[發明專利]基于模糊時間延時反饋控制的Buck變換器混沌控制方法

在審

• 申請號: 202011103673.1
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112271922A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 李自成;袁園;王后能;曾麗;熊濤;廖小兵;劉健;文小玲
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156;H02M1/08;G06F30/20;G06N7/08
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

1.一種基于模糊時間延時反饋控制的Buck變換器混沌控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、根據控制系統框圖，對DC-DC變換器進行數學建模，得到DC-DC變換器的狀態變量的混沌模型；

S2、根據數學模型迭代，在matlab中建立相關模型，然后確定混沌狀態DC-DC變換器能量狀態，并進行分析；

S3、基于模糊時間延時反饋控制方法，根據時間延時電壓誤差量，設計模糊控制器，對時間延時τ值進行模糊化，并在此基礎上對反饋增益k₂進行自適應選取，得到模糊時間延時反饋控制方法；

S4、根據模糊時間延時反饋方法得到PWM控制信號，并使用該信號對DC-DC變換器進行控制。

2.根據權利要求1所述的Buck變換器混沌控制方法，其特征在于，步驟S1具體包括以下步驟：

S11、將Buck變換器中的電感電流和輸出電壓均作為狀態變量，建立Buck變換器的狀態空間模型：

當Buck變換器中的開關管S導通時，狀態空間模型具體為：

當Buck變換器中的開關管S關斷時，狀態空間模型具體為：

式中，i_L為電感電流，為電感電流的一階導數，v_c為輸出電壓，為輸出電壓的一階導數，R、L和C分別為Buck變換器中的電阻、電感和電容，且v_in為Buck變換器的輸入電壓，開關管S為功率開關IGBT；

S12、采用頻閃映射的方法，根據狀態空間模型建立離散映射模型：

當開關S處于截止狀態，系統離散模型為：

當開關S處于導通狀態，系統離散模型為：

式中，且1/LC-k²0。

3.根據權利要求2所述的Buck變換器混沌控制方法，其特征在于，步驟S1還包括步驟：

S13、根據系統離散映射模型分析Buck變換器中的非線性混沌現象，確定Buck變換器中的混沌狀態。

4.根據權利要求1所述的Buck變換器混沌控制方法，其特征在于，步驟S2具體包括以下步驟：

S21、根據加入模糊時間延時反饋控制算法前的系統控制框圖，得出此時Buck變換器系統傳遞函數G₁(s)：

S22、根據加入模糊時間延時反饋控制算法后的系統控制框圖，得出此時ΔV_con及新傳遞函數G₂(s)：

△v_con(s)＝k₂V₀(s)(1-e^-τs)＝k₂G₁(s)V_d(s)(1-e^-τs) (6)

S23、使用諧波分析法分析加入模糊時間延時反饋控制算法前、后的Buck變換器輸入電壓分岔點的變化情況，以下分別為1-周期態及2-周期態關系式：

1-周期態：

v′_con(dT)＝v_ramp(dT) (8)

2-周期態：

v′_con(dT+δ)＝v_ramp(dT+δ)

v′_con(T+dT+δ)＝v_ramp(T+dT-δ) (9)

S24、對1-周期及2-周期態關系式中v_d(t)做傅里葉級數分解，得到1-周期及2-周期下輸入電壓V_in與占空比d之間的關系：

1-周期態：

式中，w_s＝2π/T，c₁₀＝[v′_con(t)]_ave＝dV_inG(0)；

2-周期態：

S25、使式(11)中δ→0，得到輸入電壓分岔點：

考慮到G(s)為低通濾波器，將上式分母近似為一次項分量，則有：

S26、由步驟S23得到，通過改變v_ramp的取值范圍改變分岔點；并且，改變G(s)中參數同樣改變分岔點，故模糊時間延時反饋控制方法能夠將Buck變換器控制到穩定狀態；實現方法是修改G₂(s)參數，即通過選取k₂和τ的值，來增大分岔點，抑制混沌的出現，從而擴寬電壓的穩定范圍。