電流模式Buck-Boost開關變換器的非線性研究.pdf

1、DC-DC開關變換器作為通信、控制等電子系統(tǒng)的“心臟”，其穩(wěn)定、高效、可靠的運行對于電子系統(tǒng)整體性能指標的提升具有重要意義。隨著各種手持、移動電子設備的廣泛普及和應用，以及日益突出的能源問題，小型化、高效率的DC-DC開關變換器在工業(yè)生產和日常生活中將發(fā)揮越來越重要的作用。因此，深入、細致的研究DC-DC開關變換器工作過程中的動力學特性，了解影響其穩(wěn)定、高效、可靠運行的各種因素，探索確保其穩(wěn)定、高效、可靠運行的各種控制方法，一直都是國內

2、外科學家和工程技術人員的研究熱點。 本文在總結分析功率電子領域非線性動力學研究的理論和方法的基礎上，結合現(xiàn)有的相關研究成果，圍繞一類電流模式Buck-Boost開關變換器，系統(tǒng)地解決了該類型開關變換器在非線性特性分析、混沌控制以及混沌應用中的若干問題。主要研究工作和創(chuàng)新點如下： 1.D結合電流模式Buck-Boost開關變換器的建模、穩(wěn)定性和分叉現(xiàn)象的現(xiàn)有研究成果，進一步研究了該類型開關變換器的最大Lyapunov指數(shù)譜

3、以及該類型開關變換器在不同工作模式下的吸引子的關聯(lián)維數(shù)，找出了該類型開關變換器從有序到混沌的演化過程中，相空間軌道的幾何特性變化規(guī)律。 2.提出采用小波分析方法研究電流模式Buck-Boost開關變換器中混沌信號奇異性的表征的新思路。證明了尺度指數(shù)τ(q)=kq(其中k為常數(shù))的充分必要條件為信號不同點的奇異性具有相同的Lipschitz指數(shù)；研究了混沌態(tài)電流模式Buck-Boost開關變換器中流過電感的電流信號的奇異譜，研究結

4、果表明該信號屬于齊次分形信號。針對傳統(tǒng)的單一的時間域或頻率域分析方法在信號細節(jié)特性描述上的不足，在對電流模式Buck-Boost開關變換器中分叉現(xiàn)象的研究中引入小波分析方法。選取雙正交樣條小波母函數(shù)，對不同工作模式下，電流模式Buck-Boost開關變換器中流過電感的電流信號進行二進小波分解，研究了該類型開關變換器從有序到混沌的演化過程中，信號在不同尺度下的細節(jié)特性。 3.研究了參數(shù)擾動強度和電流模式Buck-Boost開關變換

5、器最大Lyapunov指數(shù)之間的關系；以此為基礎，設計實現(xiàn)了針對該開關變換器的參數(shù)共振微擾控制方法。設計了針對電流模式Buck-Boost開關變換器的基于Poincaré映射的狀態(tài)反饋控制方法；以該變換器的頻閃采樣離散時間迭代映射模型為基礎推導出了狀態(tài)反饋增益系數(shù)的計算方法。結合電流模式DC-DC開關變換器的工作特性和時間延遲反饋控制的思想，設計了針對電流模式Buck-Boost開關變換器的改進的時間延遲反饋控制方法；提出了在電流模式B

6、uck-Boost開關變換器混沌相空間中尋找不穩(wěn)定周期-1軌道的計算方法；計算推導出了反饋增益系數(shù)的取值范圍。設計了針對電流模式Buck-Boost開關變換器的OGY控制方法；研究了目標軌道鄰域的大小對控制效果的影響。 4.根據(jù)混沌態(tài)電流模式DC-DC開關變換器中電感電流的典型時域波形，推導出了計算混沌態(tài)電感電流平均值的基于概率密度的時間平均值計算公式。對電流模式DC-DC開關變換器工作于混沌區(qū)域時開關在整個工作周期中一直導通的

7、情形進行合理的等效處理，避免了文獻[7]在混沌態(tài)電感電流功率譜密度計算過程中復雜的周期取整運算?；谠摰刃幚?，推導出了混沌態(tài)電感電流在開關角頻率2π/T及其諧波m(2π/T)處的功率譜密度的計算公式?；谖墨I[7]對混沌態(tài)電流模式DC-DC開關變換器中電感電流概率密度函數(shù)的研究結果，推導出了混沌態(tài)電流模式DC-DC開關變換器工作過程中開關導通時間的概率密度函數(shù)。 5.系統(tǒng)地研究了電流模式Buck-Boost開關變換器中電感電流