guān)電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。

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采用壓頻轉(zhuǎn)換電路,將電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字式頻率信號,再利用單片機的PCA頻率捕獲模式檢測此頻率信號,從而計算出對應(yīng)的輸出電壓值,該電路具有較強的抗干擾能力?;魻杺鞲衅鲗z測的電流信號轉(zhuǎn)換成4 V以內(nèi)的電壓信號,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并計算處理,得出電感電流值。單片機再將檢測到的電感電流值、輸出電壓值代入無源自適應(yīng)控制律計算處理,以確定單片機輸出的PWM占空比。
5.2 實驗驗證
在助航燈5級燈光(電流有效值2.8~6.6 A)下對基于無源自適應(yīng)控制律的Buck-Boost進行實驗,圖6示出部分實驗波形。圖6a為3級光下Buck-Boost輸出電壓波形圖,輸出穩(wěn)定時間約為20 ms;圖6b為助航燈光由3級光切換到2級光(E從12 V突變到8 V)時輸出電壓波形,變換器輸出恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)12 V所需時間約為20 ms。不同燈光等級下變換器輸出結(jié)果如表1所示。

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實驗結(jié)果表明,在5種燈光電流等級下的數(shù)字控制Buck-Boost電源不僅具有良好的動、靜態(tài)性能,而且對寬輸入電壓擾動具有很強的魯棒性,滿足燈光巡檢單元工作電源的要求,充分驗證了無源自適應(yīng)控制策略的可行性。

6 結(jié)論
DC/DC變換器是一個強非線性、時變、離散系統(tǒng),研究其規(guī)律具有重要意義。針對無源控制在寬輸入電源電壓時穩(wěn)態(tài)輸出存在偏差的問題,提出無源自適應(yīng)控制策略。在輸入電壓寬范圍變化的助航燈光單燈回路上進行了實驗,結(jié)果表明該變換器在滿足動靜態(tài)性能指標(biāo)的同時,對寬輸入電壓擾動具有很強的魯棒性。同時與傳統(tǒng)的模擬控制器相比,數(shù)字式控制器具有更高的可靠性和靈活性,數(shù)字控制的DC/DC除瞬態(tài)響應(yīng)稍慢,其他性能均可與模擬控制相媲美。

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