Buck-Boost變換器狀態(tài)空間平均模型建模

1、實臉一：Buck-Boost變換器狀態(tài)空間平均模型建模（一）實驗?zāi)康? .掌握Matlab的程序編程2 .掌握電力電子變換器的狀態(tài)空間平均建模（二）實驗原理1 .升降壓斬波電路原理圖1.升降壓斬波電路原理圖該電路的基本工作原理：當可控開關(guān)V處于通態(tài)時，電源E經(jīng)V向電感L供電使其儲存能量，此時電流為匕。同時，電容C維持輸出電壓基本恒定并向負載R供電。此后，使V關(guān)斷，電感L儲存的能量向負載釋放，電流為i2。當V處于通態(tài)期間，uL=E；而當V處于斷態(tài)期間，uL=uQo于是，Eton=U0tOff,所以輸出電壓為由EA=Uo/2，得出輸出電流為2 .狀態(tài)空間平均法的原理狀態(tài)空間平均法是平均法的一階近似

2、，其實質(zhì)為：根據(jù)線性RLC元件、獨立電源和周期性開關(guān)組成的原始網(wǎng)絡(luò)，以電容電壓、電感電流為狀態(tài)變量，按照功率開關(guān)器件的“ON”和“OFF”兩種狀態(tài)，利用時間平均技術(shù)，得到一個周期內(nèi)平均狀態(tài)變量，將一個非線性電路轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€等效的線性電路，建立狀態(tài)空間平均模型。對于不考慮寄生參數(shù)的理想PWM變換器，在連續(xù)工作模式(CCM)下一個開關(guān)周期有兩個開關(guān)狀態(tài)相對應(yīng)的狀態(tài)方程為：x=AiX+BiVitOWtWdTx=A2x4-B2vt,dTWtWT式中d為功率開關(guān)管導通占空比，d=%"T,亡。八為導通時間，T為開關(guān)周期；X二也UC,X是狀態(tài)變量，土是狀態(tài)變量的導數(shù)，。是電感甩流,“C是電容電壓，E

3、是開關(guān)變換器的輸入電壓：/1，&乃1，%是系數(shù)矩陣,與電路的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。對上式進行平均得到狀態(tài)平均方程為比=取+8%，A二必廿(1-d)&，B=dB1+(l-d)B2,這就是著名的狀態(tài)空間平均法。可此式可見,時變電路變成了非時變電路，若d為常數(shù)，則這個方程描述的系統(tǒng)是線性系統(tǒng),所以狀態(tài)空間平均法的貢獻是把一個開關(guān)電路用一個線性電路來替代。(三)實驗內(nèi)容(1)建立Buck-Boost變換器在連續(xù)導通模式(CCM)下的狀態(tài)方程。(2)將Buck-Boost變換器的狀態(tài)空間平均模型以函數(shù)的形式建立在m文件中。(3)測試Buck-Boost變換器在不同占空比(D=0.6,0.7,0.

4、8)下的電容電壓波形及電感電流波形。(四)實驗過程與結(jié)果分析1 .仿真系統(tǒng)Mat1ab平臺2 .仿真參數(shù)R=20Q,L=uH,C=470uF,E=50V,D分別等于0.6,C7,。83 .仿真波形與分析（1）對升降壓斬波電路建立狀態(tài)空間方程當V導通時,當V關(guān)斷時,劭1/L1/(R*C)所以得到系數(shù)矩陣分別為:AfO"1=o014_r0i/(r*c)f&-_1/c（2）將Buck-Boost變換器的狀態(tài)空間平均模型以函數(shù)的形式建立在文件中,代碼如下:functiondX=buck_boost(t,X)dX-zeros(2,1);R=20；L=200*10-6;C=470*10*

5、-6；E=50;%T=0.0004；Al=00；0-1/(。;A2=01/L;-1/C-1/(R*C);Bl=l/L;0;B2=0:0;Dl=0.7;D2=1-D1;A=D1*A1+D2*A2;B=D1*B1+D2*B2;Y=A*X+B*E;dX(l)=Y(l);dX(2)=Y(2);(3)對Buck-Boost變換器在不同占空比(D=0.6,0.7,0.8)下的電容電壓波形及電感電流波形進行仿真當20.6時，調(diào)用函數(shù)的代碼如下：options二。deset('RelTol*,le-4);T,Y=ode23(buck_boost,00.2,00,options);plot(T,Y)le

6、gend('IL','UC')；xlabel(9時間');ylabel('電壓/電流'):運行結(jié)果如下：圖2當D=0.7時，調(diào)用函數(shù)的代碼如下：options=odeset('RelTol*,le-4);T,Y=ode23(buck_boost,00.2,00,options);plot(T,Y)legend('IL','UC')；xlabel(時間');ylabel('電壓/電流'):運行結(jié)果如下：200150100-200250人00.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2時間5005000-1圖3當D=0.8時，調(diào)用函數(shù)的代碼如下：options二。deset('RelTol',le-4);T,Y=ode23(buck_boost,00.2,00,options);plot(T,Y)legend('IL','UC')；xlabel('時間');ylabel('電壓/電流');運行結(jié)果如下：4004 .結(jié)論由上述仿真結(jié)果可知，電感電流口和電容電壓近分別經(jīng)過一段時間的振蕩后趨于穩(wěn)定，當D=0