【摘 要】
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DC/DC开关变换器是一种时变非线性开关电路,其建模方法、控制器的设计以及动态性能的研究一直是功率电子学领域的热点问题。目前,对于DC/DC变换器的建模问题,大多数研究都是采用近似等效、线性化的方法来得到线性时不变模型,然后再根据传统的线性控制理论对DC/DC变换器的控制器进行设计,但是通过这种方法设计的DC/DC变换器在动态性能上往往难以满足要求,尤其在受到外部因素干扰时更不能满足实际需求。针对
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DC/DC开关变换器是一种时变非线性开关电路,其建模方法、控制器的设计以及动态性能的研究一直是功率电子学领域的热点问题。目前,对于DC/DC变换器的建模问题,大多数研究都是采用近似等效、线性化的方法来得到线性时不变模型,然后再根据传统的线性控制理论对DC/DC变换器的控制器进行设计,但是通过这种方法设计的DC/DC变换器在动态性能上往往难以满足要求,尤其在受到外部因素干扰时更不能满足实际需求。针对此情况,本文根据DC/DC变换器的开关切换特性建立更为精确的分段仿射模型（PWA）,并将此模型与分数阶PID预测函数控制算法（FOPIDPFC）相结合,然后将其应用到单路Buck型DC/DC变换器以及并联Buck型DC/DC变换器中,通过实验数据表明,基于PWA模型的FOPIDPFC控制算法明显降低了DC/DC变换器因负载发生突变而带来的不利影响,有效的提高了DC/DC变换器的动态性能。本文的主要内容分为以下几点:（1）首先针对传统DC/DC变换器建模的不精确性,提出了切换系统中的PWA模型,并根据切换系统建模相关知识建立了Buck型DC/DC变换器的分段仿射模型。然后对FOPIDPFC控制算法的理论知识进行了详细介绍,推导出了Buck变换器在基于PWA模型下的FOPIDPFC控制算法的最优控制量。同时由于FOPIDPFC控制算法中需要整定的参数较多,提出了粒子群智能算法（PSO）来解决FOPIDPFC控制器的部分参数问题。（2）详细叙述了PSO算法的实现过程以及它的相关参数选取原则,然后在MATLAB/Simulink中搭建了FOPIDPFC控制单路Buck变换器的仿真模型,并且加入了粒子群算法优化参数的仿真环节。通过仿真结果来分析FOPIDPFC控制算法对系统的动态性能影响情况。（3）根据主从均流法的思想,设计了主从FOPIDPFC控制的并联Buck变换器,然后在MATLAB/Simulink中搭建了主从FOPIDPFC控制并联Buck变换器的仿真模型,通过仿真结果分析了主从FOPIDPFC控制算法的控制效果。（4）搭建了基于FPGA的硬件实验平台（包括单路和并联Buck变换器）。在Quartus II软件中使用Verilog HDL语言编写了双闭环PI、FOPIDPFC以及主从FOPIDPFC三种控制算法的实验程序,然后在实验平台上完成了几种控制算法的实验验证,通过对比Buck变换器在不同控制算法下的实验结果,进一步得出了本文设计的FOPIDPFC控制算法优越性。
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