無源自適應(yīng)控制Buck-Boost變換器研究
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4．2 自適應(yīng)控制律的設(shè)計(jì)
圖3中的自適應(yīng)機(jī)構(gòu)就是要利用可調(diào)模型與參考模型間的狀態(tài)矢量誤差e產(chǎn)生一個(gè)合適的自適應(yīng)規(guī)律，使得可調(diào)模型的X2能逼近X2ref。根據(jù)Popov超穩(wěn)定性理論，變換器占空比偏差△d與e存在比例積分關(guān)系。設(shè)計(jì)無源自適應(yīng)控制律為：
式中：kp，ki分別為比例系數(shù)和積分時(shí)間常數(shù)的倒數(shù)；d’為由無源性控制律計(jì)算得到的變換器開關(guān)占空比。
當(dāng)發(fā)生電源擾動(dòng)時(shí)，如E變小，導(dǎo)致無源控制器輸出減小，此時(shí)系統(tǒng)輸出相應(yīng)減小。但由于自適應(yīng)機(jī)構(gòu)作用輸出△d增加，導(dǎo)致d增大，變換器輸出增大直至恢復(fù)到期望電壓輸出，反之亦然。因此通過△d來改變無源控制的輸出d，減小e，從而可使電源系統(tǒng)輸出在輸入電源寬范圍擾動(dòng)下恢復(fù)到期望值。
4．3 仿真分析
設(shè)定自適應(yīng)機(jī)構(gòu)參數(shù)kp=0．013．ki=2．61，其他系統(tǒng)仿真參數(shù)不變。系統(tǒng)分別在E>12 V，E12 V兩種輸入電源電壓擾動(dòng)情況下采用無源自適應(yīng)控制律進(jìn)行仿真。
圖4為Buck-Boost在無源自適應(yīng)控制下的輸出響應(yīng)。圖4a為E12 V擾動(dòng)時(shí)(在t=0．06 B輸入電源從12 V變化到8 V)，輸出能快速調(diào)整到穩(wěn)態(tài)輸出(12±0．065)V，穩(wěn)態(tài)時(shí)間小于15 ms。圖4b為E>12 V擾動(dòng)時(shí)(在t=0．06 s輸入電源從12 V變化到19 V)，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出在0．01 s內(nèi)快速恢復(fù)到(12+0．057)V，完全滿足穩(wěn)態(tài)要求。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/159638.htm
仿真結(jié)果表明：采用無源自適應(yīng)控制策略的Buck-Boost變換器具有良好的動(dòng)靜態(tài)性能指標(biāo)及抗輸入電源擾動(dòng)能力。
5 實(shí)驗(yàn)
5．1 機(jī)場助航燈光監(jiān)控系統(tǒng)供電電源
為實(shí)現(xiàn)無源自適應(yīng)控制策略，設(shè)計(jì)了數(shù)字控制Buck-Boost開關(guān)電源實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，Buck-Boost開關(guān)電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。
采用壓頻轉(zhuǎn)換電路，將電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字式頻率信號，再利用單片機(jī)的PCA頻率捕獲模式檢測此頻率信號，從而計(jì)算出對應(yīng)的輸出電壓值，該電路具有較強(qiáng)的抗干擾能力?；魻杺鞲衅鲗z測的電流信號轉(zhuǎn)換成4 V以內(nèi)的電壓信號，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并計(jì)算處理，得出電感電流值。單片機(jī)再將檢測到的電感電流值、輸出電壓值代入無源自適應(yīng)控制律計(jì)算處理，以確定單片機(jī)輸出的PWM占空比。
5．2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
在助航燈5級燈光(電流有效值2．8～6．6 A)下對基于無源自適應(yīng)控制律的Buck-Boost進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，圖6示出部分實(shí)驗(yàn)波形。圖6a為3級光下Buck-Boost輸出電壓波形圖，輸出穩(wěn)定時(shí)間約為20 ms；圖6b為助航燈光由3級光切換到2級光(E從12 V突變到8 V)時(shí)輸出電壓波形，變換器輸出恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)12 V所需時(shí)間約為20 ms。不同燈光等級下變換器輸出結(jié)果如表1所示。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在5種燈光電流等級下的數(shù)字控制Buck-Boost電源不僅具有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能，而且對寬輸入電壓擾動(dòng)具有很強(qiáng)的魯棒性，滿足燈光巡檢單元工作電源的要求，充分驗(yàn)證了無源自適應(yīng)控制策略的可行性。
6 結(jié)論
DC／DC變換器是一個(gè)強(qiáng)非線性、時(shí)變、離散系統(tǒng)，研究其非線性控制規(guī)律具有重要意義。針對無源控制在寬輸入電源電壓時(shí)穩(wěn)態(tài)輸出存在偏差的問題，提出無源自適應(yīng)控制策略。在輸入電壓寬范圍變化的助航燈光單燈回路上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該變換器在滿足動(dòng)靜態(tài)性能指標(biāo)的同時(shí)，對寬輸入電壓擾動(dòng)具有很強(qiáng)的魯棒性。同時(shí)與傳統(tǒng)的模擬控制器相比，數(shù)字式控制器具有更高的可靠性和靈活性，數(shù)字控制的DC／DC除瞬態(tài)響應(yīng)稍慢，其他性能均可與模擬控制相媲美。
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