文摘
本文研究一种新的混合Posicast控制(HPC)为基本的肯塔基州提高转换器(FKYBC)在连续电流模式(CCM)。Posicast前馈补偿器。它减少了过度的步骤结果轻率地阻尼装置。但是传统的控制器方法由于固有频率的变化十分敏感。所以,减少这种不受欢迎的敏感性和负载控制FKYBC潜力,本文设计了HPC。HPC posicast与反馈回路的结构。独立计算时间延迟是主要的设计posicast的函数。的制定与HPC FKYBC证实各种操作区域通过MATLAB / Simulink仿真和实验模型。posicast函数值中实现Arduino Uno-ATmega328P单片机。新的高性能计算的结果产生最小的噪音控制信号相比,传统的PID控制。
1。介绍
正/负直流源很重要的实时应用,如音频放大器、司机的带领下,医疗器械,移动通信,机器人通信系统,信号发生器,在电脑中央处理器,数据传输接口设备。因此,直流源是不能直接从供应电源,它来源于直流-直流转换器。基于这个原因,许多直流-直流转换器设计如Cuk,肯塔基州,罗转换器(LC) [1- - - - - -4]。肯塔基州在这些转换器,转换器结构简单,电路元件的电压应力/体积小,最小电压/电流波动,和更少的电路元件数量比较与LCs Cuk变换器(5]。在这篇文章中,基本的肯塔基州提高转换器(FKYBC)被认为是研究。尽管控制器设计是一项具有挑战性的一个非线性阻尼动力学的FKYBC负载参数的函数,在现代数字信号技术新的研究建议一个新的控制增强FKYBC监管(5]。
因此,在这篇文章中,一个新的混合Posicast控制(HPC)是专为FKYBC操作在连续导电模式(CCM)。Posicast控制(PC)是一种feed-frontward控制器方法轻率地阻尼植物(6]。该方法的控制是抑制动摇的反应能力轻阻尼装置;然而,问题是温暖植物模棱两可。这个问题是解决了设计一个新的posicast在反馈回路中,要尽量减少参数敏感性的变化。许多研究人员已经详细的传统PID控制电力电子变换器需要额外安排变化达到精通瞬态和稳态性能7]。因此,电源转换器的数字PID控制的实现更加复杂。HPC的闭环效果的主要好处在PID控制具有良好的暂态和稳态行为,容易获得控制器参数,可预测的响应由小信号平均模型,容易实现在数字时代平台,消除阻尼影响提供了多套控制收益,不需要额外的控制结构的变化,和自然减少高频噪声8,9]。
肯塔基州提高转换器只有电压回路经典PI控制已被执行(10]。从这篇文章中,作者并没有解决控制器设计;这个转换器的输出电压波动产生了0.6 V,也不讨论了输入电压和负载电阻的变化同样的转换器。肯塔基州变换器的小信号数学模型CCM(中很好地体现出来11]。不过,作者进行了只有这个转换器模型的模拟研究,除此之外,同样的转换器扭曲在开环模式下输出纹波电压-0.8 V。非线性控制介绍了肯塔基州的转换器(12]。相反,负载的潜在和线圈电流控制这个模型创造了超过1 V / 0 V,沉降时间的0.02 / 0线/负载电流和电压的变化以最小的涟漪。实现线性二次调节器+方法对LC是执行(13]。从这篇文章中,这个模型的输出电压波动产生了-0.95 V,输出纹波电流-0.15 A。固定和调频操作SMC的各种拓扑的LCs记录(14- - - - - -16]。但潜在负载和线圈电流产生了巨大的过冲,微不足道的稳态误差,凝结时间修改。辞职的电脑转换器是解决(17]。LCs的广泛分析各种非线性控制器的处理(18,19]。虽然LCs催生了巨大的输出电压过冲的负载问题,各种直流-直流转换器是深思熟虑的详细的建模20.]。然而,LCs的线性控制器是非常复杂的,肯塔基州转换器在不同的操作状态。在上面的文学评论,是看到一个新的HPC FKYBC尚未报道。
因此,探讨如何尝试的设计和实现一个新的HPC在CCM FKYBC。Posicast参数派生FKYBC平均小信号模型的支持。
本文的主要贡献如下:首先,FKYBC派生的数学模型,然后设计了HPC FKYBC / PID控制。其次,进行仿真和实验分析使用设计HPC FKYBC在传统的PID控制。第三,讨论了时域规范提出了控制器与PID控制。
本文的组织如下:引言和文献综述的肯塔基州转换器和LCs及其控制方法详细的节1。操作和平均建模FKYBC讨论了部分2和3。开环FKYBC分析提出了部分4。HPC和PID控制的设计FKYBC在节中有详细描述5。在部分6和7,结果转换器的控制器进行了讨论。节8结论是解决。
2。操作和FKYBC建模
FKYBC电路为图1(一)。它包含两个开关(电源)和 ,二极管 ,能源storage-shifting电容器 ,输出过滤器组件 ,和 。此外,和可能在和 ,和是电感电流。FKYBC是现代直流-直流变换器拓扑。它产生输出电压比与微程序级的波动以及 。这里,FKYBC操作两种状态的CCM操作,及其在数字电路表示1 (b)和1 (c)。在状态1操作(参见图1 (b)),在和是关闭的,是nonconduction模式在时间的 。因此,电流路径指示箭头方向如图1 (b)。因此,潜在的电感器+输出潜力将等于输入潜力再加上潜在的 ,导致精力充沛。此外,电子的流动 。同时,在这种模式下的能量释放。因此,FKYBC的状态空间微分方程在模式1刻
(一)
(b)
(c)
在状态2操作(参见图1 (c)),关闭了,进行了,是开着的。电流方向的箭头,如图标记1 (c)。因此, ,所以线圈断开。此外,让精力充沛在这种模式下在短的时间内。所以,同样的变换器的状态空间微分方程表示为状态2
在稳态操作FKYBC地区,不改变不久;当前是在年底开启和关闭的状态。此外,等于在关闭状态的开始和结束时开关状态。因此,电压的增益FKYBC写成
与此同时, , 。
假设FKYBC没有损失,输入功率=输出功率,即表示为
FKYBC的改进的平均和传递函数模型推导和讨论在接下来的部分。FKYBC电路列举在表的规范1。
3所示。改善FKYBC平均模型
的平均模型FKYBC方程(6)可以从方程(1)和(2)的帮助下平均技术
从(6), , , ,和的等效平均价值吗 , , ,和 。
的在方程(7)可以来自图1(一)专横的,线性的时间段内 和它的 。
然后,用方程(7在方程()6)达到精通FKYBC平均模型,表示为
添加和在方程(8)FKYBC的理论动态特性进行了研究。假设 , , , ,和的直流值吗 , , , ,和 ,相应的。 , , , 和的小交流差距吗 , , , ,和 ,相应的。因此,相当于直流值+覆盖小交流可以表达的变化 , , , ,和 ,与假设ac修改低级直流值相比,写成
因此,
方程(12)可以达到通过结合方程(9)和方程(8),然后把ac值和忽略了复杂的交流关系由于范围小。
从责任比例模型FKYBC可以帮助下的拉普拉斯变换方程(12),表示为
4所示。开环反应FKYBC
MATLAB / Simulink仿真模型及其模拟开环响应FKYBC暴露在数据2(一个)和2 (b)通过 和 。显然发现FKYBC在开环模式创造了大峰过冲,花了很长时间来解决。为了解决这个问题,一个新的在CCM FKYBC posicast控制设计。
(一)
(b)
5。设计有效的控制器
5.1。基本的Posicast
步轻阻尼模型的结果显示在图3。它是由过度分类和阻尼时间(6- - - - - -9]。
图4表明一个经典的结构著posicast。它的目的是基于和 。一步结果的精确信息约束产生一个控制的最小零频率撤销的主要植物。它被称为自包围著时间延迟 。因此,HPC安排解释在图5。
posicast函数是预先安排好的
是和 。它从根本上改革设置值分为两部分;首先,控制-规模数量从集值( ),为了轻阻尼峰的结果匹配FKYBC设置最终值的结果。阶跃响应的高峰时间 。接下来,这个时间延迟,完成价值的步骤参考涂抹 ,确保在设置值保持不变。替代澄清是一组值,这是以前从输入,现在取消任何不受欢迎的过激的因为它是延迟了 。
5.2。基本的Posicast
新HPC的主要组件,是一个比例因子参数化参数化和时间延迟的元素 。有两个新HPC设计步骤。首先,FKYBC的平均模型的开发。然后,补偿的加入模型框架吗 。经典的频域方法。纯积分器类型为FKYBC稳定稳态扰动补偿器相匹配。
的增益选择尽量减少沉降时间可行的,但不要过度是过度。一个新的HPC模式(16)是由加入补偿器实现的和 。
5.3。新HPC
的小信号传递函数模型FKYBC及其规范
无阻尼固有频率是
新HPC的参数值计算使用方程(18)(20.)。然后, 和 。的被设计成尽可能大的减少沉降时间,同时避免不合理的过度,这将是15工作。
用控制器参数(16),它是写成
图6显示了HPC在一个开环的频率分析功能, 。增益裕度是392分贝,而相位幅度大约是89.8°。
5.4。PID控制器
为FKYBC,标准控制器基于PID控制往往利用。PID控制器方法可能有效控制的低阶动态功率调节器。
PID控制器很难超越在这种情况下,因为积分器提高转换器类型数量,减少错误(稳定满足)。控制器有双零允许共振如若抑制和增强瞬态的结果。PID控制器结构简单理解的比较与其他控制方法。对于新的HPC比较,FKYBC PID补偿器的设计。在本文中,齐格勒尼科尔斯调优方法(7,15,20.是用来评估FKYBC PID控制参数的传递函数模型,这是来自前面的小节。然后,PID控制的传递函数表示为(22),其开环频率响应函数如图7。
从数据6和7,新HPC系统移除巨大的频率噪声优于PID控制。
6。仿真结果和讨论
仿真结果和讨论FKYBC HPC和PID控制器将在本部分中讨论。制定相同的转换器通过线与控制器测试在不同的操作条件变化,负载变化和稳态区域变化。的MATLAB / Simulink仿真模型与HPC FKYBC暴露在图8。
6.1。线的变化
数据9(一个),9 (b),10显示模拟和责任周期FKYBC HPC和PID控制各种瞬态如12 V, 16 V,分别和18 V。从这些反应,很明显,FKYBC HPC产生了零过激和快速建立时间0.02秒,0.017,和0.016 s,分别,而相同的模型与PID控制更有过激的22 V和建立时间0.032秒,0.03,和0.028年代不同 。
(一)
(b)
6.2。负载的变化
数据11和12演示模拟反应的启动和输出电流FKYBC HPC和PID控制的各种负载如4.76欧姆,5.76欧姆,6.76欧姆。见过,相同的转换器与HYC产生微不足道的过度和沉淀时间0.022秒,0.021,和0.02 s,而FKYBC模型与PID控制生成更过激的22 V和建立时间0.032秒,在不同的负载0.031秒和0.028秒 。
(一)
(b)
(一)
(b)
6.3。各种控制器参数
模拟反应的FKYBC HPC对各种价值观和补偿器显示在数据13和14。从这些结果,很明显,FKYBC控制空涨溢,稳态误差最小为不同的值和 。
图15显示了模拟 , ,和噪声的数量与HPC FKYBC。这是明显看到FKYBC新HPC的空过冲和快速沉降时间在噪声信号。
6.4。综合分析的控制器
图16显示了模拟反应FKYBC利用HPC和PID控制器。在PID控制器与HPC的FKYBC过度可以忽略不计,快速沉降时间,良好的噪声抑制。拟议的HPC在该地区表现良好。
6.5。稳态区域和设定值的变化
表2显示记录的模拟输出电压与HPC FKYBC各种在稳态地区从3 V 20 V。从这个表,发现设计的控制器具有精通性能在稳态操作条件与小偏差。数据(17日)和17 (b)显示模拟反应FKYBC HPC和PID控制的阶跃变化参考从24 V输出电压30 V。从这些数据,很明显,设计HPC期间表现良好无超调参考输出电压阶跃变化和快速沉降时间对PID控制。
(一)
(b)
7所示。实验结果和讨论
实验结果与HPC FKYBC将在本节中讨论。验证的性能与HPC FKYBC瞬态和线的变化。FKYBC的原型模型与HPC (LED驱动负载)如图18。电源电路的参数如下:
HPC在ArduinoUno-ATmega328P单片机实现的约束,如图18。这里,opto-coupler MCT2E以及放大电路作为驱动电路。数据(19日)- - - - - -19 (c)显示实验和通过瞬态响应的FKYBC HPC地区和输入电压变化从16 V至12 V和16到18 V。从这些结果,很明显,与HPC FKYBC最小峰值过冲和快速沉降时间和启动区域。图20.显示图形的数值模拟和实验分析的输出电压与HPC FKYBC在不同输入电压。从这个结果,小的偏差相同与不同的输入电压转换器的模拟/实验发现。
(一)
(b)
(c)
8。结论
输出电压调节的新HPC FKYBC CCM已经建立有效使用仿真软件软件除了原型模型。新HPC参数实现数字平台的帮助下Arduino Uno-ATmega328P单片机。posicast直接计算的元素分析和FKYBC的理想方法。新设计的主要好处HPC在PID控制有更好的阻尼能力,精通输出电压调节/负载的变化,减少过冲,快速沉降时间,减少高频噪声,简单的数字实现,减少传统方法的敏感性。的稳态响应FKYBC改善了基于积分补偿器以及单新HPC的增益。在PID控制差距,新HPC只有欲望调整 ,和补偿装置提高了增益/利润率和阶段,其狭隘的开环带宽证实征服巨大的噪声频率。最后,设计新的HPC精通输出电压调节FKYBC CCM。恰当的LED驱动电源的,医疗器械,太阳能系统,移动通信。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。