【《Buck变换器混沌抑制仿真分析案例》2300字】

Buck变换器混沌抑制仿真分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u9719Buck变换器混沌抑制仿真分析案例 14551.1开环仿真模型搭建 114861.2闭环仿真模型搭建以及混沌现象分析 22581.3Buck变换器混沌抑制 4开环仿真模型搭建在Matlab/Simulink中所搭建得Buck变换器开环仿真模型如图3.1所示，其中，Pulse模块用于产生脉冲宽度固定为29.4%的方波信号，用于控制功率器件的开通与关断，仿真步长设置为1e-9s，相图模块采样时间为1e-6s，横坐标为电容电压，器最大最小值为0和200，纵坐标为电感电流，其最大最小值为-10和100。输入电压设置为375V，输出电压为110V，储能电感值为0.2mH，滤波电容值为10微法，低压侧负载电阻阻值为5.5Ω，开环仿真模型相关参数如表3.1所示。开环状态下运行时输出电压的仿真结果如图3.2所示，可以看到，在第三个仿真周期时输出电压已基本处于稳定状态，为单周期稳定态。其相图如图3.3所示。图3.1Buck变换器开环仿真模型表3.1开环仿真模型相关参数参数值参数值脉冲宽度29.4%（固定）输出电压110V仿真步长1e-9s储能电感值0.2mH相图模块采样时间1e-6s滤波电容值10uF输入电压375V负载电阻5.5Ω图3.2开环运行输出电压波形图3.3开环运行电压电流相量图闭环仿真模型搭建以及混沌现象分析由于变换器的输出电压在输入电压发生波动或者负载产生变化时容易被扰动而偏离想要的电压值，同时简化电路设计的复杂性，选择电压单闭环型控制ADDINNE.Ref.{AE442D92-28D7-4DB9-8ABD-32479B084E98}[24]，电压型PWM的闭环控制原理框图如图3.4所示，误差放大器的反相输入端连接输出电压实测的反馈值，同相输入端连接想要的基准电压Vref。误差放大器将两者的差值进行适当的放大，产生输出误差电压Vc，加至比较器的同相输入端，然后反相输入端可为频率不变的锯齿波或者三角波信号Vsaw，最后经比较器后输出PWM脉冲信号Vp。图3.4电压型PWM控制原理框图图3.5PWM信号调制原理示意图PWM控制脉冲信号Vp的调制原理示意图如图3.5所示，其调制方式为单缘调制中的后缘调制，在每一个完整的开关周期内，在前半周期刚刚到来的时刻，脉冲信号Vp为低电平，功率管关断；当调制波Vsaw的值小于反相输入端误差电压Vc时，脉冲信号Vp立刻变为高电平，功率管导通。在后半周期刚刚到来的时刻，脉冲信号Vp为高电平，功率管导通；当Vsaw大于Vc时，脉冲信号Vp又变为低电平，功率管关断。信号Vp的脉冲宽度随着Vc的改变而发生改变，从而完成PWM控制。搭建闭环控制仿真模型如图3.6所示，电压表VoltageMeasurement的输出值为Buck变换器输出侧电压的实测值，将其与给定电压110V做比较，误差值作为PI控制器的输入量，PI控制器的Kp为5，Ki为10，其输出经过限幅后与锯齿波进行比较，得到PWM信号后输出到功率管的触发端。图3.6Buck变换器闭环控制Simulink仿真模型图3.7混沌状态输出电压波形图图3.8混沌状态电压电流相量图当输入电压Vin=375V，开关频率f=10kHz，PI控制器Kp=5，Ki=10，储能电感L=0.2mF，滤波电容C=10uF，负载电阻R=5.5，PI控制器输出上限为0.95，下限为0.05，powergui模块为1e-9s，仿真时长为0.003s时，输出电压波形如图3.7所示。可以看到，输出电压一直处于波动状态，且不呈现任何规律，处于混沌状态，其相图如图3.8所示，一直处于无规则运动状态。Buck变换器混沌抑制当输入电压Vin=375V，开关频率f=10kHz，PI控制器Kp=5，Ki=10，储能电感L=0.2mF，滤波电容C=10uF，负载电阻R=5.5，PI控制器输出上限为0.4，下限为0.2，powergui模块为1e-9s，仿真时长为0.003s时，输出电压波形如图3.9所示。可以看到，输出电压在第6个开关周期基本趋于稳定，为双周期稳态，即每两个开关周期为一个输出电压波动周期。电容电压与电感电流的相量图如图10所示，在经过一段时间的运动后趋于规律运动。图3.9双周期稳态输出电压波形图图3.10双周期稳态电压电流相量图图3.11三周期稳态输出电压波形图图3.12三周期稳态电压电流相量图当输入电压Vin=375V，开关频率f=10kHz，PI控制器Kp=5，Ki=10，储能电感L=0.2mF，滤波电容C=10uF，负载电阻R=5.5，PI控制器输出上限为0.85，下限为0.1，powergui模块为1e-9s，仿真时长为0.003s时，输出电压波形如图3.11所示。可以看到，输出电压在第7个开关周期基本趋于稳定，为三周期稳态，即每三个开关周期为一个输出电压波动周期。电容电压与电感电流的相量图如图3.12所示，在经过一段时间的运动后趋于规律运动。当输入电压Vin=375V，开关频率f=10kHz，PI控制器Kp=5，Ki=10，储能电感L=1mF，滤波电容C=5uF，负载电阻R=5.5，PI控制器输出上限为0.4，下限为0.2，powergui模块为1e-9s，仿真时长为0.003s时，输出电压波形如图3.13所示。可以看到，输出电压在第6个开关周期基本趋于稳定，为单周期稳态，即每一个开关周期为一个输出电压波动周期。电容电压与电感电流的相量图如图3.14所示，在经过一段时间的运动后趋于规律运动。图3.13单周期稳态输出电压波形图图3.14单周期稳态电压电流相量图图3.15输出电压波形图3.16电容电压电感电流相量图当输入电压Vin=375V，开关频率f=10kHz，PI控制器Kp=5，Ki=10，储能电感L=1mF，滤波电容C=10uF，负载电阻R=5.5，PI控制器输出上限为0.4，下限为0.2，powergui模块为1e-9s，仿真时长为0.003s时，输出电压波形如图3.15所示。可以看到，输出电压在第6个开关周期基本趋于稳定，为单周期稳态，即每一个开关周期为一个输出电压波动周期，同时，输出电压的纹波也相对较小。电容电压与电感电流的相量图如图3.16所示，在经过一段时间的运动后趋于规律运动。通过仿真结果可以看出，引起Buck变换器出现混沌现象的因素主要有储能电感L的取值，滤波电容C的取值以及PI控制器的参数设置，当陷入混沌状态时，输出电压波动无规律，电容电压和电感电流的相量图无法稳定到一个规律运动状态，严重影响变换器输出电压的质量，对负载很不利。通过改变L、C及PI控制器输出侧限幅，可以将Buck变换器的输出电压控制为一个单周期稳态，纹波较小的高质量直流电压，实现混沌控制。图3.17Buck变换器混沌控制仿真模型为验证上诉混沌控制在负载变动时的有效性，在Matlab/Simulink仿真模型中通过并联电阻来模拟负载变动，如图3.17所示，理想开关在0.0015s的时候闭合，一个10Ω的电阻并联在原来5.5Ω电阻两侧，输出电压波形如图3.18