数字控制的开关功率变换器的建模、稳定性分析及其应用研究

数字控制是开关功率变换器的一种新兴的控制方案，因简单可靠，且易实现各种先进控制算法等优点而得以广泛应用。由于受时间延迟、量化误差的影响，此类系统的切换非线性特性变得较为复杂。目前的研究大多限于各种控制策略的数字化实现，对于其非线性运行机理的理论分析及其应用研究，则鲜有文献报导。本项目旨在建立数字控制的开关功率变换器的切换非线性数学模型，发现其潜在的混沌、分岔等非线性现象，揭示系统的非线性运行机理，并进行稳定性分析，得出系统稳定和混沌态工作的参数空间；在此基础上从三个方面研究系统切换非线性的应用:(1)参数优化设计的方法；(2)数字化开关功率变换器稳定工作的切换线性控制算法及实现，并分析此算法在抑制电源EMI水平方面的性能；(3)数字化开关功率变换器的混沌调制方案，并分析该方案抑制电源EMI水平的机理及实现。这些工作对促进非线性系统和电力电子理论及实用技术的发展，具有重要意义及广阔应用前景。

数字控制技术具有简单可靠、易实现各种先进控制算法等优点，因而近年来数字控制技术取代传统模拟控制技术已成为开关变换器的一种发展趋势。但由于数字控制变换器系统是一类典型的模—数混合系统，除了变换器自身开关的非线性外，还受时间延迟、量化误差的影响，从而展现出较复杂的、无法解释的非线性动力学行为，使其稳定性和动态响应特性受到影响，进而限制了它们的进一步推广应用。本项目旨在建立这类系统的非线性数学模型，发现其潜在的混沌、分岔等非线性现象，揭示系统的非线性运行机理，并进行稳定性分析，得出系统稳定和混沌态工作的参数空间，以对实际数字控制的开关变换器系统的设计和电路参数选择提供参考。. 项目主要对数字电流模控制的Boost变换器和输入串联-输出并联的DC-DC变换器的建模与稳定性分析，基于DSP数字控制的大功率逆变器关键技术，以及高可靠大功率LED驱动电源的关键技术及其监控系统的设计与实现进行了较为深入的研究。所取得的主要成果有：（1）建立了数字电流模单环和双环控制的Boost变换器闭环系统的S域和离散Z域数学模型。基于所建立的数学模型，通过仿真分析，发现系统存在低频振荡、分岔及混沌等复杂非线性现象，并确定电路出现分岔、混沌等现象时的临界条件。（2）对输入串联、输出并联DC-DC变换器进行了深入的理论和仿真分析。通过对系统的建模和稳定性分析，探索了系统潜在的复杂非线性现象，并得出了系统稳定和非稳定工作的参数空间，这些结果对进一步优化电路的参数设计具有重要的参考价值。（3）针对DSP数字控制的大功率逆变器关键技术进行了深入研究：a. 设计并实现了一种基于PI调节的三相数字锁相环；b.完成了数字控制的UPS并机系统的并联均流控制与三相不平衡输出电压的抑制；c.研究并实现了三相UPS并机系统的同步控制，以及电源状态在线监测系统的设计。（4）基于LLC谐振软开关变换，完成了LED驱动电源的设计，和基于Zigbee技术的LED智能监控系统的设计。. 项目在开关变换器建模和稳定性分析方面所取得的研究成果，对揭示开关变换器的非线性运行机理，优化系统设计具有参考价值；实践方面，项目组与企业合作完成了UPS和LED驱动电源产品样机的开发，目前这两类电源产品已投入生产。