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基于DSP的级联式数字开关电源研究

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导师姓名
郑诗程
学科专业
电气工程
文献出处
安徽工业大学   2019年
关键词
开关电源论文  级联式系统论文  变论域模糊论文
论文摘要

开关电源是现代电气设备稳定可靠工作的重要组成部分。随着用电设备对电源性能要求的不断提高,传统模拟控制方式的开关电源逐渐被数字开关电源取代。DSP技术的发展亦为先进控制理论及复杂控制算法的实现提供了强有力的支持。本文针对高校电源实验装置体积大、电压等级高、灵活性差的现状,研究并设计了以TI DSP为核心控制器的级联式数字开关电源实验平台。该实验平台具有宽电压输入、可调输出、抗干扰性强、稳定性好等优点,将极大方便高校学生进行电源类相关实验。本文主要研究内容如下:(1)详细分析了前级Flyback变换器与后级Buck变换器的工作原理。在此基础上,分别建立了Flyback电路和Buck电路的开环和闭环小信号模型。(2)在控制策略方面引入了峰值电流控制与变论域模糊PID控制,详细分析了变论域模糊PID控制算法的控制机理,引入变论域模糊控制算法设计了一种变论域模糊PID控制器以提升系统的动态性能。(3)完成了级联式变换器的闭环设计,分析了前级Flyback变换器闭环输出阻抗与后级Buck变换器的闭环输入阻抗的关系,引入了基于禁区理论的阻抗比稳定性判据,验证了级联式系统的稳定性。(4)在MATLAB/SIMULINK仿真环境下建立了级联式电源系统仿真模型,验证了级联式系统的稳定性。同时,验证了变论域模糊PID控制算法比传统PID控制算法具有更好的控制效果,有效改善了系统动态性能。(5)完成了级联式数字开关电源的软硬件设计。根据系统性能指标,选择了TMS320F28027作为核心控制器,在硬件方面对高频变压器、主拓扑电感电容参数选择、驱动电路、采样电路、保护电路、辅助电源、液晶显示电路等进行了研究与设计。同时采用C语言设计了基于TMS320F28027的软件程序。最后,搭建了实验样机并进行了整机软硬件调试。实验结果与仿真结果基本一致,验证了本文所提方案的可行性。

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