毕设-Buck变换器双闭环控制仿真研究开题报告

天津大学仁爱学院本科生毕业 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 （ 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ）开题报告 课题名称 Buck变换器双闭环控制仿真研究 系 名 信息工程系 专业名称 自动化 学生姓名 XXX 指导教师 XXX 一.课题的来源与意义 随着电子技术的快速发展，电子设备的种类越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系也日益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。传统的晶体管串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源。这种传统稳压技术比较成熟，并且已有大量集成化的线性稳压电源模块，具有稳定性能好、输出纹波电压小、可靠性高等优点。但由于调整管静态损耗大，需要安装一个很大的散热器给它散热。而且由于变压器工作在50 Hz的工频上，所以其重量较大。又因为调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间需承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有45 %左右[1]。受这些缺点的限制,线性稳压电源很难满足现代电子设备发展的要求。20世纪50年代，美国宇航局以小型化、重量轻为目标，开发了开关电源。经过近半个世纪的发展，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代线性稳压电源并得到了广泛应用[2]，各种电池供电的电子产品如照相机、摄像机、录像机、个人数字助理、手机、手提电脑都需要DC/DC变换器等开关电源芯片[3]。 开关电源技术于20世纪80年代引入我国，随着计算机、通讯、汽车等行业的迅速发展,我国开关电源市场不断增长，开关电源控制器芯片的研究已成为国内功率电子学领域中颇受关注的热点[4]。我国目前能源紧缺，而电源行业又是一个与能源消耗密切相关的行业，因此我们在设计DC/DC开关电源产品时，转换效率必须作为一个重要的指标加以考虑。尤其是随着采用3.6 V锂离子电池作为电源的消费类电子产品市场不断扩大，且功能和性能变得更多和更高，对适用于这类产品的BUCK变换器的性能提出了更高的要求。因此研究BUCK变换器的性能具有重要的理论和现实意义[5][6]。 2.国内外发展状况 DC/DC变换器是一种强非线性系统，由于电气参数的不确定性以及负载的多变性，使得DC/DC变换器的控制变得较为复杂。传统的控制 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 都是基于线性系统理论，很难实现较好的动态性能。于是，进一步的研究在于对系统建立精确的数学模型和采用先进的控制算法。随着现代控制理论的发展，出现了许多DC-DC变换器新的控制方法以提高系统性能。例如：(1) 双线性理论；(2) 鲁棒控制；(3) 滑模变结构控制；(4) 自适应控制；(5) 智能控制。这些新控制方法的提出，使 DC/DC变换器的稳态误差趋于零，动态性能获得很大改善，而且对参数的不确定性和负载的多变性也有很好的鲁棒性。 1、双线性理论 此系统为非线性系统，能够取得较好的控制效果。文献[7]应用此模型对Boost电路进行闭环控制，不仅保证了充足的稳定裕量，而且实现了较好的瞬态响应。此方法一般适用于两个状态变量以上的DC/DC变换器拓扑。但这种控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的缺点是忽略了输入电压扰动，若输入电压扰动不为零，将会影响系统的性能甚至导致系统不稳定[7]。 2、鲁棒控制 鲁棒控制是处理外加扰动和不确定性模型的有力工具，基于DC/ DC变换器的线性化小信号建模。文献[8]中提出了两个自由度控制的设计思想，来实现 DC/ DC 变换器的鲁棒控制。它能够对负载和输入电压的变化保证充足的鲁棒性。 虽然鲁棒控制解决了输入电压变化的问题，但其线性化小信号建模精确度不高，而且控制器结构不可变，下面介绍的滑模控制和自适应控制，这两种控制能够实现更理想的控制效果[8]。 3、滑模变结构控制 滑模变结构理论由前苏联学者欧曼尔扬诺夫( S.V. Emelyanov)、尤特金( V. I.Utkin)于20世纪50年代提出并发展至今。滑模变结构控制与常规控制的根本区别在于控制的不连续性，它使得系统在滑动模态下不仅保持对系统结构不确定性、参数不确定性以及外界干扰等不确定性因素的鲁棒性，而且可以获得较为满意的动态性能。因此，它特别适用于DC/DC变换器这样的非线性系统和离散系统。 4、自适应控制 20世纪50年代初提出的自适应控制方法是根据响应系统与目标系统对应变量的偏差和控制参数的偏差来调整响应系统的参数变化，最终使响应系统与目标系统同步。 文献[9]、[10]分别提出了PI自适应串级控制和自适应PID串级控制，并很好地应用于DC/ DC升压变换器中。此外，逆向自适应控制，双环自适应控制和模型参考自适应控制等均已成功用于DC/ DC变换器。 这些控制方法的优点是控制器结构灵活，能够实现精确控制，并对参数变化具有很好的鲁棒性。但由于其设计需要在线估计或辨识参数，导致实现困难，而且存在实时性问题。自适应控制与其它控制方法以及智能控制相结合可以避免这些问题并得到更好的控制效果[9][10]。 5、智能控制 智能控制是现代控制理论的发展，包括模糊控制、神经网络控制等先进控制策略。这些方法不需要建立精确的数学模型，对系统参数变化具有很好的鲁棒性，因此用于DC/ DC变换器的控制中，可以简化非常复杂的建模问题而更适于实际应用。 三.研究目标 对直流Buck变换器进行数学建模，利用Simulink研究双闭环PID控制算法，实现变换器电压的鲁棒输出。 四.研究内容 1. 熟悉Buck变换器双闭环控制的工作原理及电路设计。 2．掌握对Buck变换器双闭环控制的数学建模。 3．验证双闭环控制的工作原理，采用Simulink对电路做仿真分析。 五.研究方法及手段 1.通过阅读相关书籍文献，熟悉Buck变换器双闭环控制的工作原理及电路设计，并进行数学建模。 2.设计Buck电路器双闭环控制的闭环参数与不同补偿方法。 3.对Buck电路闭环仿真，并根据要求的功能和性能指标进行误差分析。 4.查阅Buck变换器双闭环控制设计实例，总结经验。 Simulink仿真 Buck变换器 主电路设计 双闭环控制 电流内环设计 电压外环设计 实验流程图 六.进度安排 2014.12.7—2015.2.28 了解课题，查阅相关文献资料，完成开题报告； 2015.3.1—2015.3.15 查阅关于BUCK电路的相关书籍，熟悉其原理及其应用； 2015.3.16—2015.3.31 查找相关外文资料，完成外文资料的翻译，完成中期报告； 2015.4.1—2015.4.15 熟悉MATLAB仿真软件，进行仿真分析，调整电路结构，元件和仿真参数； 2015.4.16—2015.5.1 对仿真电路和数学模型进行测试，误差分析，整理资料； 2015.5.2—2015.6.1 按要求认真撰写毕业设计报告，准备毕业设计答辩。 7.实验方案的可行性分析 Buck变换器应用广泛，在实际应用上有着丰富的设计经验；并且此实验只需要用MATLAB软件仿真。因此无论从理论的成熟角度来讲，还是从实验条件的具备方面来说，这个课题都具备良好的可操作性，此方案可行。 八.参考文献 [1] 何宏，魏克新，王红军，等. 开关电源电磁兼容性[M]. 第1版，北京: 国防工业出版社，2008：15-21. [2] 丘涛文. 开关电源的发展及技术趋势[J]. 电力 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化与技术经济，2008，17（6）：58-60. [3] T. Regan. Low dropout linear regulators improve automotive and battery-powered systems[M]. Nurnberg: Power conversion and Intelligent Motion, 1990. 65-69. [4] 闫永亮. 浅论开关电源技术的发展趋势[J]. 中国科技信息，2009，21（16）：137-138. [5] 张占松，蔡宜三. 开关电源的原理与设计[M]. 北京: 电子工业出版社，2006：56-61. [6] 刘树林，输出本质安全型Buck-Boost DC-DC变换器的分析与设计，中国电机工程学报， 2008，28（3）: 60-65. [7] Chen F,CaiXS. Design of Feedback Control Laws for Switching Regulators Based on the Bilinear Large Signal Model[J] . IEEE Transactions on Power Electronics. 1990，236-240. [8] 苏彩虹，陆益民，朱学锋. DC/DC变换器的变结构控制策略[J] . 武汉科技大学学报，2003， 6：169-172. [9] 吴忠，丑武胜. DC/DC升压变换器PI自适应串级控制[J]. 仪器仪表学报. 2003, 8: 345- 347. [10] 吴忠，史永丽. DC/DC升压变换器自适应PID串级控制系统仿真研究[J] . 系统仿真学报. 2004, 5: 1013-1016. 选题是否合适： 是□ 否□ 课题能否实现： 能□ 不能□ 指导教师（签字） 年 月 日 选题是否合适： 是□ 否□ 课题能否实现： 能□ 不能□ 审题小组组长（签字） 年 月 日