Buck-Boost开关变换器的混杂建模与控制研究

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1、Buck-Boost开关变换器的混杂建模与控制研究摘要运用混杂系统理论,建立了Buck-Boost开关变换器的混杂自动机模型,与传统的状态空间平均法相比该模型中没有任何假设或线性近似处理,建模精度高,可以对电力电子电路进行更好的分析与控制。分析了Buck-Boost变换器在负载变化的能量传输模式,根据电感电流纹波与输出电流、电感平均电流的关系,将开关变换器分为连续-完全电感供能模式(CCM-CISM)、连续-不完全电感供能模式(CCM-IISM)和不连续-不完全电感供能模式(DCM-IISM);然后基于电路理论法给出了Buck-Boost开关

2、变换器混杂控制边界选择综合方法和计算公式。基于Simulink和StateFlow的联合仿真结果证明了混杂控制算法的有效性。关键词混杂控制;建模;Buck-Boost开关变换器;混杂自动机;完全电感供能模式;不完全电感供能模式HybridModelingandControlforBuck-BoostSwitchingConvertersAbstractInthispaper,thebuck-boostswitchconverterisrepresentedasahybridautomatonmodelwiththreemodesofopera

3、tion.Comparingthestatespaceaveragemethodandcircuitaverageapproach,themodeliswithoutanyassumptionsandlinearapproximation,whichismoresuitabletoanalysisandcontrolforpowerelectroniccircuit.Meanwhile,anewhybridcontrolschemeisproposedforcontrollingdc–dcboostconvertercircuits.This

4、algorithmdividesbuck-boostswitchingconverterintothreemodes,i.e.,CCM-CISM(continuesconductionmode-CompleteInductorSupplyMode),CCM-IISM(continuesconductionmode-IncompleteInductorSupplyMode)andDCM-IISM(discontinuesconductionmode-IncompleteInductorSupplyMode)bycomparingtheinduc

5、torcurrentripplewithdifferencebetweentheinductoraveragecurrentandtheoutputcurrent.Thehybridcontrolsynthesismethodandcalculationformulasofboostconverteraregivenbythecircuittheoryapproach.ThehybridautomatonbasedcontrolsystemisimplementedusingthestateflowchartfeatureofMATLABan

6、dextensivesimulationsarecarriedouttocheckthesuitabilityofthealgorithm.Numericalresultsclearlybringouttheadvantagesandeffectivenessoftheproposedcontrollawundervaryinglineandloadconditions.KeywordsHybridControl;Modeling；buck-BoostSwitchingConverters；Hybridautomaton；CompleteIn

7、ductorSupplyMode（CISM）；theIncompleteInductorSupplyMode（IISM）1引言电力电子电路中，开关器件的使用使得电路拓扑不再固定，而是随开关状态的变化而变化，因此，对电力电子电路建模的一个主要问题就是如何把所有开关状态下可能出现的拓扑进行组合，产生一个统一的模型[1]。基于状态空间平均[2-3]或电路平均[4]的小信号法作为电力电子电路拓扑的主要建模与分析方法，具有简单易用的特点，便于稳定性分析以及控制器的设计。然而，电力电子电路是一个切换型非线性系统，小信号模型是通过忽略模型中高次项而近似得到

8、，因此当系统面对大信号扰动时(如负载突变、外界干扰等)，系统可能不稳定，这时要对系统进行具体的大信号分析[5]。从本质上讲，开关型功率变换器是一类典型的混杂动态系统