論文：基于李雅普諾夫穩(wěn)定性的電力電子拓?fù)淇刂?/h1>

論文：基于李雅普諾夫穩(wěn)定性的電力電子拓?fù)淇刂?br>（此論文圖片被略）

摘 要

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，人們在生產(chǎn)和生活中廣泛用到各種各樣的電源，這些電源分為兩種，即交流電源和直流電源。交流電可以通過變壓器高效地、方便地改變電壓，但是直流電源就沒那么容易，隨著上個(gè)世紀(jì)80年代后期，全控型電力電子器件的推廣應(yīng)用將直流電源的調(diào)壓技術(shù)帶入了新的天地。全控型電力電子器件在直流電源的運(yùn)用催生了直流斬波器的出現(xiàn)，即是直流-直流變換器(DC-DC變換器)的出現(xiàn)。
DC-DC變換器是一種強(qiáng)非線性系統(tǒng)，因此，常規(guī)的控制算法已經(jīng)無法得到滿意的效果，而控制的快速性又使得復(fù)雜的算法難以實(shí)現(xiàn)，所以，必須找尋一種簡 單的控制算法應(yīng)用在DC-DC變換器控制系統(tǒng)中。本文，我們將李雅普諾夫直接法作為這樣的簡單控制算法進(jìn)行研究�；跔顟B(tài)空間平均法對單管不隔離DC-DC變換器中三種變換器在電感電流連續(xù)導(dǎo)通（CCM)模式下建立數(shù)學(xué)模型，這三種DC-DC變換器為Cuk、Sepic和Zeta變換器。隨后，基于它們的數(shù)學(xué)模型，分別建立在CCM模式下李雅普諾夫直接法的控制模型。最后，運(yùn)用Matlab/Simulink仿真軟件對李雅普諾夫直接法的控制模型與傳統(tǒng)PI控制模型進(jìn)行仿真，根據(jù)兩個(gè)控制方式的仿真波形分析，李雅普諾夫直接法作為Cuk、Sepic和Zeta變換器系統(tǒng)的控制方法，變換器系統(tǒng)具有較強(qiáng)的動(dòng)靜態(tài)性能、魯棒性和抗擾動(dòng)性。將李雅普諾夫直接法運(yùn)用到DC-DC變換器拓?fù)淇刂浦惺强煽康摹?br>

關(guān)鍵詞 電力電子技術(shù)，李雅普諾夫直接法，DC-DC變換器，Matlab/Simulink仿真

ABSTRACT

With the development of power electronic technology, widely used in a variety of power in production and daily life, the power is divided into two types, namely, AC and DC power supply. Alternating current through transformer efficiently, conveniently to
……（新文秘網(wǎng)http://m.jey722.cn省略1509字，正式會員可完整閱讀）……　
ance, robustness and disturbance of strong. Will Lee Yap Andrianof direct method is applied to the DC-DC converter topology control is reliable.


Key words power electronic technology, Lee Yap Andrianof direct method, DC-DC converter, Matlab/Simulink simulation


目 錄

摘 要 I
ABSTRACT II

1 緒論 1
1.1 課題背景 1
1.2 DC-DC變換器的發(fā)展與應(yīng)用 1
1.3 DC-DC變換器的分類 2
1.4 DC-DC變換器的建模方法 2
1.5 DC-DC變換器的控制方法 3
1.6 論文的主要任務(wù)及章節(jié)結(jié)構(gòu)安排 4
2 DC-DC變換器的建模 6
2.1 狀態(tài)空間平均法簡介 6
2.1.1狀態(tài)空間平均法概要 6
2.1.2 狀態(tài)空間平均法的建模的條件 6
2.1.3 運(yùn)用狀態(tài)空間平均法的步驟 6
2.2 Cuk變換器的建模 8
2.2.1 cuk變換器簡介 8
2.2.2 CCM模式下Cuk變換器的建模 9
2.3 Sepic變換器的建模 10
2.3.1 Sepic變換器簡介 10
2.3.2 CCM模式下Sepic變換器的建模 11
2.4 Zeta變換器的建模 12
2.4.1 Zeta變換器簡介 12
2.4.2 CCM模式下Zeta變換器的建模 13
2.5 小結(jié) 14
3 李雅普諾夫穩(wěn)定性分析 15
3.1 李雅普諾夫意義下的穩(wěn)定性 15
3.2李雅普諾夫穩(wěn)定性判據(jù) 16
3.3 小結(jié) 17
4 DC-DC變換器的Lyapunov直接法建模與仿真 18
4.1 Matlab/Simulink簡介 18

4.1.1 Matlab概述 18
4.1.2 Simulink概述 19
4.2 Cuk變換器的Lyapunov直接法建模與仿真 19
4.2.1 CCM模式下Cuk變換器的Lyapunov直接法建模 19
4.2.2 數(shù)值仿真驗(yàn)證 21
4.3 Sepic變換器的Lyapunov直接法建模與仿真 25
4.3.1 CCM模式下Sepic變換器的Lyapunov直接法建模 25
4.3.2 數(shù)值仿真驗(yàn)證 26
4.4 Zeta變換器的Lyapunov直接法建模與仿真 30
4.4.1 CCM模式下Zeta變換器的Lyapunov直接法建模 30
4.4.2 數(shù)值仿真驗(yàn)證 32
4.5 小結(jié) 36
結(jié) 論 37
參考文獻(xiàn) 38
致 謝 39








1 緒論

1.1 課題背景
隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，其應(yīng)用范圍越來越廣泛，它不僅廣泛應(yīng)用于通運(yùn)輸、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、新能源系統(tǒng)，還在照明、空調(diào)等家用電器及其他領(lǐng)域中也有廣泛的使用。社會各行各業(yè)的快速發(fā)展，使得電力電子技術(shù)必須要更大的突破，以適應(yīng)社會發(fā)展對技術(shù)的高性能要求。通常的電力有直流和交流兩種，它們的應(yīng)用現(xiàn)在往往不是單獨(dú)使用，而是相互交叉，若公眾想得到交流電力，那只能從公用電網(wǎng)直接得到；想得到直流電力，那只能從蓄電池和干電池得到。這樣單一的電力來源不能直接滿足公眾對電力的要求，電力變換器的出現(xiàn)解決了這個(gè)問題。電力變換器分為四種，即AC-DC、DC-AC、DC-DC和AC-AC。本文以DC-DC變換器為研究對象。

DC-DC變換器是一種強(qiáng)非線性系統(tǒng)，系統(tǒng)的正常工作必須要有穩(wěn)定的電流輸入和穩(wěn)定的電壓輸出，在這樣的條件下，傳統(tǒng)的系統(tǒng)控制算法已經(jīng)無法取得滿意的效果，而控制的快速性使得復(fù)雜的算法又無法實(shí)現(xiàn)。基于小信號的線性化模型難以真實(shí)地反映系統(tǒng)的物理特性，很難再進(jìn)一步提高系統(tǒng)的各種性能，僅僅從線性近似化和確定化運(yùn)動(dòng)的角度分析DC-DC變換器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以必須尋求一種簡單可靠的非線性控制技術(shù)控制DC-DC變換器已成為當(dāng)務(wù)之急。
本文旨在尋求一種有效的非線性控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)DC-DC變換器的高效能變換，進(jìn)一步促進(jìn)非線性控制技術(shù)與DC-DC變換器的發(fā)展。


1.2DC-DC變換器的發(fā)展與應(yīng)用
人們在生產(chǎn)和生活中需要用到各種各樣的電源，而且要求電源電壓根據(jù)不同的場合和不同的設(shè)備可以調(diào)節(jié)。交流電可以用變壓器實(shí)現(xiàn)高效與方便地改變電壓；而直流電在改變電壓卻非常的困難，特別在大功率電路中。直流電路如何高效、方便地調(diào)壓的問題一直持續(xù)了幾十年一直無法解決。直到20世紀(jì)80年代后期，全控型電力電子器件的推廣運(yùn)用，給直流調(diào)壓技術(shù)開辟了嶄新的時(shí)代。
DC-DC變換器是將直流電源的恒定直流電壓，通過電力電子器件的開關(guān)作用，變換為可調(diào)直流電壓的裝置，DC-DC變換器又稱直流斬波電路，它具有效率高、體積小、重量輕、成本低的優(yōu)點(diǎn)�，F(xiàn)在廣泛應(yīng)用于直流牽引變速拖動(dòng)中，如由直流電網(wǎng)供電的電氣化鐵路、地鐵車輛、城市無軌電車和蓄電池供電的電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車等；DC-DC變換器還廣泛應(yīng)用于可調(diào)直流開關(guān)電源和電池供電的設(shè)備中，如通信電源、筆記本電腦、計(jì)算機(jī)主板、遠(yuǎn)程控制器和手機(jī)等。
在早期的DC-DC變換器采用晶閘管作為開關(guān)器件，稱為晶閘管DC-DC變換器。由于普通的晶閘管沒有自關(guān)斷能力，所以，如何使已經(jīng)導(dǎo)通的晶閘管可靠關(guān)斷，是晶閘管DC-DC變換器能否正常工作的關(guān)鍵。因此在普通的晶閘管DC-DC變換器中，必須設(shè)置強(qiáng)迫換流關(guān)斷電路，這樣增加了復(fù)雜程度，影響了DC-DC變換器的性能。
和早期的DC-DC變換器相比，現(xiàn)在的DC-DC變換器采用了全控型電力電子器件，省去了換流關(guān)斷電路，提高了變換器的頻率。提高頻率可以減少低頻諧波分量，降低對濾波元器件的要求，減少了體積和重量。隨著電力電子新器件的不斷發(fā)展，DC-DC變換器將廣泛運(yùn)用于工業(yè)和家庭生活中去。


1.3DC-DC變換器的分類
DC-DC變換器在電力電子技術(shù)中扮演的角色越來越重要，它發(fā)展出來的種類也越來越多。按DC-DC變換器中輸入與輸出有無電氣隔離，分為不隔離和隔離兩類。不隔離的DC-DC變換器又按它所用功率開關(guān)的個(gè)數(shù)，分為單管、雙管和四管三類。單管不隔離DC-DC變換器又分為降壓式（Buck）、升壓式（Boost）、升降壓（Buck-Boost）、庫克（Cuk）、瑞泰（Zeta）和賽皮克（Sepic）變換器六種。雙管DC-DC變換器雙管串接的升降壓式（Buck-Boost）變換器。四管DC-DC變換器有橋式變換器，它是最常用的。
有隔離的DC-DC變換器中，單管、雙管、四管DC-DC變換器按所用功率開關(guān)數(shù)量分，單管DC-DC變換器分為正激式和反激式兩種，雙管DC-DC變換器分為雙管正激、雙管反激、推挽和半橋四種，四管DC-DC變換器只有全橋變換器一種。
本文旨在研究單管不隔離DC-DC變換器，又可以六中DC-DC變換器歸為三類，即升壓式DC-DC變換器、降壓式DC-DC變換器和升降壓式DC-DC變換器，而庫克（Cuk）、瑞泰（Zeta）和賽皮克（Sepic）三種變換器由于它們特殊的性質(zhì)可以將它們歸入升降壓式DC-DC變換器一類中，這個(gè)將在第2章的DC-DC變換器建模中得到說明。


1.4DC-DC變換器的建模方法
在DC-DC開關(guān)變換器的各種建模方法中，比較常用的是狀態(tài)空間平均法，小信號建模法，大信號建模法，電路平均法。其中，狀態(tài)空間平均法是從DC-DC開關(guān)變換器工作的各個(gè)子拓?fù)涞臓顟B(tài)方程出發(fā)，通過對時(shí)間進(jìn)行加權(quán)平均處理而得到一個(gè)關(guān)于原電路統(tǒng)一的狀態(tài)方程，再經(jīng)小信號擾動(dòng)和線性化處理，得到一個(gè)統(tǒng)一的等效電路模型。然而該模型與原電路拓?fù)湎嗳ド踹h(yuǎn)，不易理解，且連續(xù)和斷續(xù)導(dǎo)通兩種模式的等效電 ……（未完，全文共23567字，當(dāng)前僅顯示4239字，請閱讀下面提示信息。收藏《論文：基于李雅普諾夫穩(wěn)定性的電力電子拓?fù)淇刂啤?/FONT>）