三電平DC/DC變換器的拓撲結(jié)構(gòu)及其滑?？刂品椒?/h1>
本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/162287.htm4 滑模控制在三電平DC/DC變換器中的應(yīng)用研究
在實際應(yīng)用中，因為三電平DC/DC變換器開關(guān)數(shù)目比較多，控制相對比較復(fù)雜，對它的控制方法的研究還處于起步階段。三電平DC/DC變換器工作時有多個模態(tài)，且每個模態(tài)有其獨立的狀態(tài)方程，要對三電平DC/DC變換器進行系統(tǒng)的解析分析比較困難。目前，三電平DC/DC變換器中一般采用脈寬調(diào)制(PWM)和交錯控制相結(jié)合的方法。但是PWM控制有其固有的缺陷，即它的控制性能依賴于系統(tǒng)參數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)受到瞬態(tài)或持續(xù)擾動時，系統(tǒng)的參數(shù)也會改變，甚至?xí)霈F(xiàn)參數(shù)不匹配的情況，這樣控制性能將大大降低。
為了提高和改善三電平DC/DC變換器的穩(wěn)定性，抗負載擾動及參數(shù)攝動，快速性等，現(xiàn)代控制理論如自適應(yīng)控制，非線性反饋線性化控制，滑模變結(jié)構(gòu)控制，最優(yōu)控制，以及模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能控制在三電平DC/DC變換器中的應(yīng)用研究也將逐步開展。但目前還尚未有文獻論述。
其中，滑模變結(jié)構(gòu)控制在電力電子系統(tǒng)中改善魯棒性，動態(tài)品質(zhì)，控制硬件電路的設(shè)計等方面取得了一些成果[8，9]?；？刂票举|(zhì)上是一種變結(jié)構(gòu)控制，它的突出優(yōu)點是其控制性能不依賴于系統(tǒng)參數(shù)。文獻[8]詳細介紹了DC/DC變換器的滑模變結(jié)構(gòu)控制，論述了如何以等效控制作為分析手段來分析Buck,Boost,BuckBoost變換器，該方法保證了系統(tǒng)在大信號和小信號情況下的穩(wěn)定性。
對于三電平DC/DC變換器，由于其特有的多模態(tài)工作情況，很適合于采用滑模變結(jié)構(gòu)控制來實現(xiàn)和改善變換器的動態(tài)性能和魯棒性。圖5給出了Buck三電平DC/DC變換器的實驗原理圖，圖6給出了BuckBoost三電平DC/DC變換器的實驗原理圖?；？刂朴布娐穼崿F(xiàn)簡單，理論上有無限高的開關(guān)頻率，但是受實際開關(guān)器件的頻率限制，要求在滑?？刂频目刂菩盘栞敵龆思右粋€延遲環(huán)節(jié)，一般采用施密特觸發(fā)器來實現(xiàn)。400Hz驅(qū)動信號是用來實現(xiàn)電壓輸入擾動和負載擾動，以驗證滑?？刂茖@兩個擾動的魯棒特性。
圖5 基于滑模控制的Buck三電平DC/DC變換器實驗原理圖
圖6 基于滑?？刂频腂uckBoost三電平DC/DC變換器實驗原理圖
但是,由于三電平DC/DC變換器的開關(guān)數(shù)目比較多，不再是簡單的{0,1}標(biāo)量控制，這給滑模面的選擇和控制律的選取造成了一定的困難。關(guān)于這方面的研究，作者將在另文中作進一步的探索。
5 結(jié)語
本文從三電平DC/DC變換器拓撲的推導(dǎo)過程，三電平DC/DC變換器中濾波元件參數(shù)的設(shè)計，以及三電平DC/DC變換器中控制方法的研究等幾個方面詳細論述了近年來三電平DC/DC變換器研究的現(xiàn)狀。
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4 滑模控制在三電平DC/DC變換器中的應(yīng)用研究
在實際應(yīng)用中，因為三電平DC/DC變換器開關(guān)數(shù)目比較多，控制相對比較復(fù)雜，對它的控制方法的研究還處于起步階段。三電平DC/DC變換器工作時有多個模態(tài)，且每個模態(tài)有其獨立的狀態(tài)方程，要對三電平DC/DC變換器進行系統(tǒng)的解析分析比較困難。目前，三電平DC/DC變換器中一般采用脈寬調(diào)制(PWM)和交錯控制相結(jié)合的方法。但是PWM控制有其固有的缺陷，即它的控制性能依賴于系統(tǒng)參數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)受到瞬態(tài)或持續(xù)擾動時，系統(tǒng)的參數(shù)也會改變，甚至?xí)霈F(xiàn)參數(shù)不匹配的情況，這樣控制性能將大大降低。
為了提高和改善三電平DC/DC變換器的穩(wěn)定性，抗負載擾動及參數(shù)攝動，快速性等，現(xiàn)代控制理論如自適應(yīng)控制，非線性反饋線性化控制，滑模變結(jié)構(gòu)控制，最優(yōu)控制，以及模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能控制在三電平DC/DC變換器中的應(yīng)用研究也將逐步開展。但目前還尚未有文獻論述。
其中，滑模變結(jié)構(gòu)控制在電力電子系統(tǒng)中改善魯棒性，動態(tài)品質(zhì)，控制硬件電路的設(shè)計等方面取得了一些成果[8，9]?；？刂票举|(zhì)上是一種變結(jié)構(gòu)控制，它的突出優(yōu)點是其控制性能不依賴于系統(tǒng)參數(shù)。文獻[8]詳細介紹了DC/DC變換器的滑模變結(jié)構(gòu)控制，論述了如何以等效控制作為分析手段來分析Buck,Boost,BuckBoost變換器，該方法保證了系統(tǒng)在大信號和小信號情況下的穩(wěn)定性。
對于三電平DC/DC變換器，由于其特有的多模態(tài)工作情況，很適合于采用滑模變結(jié)構(gòu)控制來實現(xiàn)和改善變換器的動態(tài)性能和魯棒性。圖5給出了Buck三電平DC/DC變換器的實驗原理圖，圖6給出了BuckBoost三電平DC/DC變換器的實驗原理圖?；？刂朴布娐穼崿F(xiàn)簡單，理論上有無限高的開關(guān)頻率，但是受實際開關(guān)器件的頻率限制，要求在滑?？刂频目刂菩盘栞敵龆思右粋€延遲環(huán)節(jié)，一般采用施密特觸發(fā)器來實現(xiàn)。400Hz驅(qū)動信號是用來實現(xiàn)電壓輸入擾動和負載擾動，以驗證滑?？刂茖@兩個擾動的魯棒特性。
圖5 基于滑模控制的Buck三電平DC/DC變換器實驗原理圖
圖6 基于滑?？刂频腂uckBoost三電平DC/DC變換器實驗原理圖
但是,由于三電平DC/DC變換器的開關(guān)數(shù)目比較多，不再是簡單的{0,1}標(biāo)量控制，這給滑模面的選擇和控制律的選取造成了一定的困難。關(guān)于這方面的研究，作者將在另文中作進一步的探索。
5 結(jié)語
本文從三電平DC/DC變換器拓撲的推導(dǎo)過程，三電平DC/DC變換器中濾波元件參數(shù)的設(shè)計，以及三電平DC/DC變換器中控制方法的研究等幾個方面詳細論述了近年來三電平DC/DC變換器研究的現(xiàn)狀。
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