范例-开题报告

第4页共5页武汉工程大学电气信息学院毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）题目Boost变换器混杂切换系统的设计与仿真学生姓名李淑玲学号1004150214专业（方向）自动化（电气工程及其自动化方向）班级02班指导教师姓名李自成职称副教授课题背景随着科学技术的不断进步与发展，越来越多的便携式电子产品如手机、笔记本电脑、摄录像机等逐渐普及，为人们的日常工作和生活带来很多便利。由于这些产品均朝向无线化、便携式方向发展，其关键性组件电源也朝着轻、薄、小的目标迈进，因此对于体积小、重量轻、能量密度高的电池需求相当迫切。为了不增加电池的数量，同时满足便携式电子产品的高输入电压的要求，BoostDC-DC开关变换器拓扑成为最基本的选择，所以对Boost变换器电路的研究成为了当前的一个热点。Boost变换器是DC-DC变换器中一种重要的升压型变换器，主要用于对直流电源进行调节，以及直流电动机的再生制动。那么何为DC/DC变换呢？将一种幅值固定或变化的直流电压变换成幅值可调或恒定的另一个电压等级的直流电压称为DC/DC变换，也称为直流斩波[1]。BoostDC-DC变换器，顾名思义，它的输出电压总是高于它的输入电压。传统的控制方法对Boost变换器电路中的功率开关进行PWM控制，实现对电压和电流的调节，而正是由于功率开关的存在，Boost变换器同时包含连续状态变量和离散开关变量,传统的经典控制理论方法已经无法直接应用到Boost变换器中,这就要求寻找到新的方法对该系统进行建模、设计和仿真。Boost变换器的建模是Boost变换器各项研究的基础,因此建立合适的模型是其分析设计的关键环节。基于状态空间平均[2~3]或电路平均的小信号法[4]作为电力电子电路拓扑的主要建模与分析方法，具有简单易用的特点，便于稳定性分析以及控制器的设计。但由于小信号在模型的分析设计控制器上有较大的局限性,它忽略了系统中的高次项,只是在宏观上对变换器的性能进行了分析,而且在系统面对大信号扰动(如负载突变、外界干扰等)、设计具有高性能的控制器时也很难发挥作用。因此，Boost变换器的控制研究要想得到一定的突破,需要基础控制理论研究的支撑。近年来,随着控制理论的迅速发展,我们对控制系统的认识由线性系统、非线性系统上升到混杂系统(hybridsystem)。所谓混杂系统，指的是由连续时间动态系统和离散事件动态系统相互混杂、相互作用而形成的统一动态系统[5]。与传统的连续变量动态系统或离散事件动态系统相比，混杂系统具有以下特点[6]：①系统内部存在两种性质不同的变量：一种是连续时间，另一种则是离散事件变量；②系统运动由离散事件与连续时间共同作用进行；③当连续状态量穿过阈值时触发相应的离散事件。Boost变换器具有上面描述的特点，本质上是一种混杂系统，同时其既可以工作在连续（CCM）方式也可以工作在离散（DCM）方式，当开关开通或关断时，系统为连续控制系统，而当功率开关由开通切换到关断或由关断切换到导通时，系统又为离散控制系统。近些年，随着混杂系统理论研究的深入，越来越多的学者尝试将混杂系统理论应用于DC-DC开关变换器的建模和控制。目前，混杂动态系统的理论研究内容主要包括以下几个方面：混杂动态系统的模型研究、混杂动态系统的分析与综合以及混杂动态系统的优化控制[7]。由于混杂系统模型是根据系统所研究的对象来建立的,现在还不存在统一的混杂系统模型及建模方法,所以只能在具体系统上进行具体分析。当前,已公开发表的混杂模型多达数十种[8~9]，而一些典型模型如:递阶模型[10]、自动机与变迁系统模型[11]、Petri网模型[12]、动态系统模型[13]等在具体的混杂系统中得到广泛应用。混杂动态系统分析中包括一般系统分析问题如:稳定性和镇定分析、能控与能观分析[14]、可达性分析等内容[15]和建模的状态空间分区[10]等内容。在混杂系统中,稳定性概念必须同时包含连续和离散两个指标。稳定性理论应用到混杂系统中的处理方法很多,主要包括:公共Lyapunov函数法、类Lyapunov函数法[16]、多Lyapunov函数法[17]、线性矩阵不等式法[18]、不变集方法[19]和切换序列法[20]等。在这些处理方法中,大部分只能适用于某一类混杂系统。综合DC-DC变换器和混杂系统理论的发展趋势,运用混杂系统理论研究BoostDC-DC变换器,能使建立的模型更加精确,有利于系统控制的研究。运用混杂系统理论研究Boost变换器,还能为解决Boost变换器模型不精确和稳定性分析问题探索新的途径。本文在了解Boost变换器工作原理的基础上，进行了Boost变换器混杂切换系统的设计与仿真。主要内容如下：阐述本课题的研究意义及背景，介绍本课题的主要工作内容。针对实际的Boost变换器电路，分别在其两种工作模式（DCM和CCM）下分析电路工作状态，根据基尔霍夫定理列出各种电压电流方程，选取合适的电路参数作为系统变量，得到系统状态方程（一阶微分方程）。建立Boost变换器混杂切换系统模型，根据其工作模式（DCM和CCM）详细描述连续状态及连续状态之间的切换，切换条件等。以第三章建立的理想状态下DC-DC变换器混杂系统模型为基础，构造李雅谱诺夫能量函数，利用李雅谱诺夫法分析系统的稳定性，推导出系统稳定的条件。根据稳定条件得到系统的控制律，并采用电压闭环控制方法实现对变换器输出电压的有效控制。给出闭环控制开关变换器系统的详细设计，分析其基本组成及原理。利用matlab/simulink对第五章的方法进行仿真，完成实验电路设计和制作，并对整个系统进行测试和分析，得到稳定的输出电压。总结本课题的研究工作，讨论研究中存在的不足，并对Boost变换器今后控制问题的研究方向进行展望。参考文献：[1]程汉湘，武小梅.电力电子技术（第二版）[M].北京：科学出版社，2010.3.[2]MiddlebrookRD，CukS．Ageneralunifiedapproachtomodelingswitchingpowerconverterstages[J].InternationalJournalofElectronics，1977，42（6）：521-550．[3]MiddlebrookRD．Small-signalmodelingofpulse-widthmodulatedswitched-modepowerconverters[J].ProceedingsoftheIEEE，1988，76（4）：343-354．[4]RWErickson.FundamentalsofPowerElectronics[M].NewYork：ChapmanandHall，1997.[5]LennartsonB，TittusM，EgardtB，etal．Hybridsystemsinprocesscontrol[J]．IEEEControlSystemsMagazine，1996，16(5)：45-56．[6]赵洪山，米增强，牛东晓，等．利用混杂系统理论进行电力系统建模的研究[J].中国电机工程学报，2003，23(1)：20-25．[7]马红波，冯全源，郭进.升压型DC—DC开关变换器的混杂建模与控制研究[J].铁道学报，2010，,32(4):51.[8]LabinazG,BayoumiMM,RudieK.Modelingandcontrolofhybridsystems:asurvey.Proceedingsofthe13thIFACWorldCongress,1996,293-304.[9]郑大钟,赵千力.离散事件动态系统.北京:清华大学出版社,2001.[10]Antsaklis 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利用matlab/simulink对上述方法进行仿真，仿真中用到的电路实际参数：输入电压24V，输出电压30V，负载电阻20欧姆，在系统运行到10ms时负载突变为80欧姆。同时，要求在输入电压在正负5V变化的情况下要求下能够实现输出电压稳定输出后期总结工作：总结本课题的研究工作，讨论研究中存在的不足，并对Boost变换器今后控制问题的研究方向进行展望。完成毕业设计论文，进行答辩。三、毕业设计（论文）预期成果及创新本课题进行了以下方面的