電力電子建?？刂品绞郊跋到y(tǒng)建模

第二章DC/DC變換器的動(dòng)態(tài)建模一、DC/DC變換器閉環(huán)控制系統(tǒng)先建立被控對(duì)象動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，得到傳遞函數(shù)，再應(yīng)用經(jīng)典控制理論進(jìn)行補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。電力電子系統(tǒng)一般由電力電子變換器、PWM調(diào)制器、反饋控制單元、驅(qū)動(dòng)電路等組成。電力電子系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能的好壞與反饋控制設(shè)計(jì)密切相關(guān)。二、電力電子系統(tǒng)的非線性非線性元件：無法用線性微分方程描述U-I關(guān)系的元件，如二極管、開關(guān)元件（MOSFET、IGBT等）。電力電子變換器、部分電源和負(fù)載都具有非線性。電力電子系統(tǒng)是非線性系統(tǒng)，而經(jīng)典控制理論是線性系統(tǒng)理論，能否適用于此？若可以，如何獲取其數(shù)學(xué)模型？CCM:三、電力電子系統(tǒng)線性化的前提為了應(yīng)用經(jīng)典控制理論進(jìn)行補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，需要建立電力電子系統(tǒng)的線性化數(shù)學(xué)模型。靜態(tài)工作點(diǎn)輸出特性曲線建立電力電子系統(tǒng)的線性化數(shù)學(xué)模型是否可行？非線性穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，輸出電壓包含開關(guān)周期平均值分量和開關(guān)頻率紋波分量，而后者遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前者。開關(guān)頻率紋波分量是與生俱來的，無法徹底消除。判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定依據(jù)的是輸出電壓平均值波形。公式中的Uo指的是輸出電壓的開關(guān)周期平均值。假設(shè)占空比在靜態(tài)工作點(diǎn)D附近存在一個(gè)低頻、小擾動(dòng)，即：擾動(dòng)量PWM脈沖序列的寬度被低頻正弦信號(hào)所調(diào)制。輸出電壓也被低頻調(diào)制，即輸出電壓含有三個(gè)分量：直流分量、低頻調(diào)制小信號(hào)分量和開關(guān)頻率分量。若擾動(dòng)量的幅值足夠小，則可用靜態(tài)工作點(diǎn)處的切線代替實(shí)際曲線，即：此時(shí)，有：

輸出電壓的低頻小信號(hào)分量與擾動(dòng)量成正比，說明具有了線性電路的特征。忽略紋波，研究小信號(hào)擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性，電力電子系統(tǒng)方可近似為線性系統(tǒng)。四、小信號(hào)線性模型的基本建立方法電力電子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析針對(duì)的是輸入/輸出電壓、輸入/輸出電流、占空比等變量中的低頻小信號(hào)分量。小信號(hào)模型是指低頻小信號(hào)分量作用下，電力電子變換器的等效模型。如何才能有效提取出各電量中的小信號(hào)分量？變量=直流分量+低頻小信號(hào)分量+開關(guān)頻率紋波分量=狀態(tài)平均值+開關(guān)頻率紋波分量第1步.求各變量的開關(guān)周期平均值，以濾除開關(guān)頻率紋波分量。第2步.分離擾動(dòng)，以濾除直流分量。1.基本思路2.狀態(tài)平均狀態(tài)平均值：狀態(tài)變量在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的平均值。狀態(tài)平均可以濾除信號(hào)中的開關(guān)頻率分量。低頻分量的頻率越小，則狀態(tài)平均值越接近于小信號(hào)分量+直流分量。電感電流電容電壓狀態(tài)2:

(t+dTs~t+Ts)3.直接建模法——解析法用直接建模法，建立CCM時(shí)Boost變換器的小信號(hào)模型。第1步.狀態(tài)平均狀態(tài)1:

(t~t+dTs)假設(shè)變換器的狀態(tài)變量（電容電壓和電感電流）的開關(guān)頻率紋波很小，忽略不計(jì)，則：假設(shè)擾動(dòng)頻率足夠低，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，平均值接近于直流分量，近似不變，則：瞬時(shí)值平均變量的狀態(tài)方程（或狀態(tài)平均方程）：Tips:狀態(tài)方程的簡(jiǎn)易求法第2步.分離擾動(dòng)各平均變量和控制量d都包含了直流分量和低頻小信號(hào)分量，為大信號(hào)模型。大信號(hào)模型若要得出低頻小信號(hào)模型，需要將直流分量和低頻小信號(hào)擾動(dòng)進(jìn)行分離。令：則狀態(tài)方程改寫為：等式兩邊的直流項(xiàng)相等，交流項(xiàng)也相等。因此：靜態(tài)工作點(diǎn)：交流小信號(hào)狀態(tài)方程為：小信號(hào)乘積項(xiàng)為非線性項(xiàng)，屬于二階微小量，將其從等式中去除，引起的誤差極小，且能將方程線性化。第3步.線性化小信號(hào)乘積項(xiàng)小信號(hào)解析模型建立DC/DC變換器的小信號(hào)模型的三步走：低頻假設(shè)小紋波假設(shè)小信號(hào)假設(shè)總結(jié)1、狀態(tài)平均；2、分離擾動(dòng)；3、線性化。建立小信號(hào)模型的前提3.利用小信號(hào)解析模型求取傳遞函數(shù)第1步.拉普拉斯變換設(shè)各狀態(tài)變量的初值為零小信號(hào)建模的目的：研究占空比、輸入電壓的低頻小擾動(dòng)對(duì)DC/DC變換器中的電壓、電流穩(wěn)定性的影響。第2步.根據(jù)S域狀態(tài)方程求取傳遞函數(shù)①輸入到輸出的傳遞函數(shù)②控制到輸出的傳遞函數(shù)④開環(huán)輸入阻抗③控制到電感電流的傳遞函數(shù)4.小信號(hào)電路模型①電感回路的小信號(hào)電路模型②電容回路的小信號(hào)電路模型③CCM時(shí)Boost變換器的小信號(hào)電路模型理想變壓器5.利用小信號(hào)電路模型求取傳遞函數(shù)①輸入到輸出的傳遞函數(shù)②控制到輸出的傳遞函數(shù)③開環(huán)輸入阻抗6.開關(guān)元件平均模型法開關(guān)元件線性定常電路電力電子系統(tǒng)的非線性源自于開關(guān)元件。若能將開關(guān)元件線性化，則可得出電力電子系統(tǒng)的線性化模型。用開關(guān)元件平均法，建立CCM時(shí)Boost變換器的小信號(hào)模型。第1步.求開關(guān)元件平均變量等效電路狀態(tài)2:

(t+dTs~t+Ts)狀態(tài)1:

(t~t+dTs)開關(guān)元件平均化，就是將其用狀態(tài)變量平均值控制的受控源來表示。電力電子系統(tǒng)中的其他元件為線性元件，因此平均化前后不發(fā)生任何變化。開關(guān)元件平均變量等效電路第2、3步.分離擾動(dòng)、線性化令：二階微小量交流小信號(hào)等效電路直流等效電路用開關(guān)元件平均模型法得到的CCM時(shí)Boost變換器的小信號(hào)等效電路，求取傳遞函數(shù)。①輸入到輸出的傳遞函數(shù)②控制到輸出的傳遞函數(shù)③開環(huán)輸入阻抗五、脈寬調(diào)制器的傳遞函數(shù)電力電子系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比來實(shí)現(xiàn)輸出控制。PWM調(diào)制器的作用：將補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)輸出的連續(xù)控制量調(diào)制為占空比可調(diào)的脈沖序列驅(qū)動(dòng)信號(hào)。如何求出下列各調(diào)制器的傳遞函數(shù)？六、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)電力電子系統(tǒng)中補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)一般都采用PI調(diào)節(jié)器。PI調(diào)節(jié)器有兩種模擬電路實(shí)現(xiàn)方法：必須用雙電源供電可以用單電源供電樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。2月-232月-23Thursday,February23,2023人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。14:31:3614:31:3614:312/23/20232:31:36PM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。2月-2314:31:3614:31Feb-2323-Feb-23加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。14:31:3614:31:3614:31Thursday,February23,2023安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。2月-232月-2314:31:3614:31:36February23,2023踏實(shí)肯干，努力奮斗。2023年2月23日2:31下午2月-232月-23追求至善憑技術(shù)開拓市場(chǎng)，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。23二月20232:31:36下午14:31:362月-23嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。二月232:31下午2月-2314:31February23,2023作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2023/2/2314:31:3614:31:3623February2023好的事情馬上就會(huì)到來，一切都是最好的安排。2:31:37下午2:31下午14:31:372月-23一馬當(dāng)先，全員舉績(jī)，梅開二度，業(yè)績(jī)保底。2月-232月-2314:3114:31:3714:31:37Feb-23牢記安全之責(zé)，善謀安全之策，力務(wù)安全之實(shí)。2023/2/2314:31:37Thursday,February23,2023相信相信得力量。2月-232023/2/2314:31:372月-23謝謝大家！每一次的加油，每一次的努力都是為了下一次更好的自己。2月-232月-23Thursday,February23,2023天生我材必有用，千金散盡還復(fù)來。14:31:3714:31:3714:312/23/20232:31:37PM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。2月-2314:31:3714:31Feb-2323-Feb-23得道多助失道寡助，掌控人心方位上。14:31:3714:31:3714:31Thursday,February23,2023安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。2月-232月-2314:31:3714:31:37February23,2023加強(qiáng)自身建設(shè)，增強(qiáng)個(gè)人的休養(yǎng)。2023年2月23日2:31下午2月-232月-23擴(kuò)展市場(chǎng)，開發(fā)未來，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在。23二月20232:31:37下午14:31:372月-23做專業(yè)的企業(yè)，做專業(yè)的事情，讓自己專業(yè)起來。二月232:31下午2月-2314:31February23,2023時(shí)間是人類發(fā)展的空間。2023/2/2314:31:3714:31:3723February2023科學(xué)，你是國力的靈魂；同時(shí)又是社會(huì)發(fā)展的標(biāo)志。2:31:37下午2:31下午14:31:372月-23每天都是美好的一天，新的一天開啟。2月-232月