DC-DC变换器的信息熵分析

为确定不同反馈系数k下DC-DC变换器系统的行为,结合系统处于周期状态时的稳定性和系统处于混沌时不会重复经过每一点的特点,提出了一种采用极限思想和信息熵来估计DC-DC变换器非线性行为的方法.该方法能准确分析系统处于周期状态和混沌状态的熵值,量化了DC-DC变换器倍周期分叉和混沌行为.以一阶电压反馈DCM Boost变换器和DCM Buck变换器为例进行仿真.研究结果表明,所提出的信息熵可以准确反映分叉点、周期数及产生混沌的位置,完善了该类变换器非线性动力学分析的理论和方法.     

单周期控制三电平Boost功率因数校正变换器的慢尺度分岔分析

对单周期控制三电平Boost功率因数校正(PFC)变换器中存在的慢尺度分岔现象进行了研究, 基于Floquet乘子法分析了主要电路参数对系统稳定性的影响. 首先, 分析了该电路的工作原理, 并由输入输出功率平衡推导出电路的简化模型. 然后, 采用谐波平衡法求解出电路的周期解, 根据Floquet理论分析周期解的稳定性. 通过计算Floquet乘子, 分析了电路中电压反馈电阻R_vf 对系统慢尺度分岔行为的影响. 搭建电路仿真模型, 验证了简化模型及Floquet理论分析的正确性. 最后, 计算了电路中其他参数组成的稳定边界. 研究结果表明, 正确选择三电平Boost PFC变换器的电路参数对于其稳定运行, 提高输入侧功率因数具有重要意义.     

基于交错Buck变换器的光伏系统MPPT控制

具有最大功率点跟踪(MPPT)功能的控制器常采用单相Buck变换器,输出功率稳定性差。鉴于此,提出将交错并联技术应用于Buck变换器,并以两相交错并联Buck变换器为例进行研究,减小输出电压、电流纹波,提高了输出功率稳定性,有利于实现MPPT控制;然后针对固定步长扰动观察法跟踪速度与精度之间的矛盾,研究了一种自适应变步长的算法,MATLAB仿真结果表明,改进算法具有较好的跟踪速度和稳态性能。     

离散移相控制全桥DC-DC变换器的能量迭代建模及多周期态研究

针对移相全桥DC-DC变换器, 提出一种离散移相控制方法. 通过建立移相全桥DC-DC变换器输出滤波电容能量模型, 分析了离散移相控制全桥DC-DC变换器的能量迭代过程和控制原理. 通过对离散移相控制全桥DC-DC变换器能量迭代过程的研究, 揭示了其多周期态工作特性. 与传统PWM移相全桥DC-DC变换器的仿真对比分析结果表明, 离散移相控制全桥DC-DC变换器具有控制环路简单可靠、瞬态响应速度快等优点.     

电压控制不连续导电模式DC-DC变换器的熵特性研究

结合DC-DC变换器非线性特性随反馈增益k变化的关系,以及熵能够反映序列总体统计特征的特点,提出一种基于熵估计DC-DC变换器非线性行为的新方法. 以一阶电压反馈不连续导电模式 DCM Buck和Boost变换器为例,详细分析了不同反馈增益k和初值x₀形成的数值序列及熵的分布情况. 研究结果表明：DC-DC变换器的熵由反馈增益k决定,与初值x₀无关,最终小于理论极大值log₂N （N为统计区间个数）;熵能够准确区分DC-DC变换器的倍周期分岔和混沌行为,从而得到一种新的可量化的DC-DC变换器非线性动力学行为指标;完善了该类变换器非线性动力学分析的理论和方法. 关键词： DC-DC变换器 熵 混沌 k')" href="#">反馈增益k     

固定关断时间控制Buck变换器输出电容等效串联电阻的稳定性分析

通过专用电力电子仿真软件进行电路仿真, 定性分析了固定关断时间(fixed off-time, FOT)控制Buck变换器输出电压相位滞后于电感电流相位的原因及其引发脉冲簇发现象的机理, 探讨了如何调整输出电容等效串联电阻(equivalent series resistance, ESR)的大小来消除这些复杂非线性现象, 并定量给出了FOT控制Buck变换器处于稳定工作状态时的ESR临界值.结果表明, 输出电容ESR对FOT控制Buck变换器工作状态的影响较大, 当ESR小于临界值时, 输出电压相位滞后于电感电流相位, 发生脉冲簇发现象;而当ESR大于临界值时, 输出电压与电感电流的变化保持同步, 脉冲簇发现象消失.通过描述函数法建立了参考电压至输出电压的传递函数, 由Routh-Hurwitz判据说明了ESR临界值是FOT控制Buck变换器的失稳条件.     

基于无源性的光伏DC/DC变换器的全局滑模控制

在光伏发电系统中,当其受环境影响时,系统输出电压及功率不稳定,主要由DC/DC变换器来实现其过程能量转换,因此研究高效的DC/DC变换器控制方法具有重要意义。引入了一种满足无源性的DC/DC变换器,同时引入一种新的指数趋近律,设计全局滑模控制策略。所设计控制方法不仅确保了系统状态的稳定性,而且提高了系统的鲁棒性,减弱了DC/DC变换器的抖动现象;并以双向Buck变换器为例,通过Matlab仿真验证了所设计控制器的有效性     

基于改善关联性Buck变换器的混沌控制

由于Buck变换器具有非线性特性, 在一定参数条件下, 它会处于混沌状态, 此时Buck变换器不能正常工作. 为了抑制Buck变换器的混沌现象, 本文首先建立了Buck变换器的精确状态方程模型, 然后通过分析可控范围图、开关逻辑图、相图、电感电流波形、输出电压波形, 研究了基于改善Buck变换器的电感电流与输出电压之间关联性的混沌控制策略. 研究结果表明: 该控制策略能够将处于混沌状态的Buck变换器稳定在周期1, 2, 4, 8轨道, 且该控制策略不需要预先确定期望的目标轨道, 不依赖于Buck变换器的电路参数, 只取决于一个外部参数即耦合强度, 所以该控制策略同样适用于其他 拓扑结构的功率变换器. 关键词： 混沌控制 Buck变换器 关联性 耦合强度     

单周期控制Cuk功率因数校正变换器中的中尺度不稳定现象分析

基于单周期控制的自治性,建立了描述单周期控制Cuk功率因数校正(PFC)变换器动力学行为的非线性状态平均模型.在此基础上,采用谐波平衡法得出了该系统周期平衡态的近似解析表达式,继而通过判定Floquet乘子的变化趋势,准确地预测了该变换器首次失稳时分岔点的位置和类型,揭示了系统出现中尺度不稳定现象的物理机理.研究结果表明,该变换器周期闭轨稳定性的丧失,即Neimark-Sacker分岔的发生是最终导致中尺度振荡现象产生的根本原因.最后,电路实验验证了理论分析的正确性.这些研究结果不仅揭示了单周期控制CukPFC变换器中的中尺度分岔行为的本质,而且为系统电路参数的设计提供了理论依据.     

不连续导电模式DC-DC变换器的倍周期分岔机理研究

根据一般迭代映射的倍周期分岔定理,从数学上论证了电压型不连续导电模式(DCM) Boost和Buck变换器中倍周期分岔现象产生条件,由此揭示了DC-DC变换器中倍周期分岔现象发生的机理,完善了该类变换器倍周期分岔分析的理论和方法. 关键词： 倍周期分岔 迭代映射 Lyapunov 指数 施瓦茨导数     

基于AC-Link串联谐振的Buck-Boost变换器控制算法

介绍了一种基于AC-Link串联谐振的Buck-Boost变换器拓扑结构,用状态平面分析法对串联谐振电路在Buck模式和Boost模式下工作过程进行分析。该方法相比于传统的基波等效分析法具有直接、精确和求解简单的特点。给出了详细的推导过程,提出了一种控制算法。建立了Matlab/Simulink仿真模型,仿真结果表明,该控制算法能够实现Buck和Boost的功能,能够得到稳定的输出电压,输入电流谐波含量低的特点,可以实现变换器在较宽的范围内调节输出电压。     

DC-DC变换器的符号时间序列描述及模块熵分析

本文提出了一种采用符号时间序列和熵理论分析DC-DC变换器非线性行为的方法.该方法首先用离散时间序列描述非线性连续系统,然后将其转换为由简单字符构成的符号序列,再用信息学方法计算出该符号序列的模块熵,从而得到一种新的可量化的非线性动力学行为统计指标.文中以一阶电压反馈DCM和二阶电流反馈CCM Boost变换器为例进行研究.研究结果表明,模块熵这种粗粒化的统计分析方法,能够量化DC-DC变换器的倍周期分岔和混沌行为,且能够准确地确定混沌行为的发生,是一种尚未在DC-DC变换器中提出的简单、实用的分析方法. 关键词： 符号时间序列 符号动力学 模块熵 Lyapunov指数     

V2控制Buck变换器分岔与混沌行为的机理及镇定

V²控制的Buck变换器在反馈放大系数变化的情况下表现出丰富的非线性行为. 本文建立了V²控制Buck变换器的离散迭代模型, 利用单值矩阵方法研究了系统不稳定行为. 随着反馈放大系数的增大, 变换器从稳定的周期一状态发生一系列的倍周期分岔现象进入周期二、周期四, 不断倍化直至混沌态. 同时其单值矩阵的最大特征值也沿着实负轴穿越单位圆, 从而从稳定性的角度揭示了系统发生一系列倍周期分岔的机理. 基于单值矩阵理论, 利用正弦电压补偿方法镇定了系统的分岔和混沌行为, 得到了镇定后系统的稳定边界. 仿真和实验结果证明了本文分析方法和结论的正确性. 关键词： V²控制')" href="#">V²控制 Buck变换器 分岔 镇定控制     

斜坡补偿电流模式控制开关变换器的动力学建模与分析

降压型、升压型和升压-降压型DC-DC变换器是应用广泛的基本开关DC-DC变换器.电流模式控制开关DC-DC变换器在较宽的电路参数范围内具有两个边界,基于开关切换前后电感电流的上升和下降斜率,建立了斜坡补偿电流模式控制开关DC-DC变换器的统一模型.该模型进行无量纲归一化处理后只有三个参数,可有效展示开关DC-DC变换器在电感电流连续传导模式(CCM)和电感电流不连续传导模式(DCM)时的动力学特性.利用此模型,导出了轨道状态发生转移时的两个分界线方程,由此确定了开关DC-DC变换器的稳定周期1域、CCM鲁棒混沌域和DCM弱混沌强阵发域三个工作状态区域.开关DC-DC变换器二维参数映射图和电流模式控制降压型DC-DC变换器的电路实验观察验证了由两条分界线划分工作状态域的正确性.     

电压控制正极性输出罗变换器的改进平均模型建模及稳定性分析

基于平均建模法并考虑到正极性输出罗(positive output super-lift Luo, POSL Luo)变换器中能量传输电容电压存在突变的事实, 建立了POSL Luo变换器的改进平均模型, 推导并分析了POSL Luo变换器输出电压对占空比的传递函数. 建立了电压控制POSL Luo变换器的输出电压对基准电压的传递函数, 分析了系统的稳定性. 采用PSIM软件进行电路仿真以及设计硬件电路进行电路实验, 以PSIM仿真结果和电路实验结果验证了模型的有效性和理论分析的正确性. 研究结果表明: 相比于POSL Luo变换器已有的平均模型, 采用本文的改进平均模型可有效的分析POSL Luo变换器的特性及电压控制POSL Luo变换器的稳定性.     

Stability and bifurcation of an axially moving beam tuned to three-to-one internal resonances

This study analyzed the nonlinear vibration of an axially moving beam subject to periodic lateral force excitations. Attention is paid to the fundamental and subharmonic resonances, since the excitation frequency is close to the first two natural frequencies of the system. The incremental harmonic balance (IHB) method was used to evaluate the nonlinear dynamic behaviour of the axially moving beam. The stability and bifurcations of the periodic solutions for given parameters were determined by the multivariable Floquet theory using Hsu’s method. The solutions obtained from the IHB method agreed very well with those obtained from numerical integration. Furthermore, numerical examples are given to illustrate the effects of the three-to-one internal resonance on the response of the system.     

Nonlinear vibration of a curved beam under uniform base harmonic excitation with quadratic and cubic nonlinearities

This paper presents nonlinear vibration analysis of a curved beam subject to uniform base harmonic excitation with both quadratic and cubic nonlinearities. The Galerkin method is employed to discretize the governing equations. A high-dimensional model that can take nonlinear model coupling into account is derived, and the incremental harmonic balance (IHB) method is employed to obtain the steady-state response of the curved beam. The cases investigated include softening stiffness, hardening stiffness and modal energy transfer. The stability of the periodic solutions for given parameters is determined by the multi-variable Floquet theory using Hsu's method. Particular attention is paid to the anti-symmetric response with and without excitation, as the excitation frequency is close to the first and third natural frequencies of the system. The results obtained with the IHB method compare very well with those obtained via numerical integration.     

Transfer function modeling and analysis of the open-loop Buck converter using the fractional calculus

Based on the fact that the real inductor and the real capacitor are fractional order in nature and the fractional calculus,the transfer function modeling and analysis of the open-loop Buck converter in a continuous conduction mode(CCM) operation are carried out in this paper.The fractional order small signal model and the corresponding equivalent circuit of the open-loop Buck converter in a CCM operation are presented.The transfer functions from the input voltage to the output voltage,from the input voltage to the inductor current,from the duty cycle to the output voltage,from the duty cycle to the inductor current,and the output impedance of the open-loop Buck converter in CCM operation are derived,and their bode diagrams and step responses are calculated,respectively.It is found that all the derived fractional order transfer functions of the system are influenced by the fractional orders of the inductor and the capacitor.Finally,the realization of the fractional order inductor and the fractional order capacitor is designed,and the corresponding PSIM circuit simulation results of the open-loop Buck converter in CCM operation are given to confirm the correctness of the derivations and the theoretical analysis.     

开关变换器斜坡补偿动力学机理研究

在反馈控制电路中引入适当的斜坡补偿电流,既可以有效拓宽电流控制开关DC-DC变换器稳定工作范围,实现混沌镇定控制,又可以使其工作模式从断续导电模式转移至连续导电模式,实现工作模式转移.以电流控制Buck-Boost变换器为例,通过建立含斜坡补偿的具有两个电感电流边界的二维离散时间模型和相应的Jacobi矩阵,深入研究了开关DC-DC变换器斜坡补偿的动力学机理.通过分析稳定性失稳和边界碰撞分岔的条件,讨论了斜坡补偿对开关DC-DC变换器稳定周期振荡和工作模式转移的影响,分别给出了相应的稳定性分界线和模式转移分界线.制作了实验电路,由实验结果说明了斜坡补偿对开关DC-DC变换器混沌镇定控制和工作模式转移的物理意义,并验证了理论分析的正确性.     

DC-DC buck变换器的分岔行为及混沌控制研究

研究了带负载电容的DC-DC buck变换器的分岔行为及其混沌控制问题，提到了一些新的有意义的结果.随着负载电容的增加，这种电路系统出现周期叠加序列窗口，且系统混沌运动的参数空间的测度逐渐趋于零，而且系统处在周期运动区时其电压转换效率高于系统处在混沌运动区时的电压转换效率，这些结果对于实际电路的设计具有较好的参考价值.同时，采用外加周期脉冲控制方法，能有效地实现该电路系统中的混沌控制.