Buck-Boost变换器状态空间平均模型建模

1、实验一 ：Buck-Boost变换器状态空间平均模型建模（一）实验目的1. 生握Mat lab的程序编程2. 掌握电力电子变换器的状态空间平均建模（二）实验原理i升降床斩波电路原理图1 升降压侨波电路原理图该电路的基本工作原理：当可控开矢v处于通态时，电源E经V向电感L供电使 其储存能量，此时电流为同时，电容C维持输出电床基本恒定并向负载R供电。此后， 使V矢断，电感L储存的能量向负载释放，电流为当V处于通态期间，血=E；而当 V处于断态期间，UL =血于是5 Eton = Uotoff ,所以输出电压为toffa由EI二皿2,得出输出电流为z ,1 clh = Aa2 状态空间平均法的原理状

2、态空间平均法是平均法的一阶近似，其实质为：根据线性RLC元件、独 立电源和周期性开矢组成的原始网络，以电容电压、电感电流为状态变量，按照 功率 开矢器件的“ON和“OFF”两种状态，利用时间平均技术，得到一个周期内平均状态变 量，将一个非线性电路转变为一个等效的线性电路，建立状态空间半均模型。对于不考虑寄生参数的理想PWM变换器，在连续工作模式(CCM)下一个开矢周 期有两个开矢状态相对应的状态方程为：/ =仙 + OWtWdT/ =曲 4- Vi, dTWtWT式中d为功率开矢管导通占空比，d=tn/T,r”为导通时间，T为开尖周期；X二凶弘/X是状态变量，士是状态变量的导数，匕是电感电流,

3、UC是电容电圧，E是 开矢变换器的输入电斥：AiAB点是系数矩阵,与电路的结构参数有尖。对上式进行平均得到状态平均方程为x = Ax +Bv,A二d%+(卜金,B=dBi+(l-d)B2,这就是著名的状态空间平均法。可此式可见，时变电 路变成了非时变电路，若d为常数，则这个方程描述的系统是线性系统，所以状态空 间平均法的贡献是把一个开矢电路用一个线性电路來替代。(三) 实验内容(1) 建立Buck-Boost变换器在连续导通模式(CCM)下的状态方程。(2) 将Buck-Boost变换器的状态空间平均模型以函数的形式建立在m文件中。(3) 测试Buck-Boost变换器在不同占空比(D二0.6

4、, 0.7, 0.8)下的电容电压 波形及电感 电流波形。(四) 实验过程与结果分析1 仿真系统Mat 1 ab平台2-仿真参数R=20Q , L=uH, C=470uF, E 二 50V, D 分别等于 0. 6, 0. 7, 0. 8 3 仿真波形与分析(1)对升降压斩波电路建立状态空间方程当V矢断时,C + = 0dtRRCdiL *OdtC警+l=t 1dtRC所以得到系数矩阵分别为：01/LT/C00o-l/(R *A1= C).文件中,(2)将Buck-Boost变换器的状态空间平均模型以函数的形式建立在 代码如下：function dX=buck_boost (t, X)dX-z

5、eros (2, 1);R=20； L二200*l(F6;C=470*10*6； E二50;% T二0. 0004；Al=0 0;0l/(R*C);A2=0 1/L;-1/C -1/(R*C);Bl=l/L;0;B2=0;0;Dl=0.7;D2=l DI;A 二 D1*A1+D2*A2;B 二 D1*B1+D2*B2;Y二A*X+B*E; dX(l)=Y(l);(3)对Buck-Boost变换器在不同占空比(D二0.6,0.7, 08)下的电容电压波 形及电感电 流波形进行仿真当D二0.6时，调用函数的代码如下：opt ions 二 ode set ( RelTol* , le4);T, Y

6、=ode23(buck_boost, 0 0. 2, 0 0, options):plot (T, Y)legend ( IL, UC)；xlabel (9 时间 J；ylabel C电压/电流)：运行结果如下：1501005050-wo yr-15011111111100.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2时M图2当D二0.7时，调用函数的代码如下：opt ions=odeset (* RelTol, le-4);T, Y =ode23(0buck_boost, 0 0. 2, 0 0, options);plot (T, Y) legend (f IL

7、，1 UC)；xlabel （*时间）ylabel （电压/电流）:运行结果如下:150200.250q0.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2时fo005000200150100图3当D二0.8时，调用函数的代码如下：opt ions 二 odeset ( RelToF, le4);T, Y =ode23(buck_boost, 0 0. 2, 0 0, options): plot (T, Y)legend ( IL,1 UC)；xlabel (时间);ylabel C电压/电流J ；运行结果如下:300200 -1000 -100 -200 -300 -400111111111100.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2时间4 结论由上述仿真结果可知，电感电流g和电容电丿划C分别经过一段时间的振荡后趋 于