倍流整流移相全桥变换器的数字及智能控制

论文摘要

在大功率应用场合中,倍流整流移相全桥电路具有良好的性能,其输出滤波电感中的电流纹波能够相互抵消,使得输出电流纹波大为减小。本文详细分析了电路的工作模态,对电路主要器件进行了设计与选型,利用Simetrix/Simplis软件对倍流整流移相全桥DC/DC变换器主电路进行了电路仿真,并对谐振电感进行了优化选取,仿真结果验证了对主电路工作模态的分析。论文中还建立了倍流整流移相全桥电路的小信号模型并推导了其传递函数,设计了双闭环数字PI控制器,利用MATLAB仿真软件进行了闭环仿真。采用TI公司的TMS320F2808DSP,实现了倍流整流移相全桥DC/DC变换器的全数字控制。设计并制作了一台28VDC/18A(500W)的实验样机,实验结果表明电路实现了软开关,且电路中主要变量的波形与原理波形是一致的。针对PID控制器的参数整定比较困难,且参数一旦整定便不能随被控对象特性的改变而变化的缺点,本文将智能控制方法与PID控制相结合,达到了良好的控制效果。本文将模糊控制与PID控制结合起来,利用模糊规则来动态改变PID的三个参数,使得在负载突变的情况下,PID的三个参数能跟着改变,以适应不同工作条件下的电路特性。设计了模糊PID控制器,并利用MATLAB仿真软件进行了仿真研究,最终利用查表算法实现了模糊PID的工程实现。仿真与实验结果表明模糊PID控制比数字PID控制在动态及静态特性方面都具有明显的改善(调节时间更短、超调量更小)。论文中还研究了比例因子(ke、kec)变化对系统性能造成的影响,给出了研究结果。接着本文将BP神经网络控制与PID控制结合起来,利用BP神经网络的自学习能力动态地调整PID的参数,略去了PID控制器参数繁琐的整定过程。且PID参数能够随着被控对象特性的改变而改变,达到动态调整PID参数的目的。本文设计了神经网络PID控制器,利用MATLAB仿真软件进行了仿真研究,仿真结果表明BP神经网络PID控制比数字PID控制在动态及静态特性方面都具有明显的优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 隔离型DC/DC变换器拓扑的研究
• 1.2.2 开关电源控制技术的数字化
• 1.2.3 开关电源控制技术的智能化
• 1.3 研究意义
• 1.4 本文所做的工作
• 1.5 各章安排
• 第2章 倍流整流移相全桥DC/DC变换器硬件电路设计与仿真
• 2.1 倍流整流电路的特点
• 2.1.1 几种常用整流电路
• 2.1.2 倍流整流电路与全波整流电路的关系
• 2.2 倍流整流移相全桥DC/DC变换器工作原理分析
• 2.3 主电路参数设计
• 2.3.1 高频变压器设计
• 2.3.2 输出滤波电感设计
• 2.3.3 输出滤波电容设计
• 2.3.4 主电路开关管选择
• 2.3.5 输出整流二极管选择
• 2.3.6 谐振电感的设计
• 2.4 倍流整流移相全桥DC/DC变换器主电路仿真
• 2.4.1 主电路仿真电路图
• 2.4.2 滤波电感和输出电流波形图
• 2.4.3 桥臂中点电压和变压器原边电流波形图
• 2.5 辅助电路设计
• 2.5.1 驱动电路设计
• 2.5.2 采样电路、及信号调理电路设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 倍流整流移相全桥DC/DC变换器PID控制
• 3.1 TMS320F2808构成的数字控制系统
• 3.1.1 处理器TMS320F2808简介
• 3.1.2 控制系统硬件框架结构
• 3.1.3 利用DSP TMS320F2808的EPWM模块来产生移相脉冲
• 3.2 倍流整流移相全桥DC/DC变换器环路设计
• 3.2.1 小信号等效模型
• 3.2.2 开关电源双闭环控制系统原理
• 3.2.3 双闭环控制系统中等效功率级及其传递函数
• 3.2.4 PID控制器原理
• 3.2.5 数字PID控制器设计
• 3.3 MATLAB仿真
• 3.4 数字PID控制实验
• 3.4.1 数字PID算法
• 3.4.2 TMS320F2808程序设计
• 3.4.3 PID控制器参数工程整定
• 3.4.4 实验结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 倍流整流移相全桥DC/DC变换器的模糊PID控制器设计及仿真与实验
• 4.1 模糊控制基本原理
• 4.2 模糊控制器的设计步骤
• 4.2.1 模糊控制器的结构设计
• 4.2.2 模糊规则的设计
• 4.2.3 模糊推理及解模糊化的方法
• 4.2.4 模糊控制器论域及比例因子的确定
• 4.3 模糊PID控制器设计及MATLAB仿真
• 4.3.1 模糊自适应PID控制器工作原理
• 4.3.2 控制规则及模糊推理
• 4.3.3 模糊隶属函数
• 4.3.4 论域及比例因子的确定
• 4.3.5 模糊PID控制器MATLAB仿真
• 4.4 模糊PID控制器实验
• 4.4.1 模糊PID的DSP实现
• 4.4.2 实验结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 移相全桥倍流整流DC/DC变换器的BP神经网络PID控制器
• 5.1 BP神经网络基本原理
• 5.1.1 BP神经网络结构
• 5.1.2 BP神经网络算法
• 5.2 BP神经网络PID控制器设计及MATLAB仿真
• 5.2.1 BP神经网络PID控制器结构
• 5.2.2 BP神经网络结构及算法设计
• 5.2.3 BP神经网络PID控制器MATLAB仿真
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 发表论文及参研项目情况