電力電子變換器的滑?？刂萍夹g與實現(xiàn)

內(nèi)容概要

本書首先介紹了滑?？刂频幕驹恚？刂圃陔娏﹄娮幼儞Q器中的研究現(xiàn)狀做了綜述。隨后的內(nèi)容分為3部分：基于滯環(huán)調制的滑?？刂啤WM滑?？刂?、帶電流控制滑動流形的滑?？刂频刃滦突？刂?。對于每種控制器，本書中均給出了詳細的分析和設計過程，并用模擬電路實現(xiàn)，具有較強的實用價值。本書適合電氣工程、電子工程和自動控制專業(yè)的研究生和學者閱讀，還可以作為開關電源設計人員的參考書籍。

書籍目錄

第1章滑模控制基礎()
1?1簡介()
1?2基本理論()
1?3滑模運動的性質()
1?3?1理想控制()
1?3?2實際限制因素和抖振()
1?3?3恒動態(tài)()
1?3?4準滑?？刂?)
1?4數(shù)學描述()
1?4?1到達條件()
1?4?2存在條件()
1?4?3穩(wěn)定性條件()
1?4?4具有線性滑動流形的系統(tǒng)()
1?4?5具有非線性滑動流形的系統(tǒng)()
1?5等效控制()
1?6各種實現(xiàn)方法()
1?6?1繼電器和正負號函數(shù)()
1?6?2滯環(huán)函數(shù)()
1?6?3等效控制函數(shù)()
第2章電力電子變換器及其控制綜述()
2?1介紹()
2?2基本DC-DC變換器()
2?3DC-DC變換器的工作模式()
2?4控制概述()
2?5影響控制性能的因素()
2?5?1開關頻率()
2?5?2儲能元件()
2?5?3控制增益()
2?6通用控制技術()
2?6?1滯環(huán)控制器()
2?6?2脈沖寬度調制控制器()
2?6?3設計方法()
2?6?4小信號模型和補償存在的問題()
2?7各種新型控制方法()
2?7?1自適應控制()
2?7?2模糊邏輯控制()
2?7?3人工神經(jīng)網(wǎng)絡控制()
2?7?4單周控制()
2?7?5滑模控制()
第3章電力電子變換器的滑?？刂?)
3?1介紹()
3?2文獻綜述()
3?2?1早期文獻()
3?2?2高階變換器()
3?2?3并聯(lián)變換器()
3?2?4理論性文獻()
3?2?5應用性文獻()
3?2?6定頻滑模控制器()
3?2?7附注()
3?3滑?？刂圃贒C-DC變換器中應用的特性()
3?3?1滑模控制實現(xiàn)的一般性原理()
3?3?2電力電子變換器的恒動態(tài)()
3?3?3電力電子變換器的準滑?？刂?)
3?3?4基于滯環(huán)調制的常規(guī)實現(xiàn)方法()
3?4電力電子變換器中的定頻滑?？刂破?)
3?4?1基于脈沖寬度調制的滑?？刂破?)
3?4?2占空比控制()
3?5幾條設計準則()
3?6模擬實現(xiàn)方法的實際問題()
第4章基于滯環(huán)調制的滑模控制器()
4?1介紹()
4?2理論推導()
4?2?1降壓變換器的數(shù)學模型()
4?2?2理想滑模電壓控制器的設計()
4?2?3實際滑模電壓控制器的設計()
4?3標準設計過程()
4?3?1標準SMVC變換器模型()
4?3?2設計步驟()
4?4實驗結果()
4?4?1設計方程的驗證()
4?4?2穩(wěn)態(tài)性能()
4?4?3負載變化()
4?4?4輸入電壓變化()
4?4?5α變化()
4?4?6ESR變化()
4?5進一步討論()
4?5?1優(yōu)點()
4?5?2缺點()
4?5?3可行的解決方法()
第5章基于滯環(huán)調制的自適應滑?？刂破?)
5?1介紹()
5?2常規(guī)滯環(huán)滑?？刂破鞯姆治?)
5?2?1數(shù)學模型()
5?2?2存在的問題()
5?2?3可行的解決方法()
5?3自適應前饋控制策略()
5?3?1理論()
5?3?2實現(xiàn)方法()
5?4自適應反饋控制策略()
5?4?1理論()
5?4?2實現(xiàn)方法()
5?5實驗結果與討論()
5?5?1輸入電壓變化()
5?5?2負載變化()
附注()
第6章連續(xù)導電模式電力電子變換器PWM滑模控制器的一般設計方法()
6?1介紹()
6?2研究背景()
6?3設計方法()
6?3?1系統(tǒng)建模()
6?3?2控制器設計()
6?3?3附注()
6?4仿真結果與討論()
6?4?1降壓變換器()
6?4?2升壓變換器()
6?4?3升降壓變換器()
第7章斷續(xù)導電模式電力電子變換器PWM滑?？刂破鞯囊话阍O計方法()
7?1介紹()
7?2DCM變換器的狀態(tài)空間模型()
7?3設計方法()
7?3?1系統(tǒng)建模()
7?3?2控制器設計()
7?4仿真結果與討論()
7?4?1降壓變換器()
7?4?2升壓變換器()
7?4?3升降壓變換器()
7?5DCM滑?？刂频钠渌麘茫夯旌想p工作模式控制器()
7?5?1背景知識()
7?5?2控制器結構()
7?5?3仿真結果與討論()
第8章電力電子變換器PWM滑模控制器的設計和實現(xiàn)()
8?1介紹()
8?2降壓變換器的PWM滑模電壓控制器()
8?2?1數(shù)學模型()
8?2?2考慮設計參數(shù)后的存在條件()
8?2?3選擇滑動系數(shù)()
8?2?4控制器的實現(xiàn)()
8?2?5結果與討論()
8?3升壓變換器的PWM滑模電壓控制器()
8?3?1數(shù)學模型()
8?3?2控制器的實現(xiàn)()
8?3?3實驗樣機()
8?3?4實驗結果與討論()
第9章帶電流控制滑動流形的滑?？刂?)
9?1介紹()
9?2升壓型變換器使用電流模式控制的必要性()
9?3滑模電流控制器()
9?3?1產(chǎn)生合適的參考電流()
9?3?2滑動面()
9?3?3控制器/變換器系統(tǒng)的動態(tài)模型及其等效控制()
9?3?4控制器的結構()
9?3?5存在條件()
9?3?6穩(wěn)定性條件()
9?3?7選擇滑動系數(shù)的經(jīng)驗方法()
9?3?8附注()
9?4結果與討論()
9?4?1調節(jié)性能()
9?4?2動態(tài)性能()
第10章高階變換器帶減狀態(tài)滑動流形的滑模控制()
10?1介紹()
10?2Cuk變換器的常規(guī)滑?？刂破?)
10?2?1Cuk變換器的狀態(tài)空間模型()
10?2?2全狀態(tài)滑?？刂破?)
10?2?3減狀態(tài)滑?？刂破?)
10?3定頻減狀態(tài)滑模電流控制器()
10?3?1滑動面()
10?3?2控制器/變換器系統(tǒng)的動態(tài)模型及其等效控制()
10?3?3控制器結構()
10?3?4存在條件()
10?3?5穩(wěn)定性條件()
10?3?6選擇滑動系數(shù)()
10?3?7補充說明()
10?4結果與討論()
10?4?1穩(wěn)態(tài)性能()
10?4?2動態(tài)性能()
第11章帶二重積分滑動面的間接滑模控制()
11?1介紹()
11?2發(fā)現(xiàn)問題()
11?2?1滯環(huán)調制滑?？刂破?)
11?2?2間接滑?？刂破?)
11?2?3間接ISM控制變換器存在穩(wěn)態(tài)誤差的解析()
11?3可行的解決方法()
11?4二重積分滑動面在PWM型間接滑模控制器中的應用()
11?4?1二重積分滑?？刂破?)
11?4?2PWM形式DISM控制器的結構()
11?4?3存在條件()
11?4?4穩(wěn)定性條件()
11?5結果與討論()
11?5?1PWM DISM降壓變換器仿真結果()
11?5?2PWM DISM升壓變換器的實驗結果()
參考文獻()

章節(jié)摘錄

　　序隨著電源和電氣\/電子負載的特性變得越來越多樣化、非線性和不可預測，為變換器提供必要功率處理功能的變換器控制將在性能優(yōu)化和維持各種工作條件下所必需的魯棒性方面扮演關鍵的角色。人們發(fā)現(xiàn)基于小信號線性技術的常規(guī)控制方法無法使這些系統(tǒng)獲得所需的調節(jié) 性能、動態(tài)響應和穩(wěn)定性，并在研究能夠滿足電力電子變換器系統(tǒng)這種復雜要求的先進控制方法方面做了大量的研究。特別是滑?？刂?、模糊控制、自適應控制等現(xiàn)代控制理論已經(jīng)應用于這類系統(tǒng)的控制中，它們的可行性也得到了研究。其中，滑模控制得到的研究最為廣泛。研究表明，滑?？刂茖Ξ斍昂臀磥黼娏﹄娮幼儞Q器而言均是一種非常有前景的控制方法。為了順應這種發(fā)展趨勢，并且利用滑?？刂评碚摽蚣芤呀?jīng)較為成熟的優(yōu)點，現(xiàn)在對電力電子變換器的滑?？刂破鬟M行全面的介紹正是時候。本書對這種控制器進行了深入而全面的介紹，要點是如何實現(xiàn)實際的工程化設計，使其適合于電力電子變換器的控制。目前，相關知識的介紹是及時而必要的，特別由于電子工業(yè)具有使用可再生能源的趨勢且負載的差異越來越大，只有使用非線性控制器才能足以滿足要求。作者在寫作本書時考慮了如下目標。首先，作者旨在為一般讀者提供滑模控制在電力電子變換器系統(tǒng)中應用原理和方法的全面介紹。此外，對于更高級的讀者，作者將為他們系統(tǒng)論述構造滑模控制器的數(shù)學機理和設計原理，在此基礎上，介紹設計這類控制器的新型實踐性方法。本書的第三個目標是介紹基于模擬電路的滑?？刂破鲗崿F(xiàn)方法和相關的設計準則。最后使讀者從實際角度理解非線性控制，在此過程中使用工程師日常交流時經(jīng)常使用的術語?？偠灾峨娏﹄娮幼儞Q器的滑?？刂萍夹g與實現(xiàn)》這本書將為讀者理解滑模控制原理、滑模控制在電力電子變換器中的應用和滑?？刂破鞯膶嶋H實現(xiàn)提供指導。通過將理論與應用結合，并將數(shù)學概念、模型與它們的工業(yè)目標聯(lián)系起來，本書對模擬電路設計、電力電子技術或控制工程背景的讀者而言同樣具有可讀性。我們相信本書將引起電氣和電子工程領域學生和專業(yè)人員的興趣。與此同時，我們也相信我們提出的電力電子變換器滑?？刂破鞯慕：蛯崿F(xiàn)方法將幫助電力電子和IC產(chǎn)業(yè)的專業(yè)人員設計出有效和高性能的電力電子變換器控制器。本書是按照如下方式組織的。首先，第1章 將討論滑?？刂频幕驹砗屠碚摚棺x者熟悉滑?？刂频闹饕g語和背景。第2章 將對電力電子變換器及其控制方法進行綜述，此外還簡要討論常用的控制技術以及當前電力電子變換器控制技術的研究進展。第3章 將著重介紹與滑?？刂破髟陔娏﹄娮幼儞Q器中應用相關的重要概念、工作原理和特性,還將詳細介紹電力電子變換器滑模控制器的最新研究成果和一般設計過程。隨后，第4章 將介紹電力電子變換器滯環(huán)調制滑?？刂破鞯膶嶋H設計過程。第5章 將全面討論傳統(tǒng)滑?？刂埔蚬ぷ鳁l件偏移引起的開關頻率變化問題，以及將自適應控制應用于滑?？刂平鉀Q上述問題的有效性。第6章 將介紹連續(xù)導電模式電力電子變換器定頻滑?？刂茖崿F(xiàn)的實用技術。緊接著，第7章 進一步研究用等效控制實現(xiàn)定頻滑?？刂破鞯姆椒ǎ〝嗬m(xù)導電模式變換器系統(tǒng)模型和滑?？刂坡傻耐茖?。第8章 將討論擴展至脈沖寬度調制滑?？刂破鞯脑O計和實際電路實現(xiàn)。到此為止，本書的討論集中于使用變換器輸出電壓作為控制變量，構造滑動流形的滑模控制器的設計與實現(xiàn)。第9章 至第11章 將滑?？刂破鞯脑O計和實現(xiàn)擴展至具有非常規(guī)滑動流形的功率變換器，它們的滑動流形是由電流誤差和電壓誤差用非線性方法構造的。第9章 討論基于電流誤差和電壓誤差的滑?？刂破鞯脑O計和實現(xiàn)。第10章 討論的重點是如何用減狀態(tài)非線性滑動流形控制如Cuk變換器的高階變換器。第11章 討論用于改善穩(wěn)態(tài)調節(jié) 能力的基于二重積分滑動面的非常規(guī)滑?？刂破?。本書得以完成，作者必須真誠地感謝許多人和組織機構。首先感謝香港理工大學電子與信息工程系的所有朋友和同事，以及應用非線性系統(tǒng)研究小組的成員，感謝你們的友誼、支持和鼓勵。特別感謝西班牙TarragonaRoviraiVirgili大學的LuisMartínez-Salamero教授，他不僅是一位偉大的朋友，還是我們部分 研究工作的重要合作者。迄今為止，Luis是作者個人所知道的電力電子滑?？刂祁I域最博學之人。作者還借此機會感謝AshokaBhat教授、MartinChow博士、AdrianIoinovici教授、JoeLiu博士、FrankiPoon博士、SiuChungWong博士和XinboRuan教授，他們都是電力電子各領域內(nèi)的專家，作者有幸與他們共事，并且從他們身上學到了很多東西。作者還要感謝CRC出版社的職員，特別是LeongLiMing女士和AmyBlalock女士，感謝她們?yōu)楸緯峁I(yè)和熱情的支持。如果沒有香港研究資助局和香港理工大學研究委員會的財政支持，本書的研究工作將不可能完成。最后但同樣重要的是，必須感謝作者的家人在作者整個學術研究過程中的支持和理解。最后，很榮幸地將本書獻給所有熱情參與滑?？刂坪碗娏﹄娮幼儞Q器控制工作的人們。Siew-ChongTan（陳秀聰）Yuk-MingLai（黎沃銘）ChiKongTse（謝智剛）譯者序電力電子變換器的滑?？刂萍夹g與實現(xiàn)譯者序電力電子變換器的作用是完成各種電能變換，其應用越來越廣泛?？刂撇糠?是整個系統(tǒng)的關鍵一環(huán)，在主電路拓撲相同的情況下，設計成功的控制器可以使變換器獲得更理想的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)性能。目前，人們開始采用各種先進控制方法來滿足功率變換系統(tǒng)的復雜要求。其中，滑?？刂剖?0世紀50年代發(fā)展起來的一種非線性控制方法，其狀態(tài)反饋控制率根據(jù)狀態(tài)變量在狀態(tài)空間中的當前位置以高頻在一個連續(xù)結構和另一個連續(xù)結構之間切換，其目標是迫使被控系統(tǒng)的動態(tài)精確跟蹤預先設定的期望動態(tài)。系統(tǒng)采用滑?？刂坪?，可以保證在參數(shù)不確定的情況下獲得穩(wěn)定性和魯棒性。另外，作為一種在設計選擇中具有高度靈活性的控制方法，滑?？刂葡啾扔谄渌蔷€性控制方法更易于實現(xiàn)。因此，在多種先進控制方法中，滑?？刂圃陔娏﹄娮幼儞Q器中得到了最為廣泛的研究，其控制效果要優(yōu)于模糊控制和自適應控制。本書采用自上而下的方法討論常規(guī)及新型滑?？刂萍夹g，內(nèi)容涵蓋從公式推導到用模擬電路實現(xiàn)的方方面面，具體內(nèi)容和特點如下。1？全面綜述了滑?？刂频脑砗头椒?。2？系統(tǒng)論述了滑?？刂频臄?shù)學機理和控制器的設計原理，隨后介紹了新型滑?？刂品椒?。3？論證了基于模擬電路的滑?？刂破鲗崿F(xiàn)方法和設計規(guī)則。4？從實踐角度為一般非線性控制的實現(xiàn)提供了指導，在寫作時使用人們熟悉的工程性術語。本書適合電氣工程、電子工程和自動控制專業(yè)的研究生和學者閱讀，還可以作為開關電源設計人員的參考書籍。本書的翻譯工作由廣州大學副教授王曉剛博士完成，華南理工大學謝運祥教授審閱了本書并提出了寶貴的意見，在此表示感謝。廣州大學的張杰、舒華、梁忠偉、張承云、肖忠、王建暉、黃高飛、蔡陽生、高星輝、林婷參與了本書的翻譯。還要感謝電子工業(yè)出版社的柴燕編輯，她為本書的出版做了大量的工作。由于譯者水平有限，書中難免有不妥之處，懇請讀者批評指正。王曉剛2012年6月

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