基于群特性分析的DC_DC变换器级联系统稳定性判据_张波

《基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的研究》篇一一、引言随着电力电子技术的快速发展，DC-DC变换器在电力系统中扮演着越来越重要的角色。

其中，基于LLC（L-C-C）谐振的双向全桥DC-DC变换器因其高效率、低电压电流应力、软开关等优点，在新能源汽车、可再生能源系统、储能系统等领域得到了广泛应用。

本文旨在研究基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的工作原理、设计方法及性能分析。

二、LLC谐振的基本原理LLC谐振变换器是一种采用电感（L）、电容（C）和电容（C）谐振的DC-DC变换器。

其基本原理是利用谐振电路中的电感和电容进行能量传递，通过调节谐振频率和输入电压来实现输出电压的稳定。

在LLC谐振变换器中，全桥电路用于实现能量的双向传递。

三、双向全桥DC-DC变换器的设计3.1 拓扑结构双向全桥DC-DC变换器主要由两个全桥电路、谐振电感、谐振电容以及整流电路等部分组成。

其中，两个全桥电路分别负责能量的输入和输出，通过控制开关管的通断来实现能量的传递。

3.2 设计步骤设计双向全桥DC-DC变换器时，首先需要根据应用需求确定输入输出电压范围、功率等级等参数。

然后，根据参数选择合适的电感、电容等元件，并确定谐振频率。

接着，设计全桥电路的开关管和控制策略，以保证能量的高效传递。

最后，进行仿真和实验验证，对设计进行优化。

四、性能分析4.1 效率分析LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器具有高效率的特点。

在谐振状态下，开关管的电压电流应力较低，损耗较小。

此外，软开关技术进一步降低了开关损耗，提高了整体效率。

4.2 稳定性分析该变换器具有较好的输入输出电压稳定性。

通过调节谐振频率和输入电压，可以实现输出电压的快速调整和稳定。

此外，双向全桥电路的设计使得能量可以在两个方向传递，提高了系统的灵活性和可靠性。

五、实验验证及结果分析为了验证基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的性能，我们搭建了实验平台并进行了一系列实验。

一种ＤＣ－ＤＣ变换系统的稳定性分析作者：张坤郭凌宋飞扬来源：《电气传动自动化》2019年第02期摘要：本文提出了一种用于直流分布式电源系统（DPS）的DC-DC变换系统设想。

研究基于脉冲宽度调制（PWM）电压源级联变换器的双回路PI控制策略，最小化电压纹波并确保系统的稳定性。

首先，得到系统的数学模型。

然后，利用稳定性分析的方法来验证系统稳定性。

最后，最小化中间总线和输出电压的纹波。

关键词：直流分布式电源系统; DC-DC变换系统; PI控制中图分类号： TM33; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码： AStability Analysis of a DC-DC Conversion SystemZhang Kun， Guo Ling， Song Fei-yang（Northwest Minzu University， LanZhou 730000， China）Abstract： This paper studies a DC-DC conversion system for DC distributed power systems （DPS）. A dual-loop PI control strategy based on the voltage source’s cascade converters of pulse width modulation（PWM） is proposed to minimize the ripple of voltages and ensure the stability of the system. Firstly， get the mathematical model of the system. Then， the stability analysis method is used to verify the stability of the system. Finally， the ripples of the intermediate bus and output voltages are minimized.Key words： DC distributed power system;DC-DC conversion system;PI control1; 引言分布式發电能够充分利用清洁和可再生能源，并根据用户的需求就近发电，减少了远距离输电的经济投入和电能损耗。

摘
要 ： 用状 态 空间平 均 法建 立 了 Ｄ ． Ｃ变换 器的 小信 号数 学模 型 ， 用 自动 控 制理 论 采 ＣＤ 利
方 法分 析并 设计 了满足 系统 性 能的补 偿 网络 。进行 了数 字仿 真 ， 真 结果表 明 ： 仿 所建模 型 正确 、
可行 。
关
键
词 ： ＣＤ Ｄ ． Ｃ变换 器 ； 力 学建模 ； 定性 动 稳
ｆ
占空 比为 ２ 。设 变压器 的二 次绕组 与一 次绕 组 的 ｄ 匝数 比为 ｎ 开关 Ｖ 一Ｖ 和整 流二 极 管均 为 理 ， Ｔ Ｔ 想开 关 ， 忽略 变压器 的漏感 ｝ 。 并 ２ ］
【（ （ｃ ２ （ （） ：２ ｄ ）￡ ｙ） ｄ＋，（） ￡ ｃ ）
－２ ＋＇ ｆ ２ ２ （ ￣ｄ） ） （ ｄ ２２ ） Ａ Ａ
２１ ０ ０年 １ １月
ＮＯ ． ２ ０ Ｖ ０１
Ｎｏ １ ．１
Ｄ — Ｃ开 关 变 换 器 的 动 力 学 建 模 与 稳 定 性 分 析 ＣＤ
邵桂 荣 苏世 栋 詹 平红 ， ，
（． １ 运城学院 ， 山西 运城 ０ ４ ０ ；． 放军炮兵学 院， ４ ００ ２ 解 合肥 ２０３ ３ ０ １）
１期 第２ ４卷 第 １
Ｖ０ ． ４ １２
重 庆 理 工 大 学 学 报（ 自然科 学）
Ｊｕｎｌ ｆ ｈｎ ｑ ｇＵ ｉ ｒｔ ｏ ｅｈ ｏ ｇ （ ａ ｒｌ ｃｅｃ ） ｏｒａ ｏ ｏ ｇｉ ｎｖ ｓ ｙ ｆ ｃｎ ｌ ｙ Ｎ ｔ ａ Ｓｉ ｅ Ｃ ｎ ｅ ｉ Ｔ ｏ ｕ ｎ
了 Ｄ — Ｃ变 换器 的性能 。 ＣＤ
１ 全桥 Ｄ — Ｃ变 换 器 的小 信 号模 型 的建 ＣＤ
立 与 分 析

第40卷第5期Vol.40㊀No.5重庆工商大学学报(自然科学版)J Chongqing Technol &Business Univ(Nat Sci Ed)2023年10月Oct.2023改进型自抗扰控制在DC /DC 变换器中的应用李㊀松,陈宗祥,刘㊀康,张武林,陈克难安徽工业大学电气与信息工程学院,安徽省马鞍山243032摘㊀要:针对DC /DC 变换器在实际应用中不断扩大,对输入波动㊁响应速度㊁稳定性等要求越来越高,而传统的PID控制算法无法在复杂的变换器控制系统中获得理想的控制效果,以Buck 变换器为研究对象,提出了一种改进型自抗扰控制策略㊂在基于传统的线性自抗扰控制的基础上,对其进行广义数学分析,在传递函数中引入自定义的零点,同时,对输入通道和测量的干扰,设计了测量滤波器,并设计了二阶自抗扰控制器㊂最后,搭建以DSP28377为控制器的硬件试验平台,对比分析传统PI 控制和改进型自抗扰控制受干扰情况下的动态性能,验证了改进型自抗扰控制的方案可行性,所提出的改进型控制策略不仅将传统的PID 控制具有的缺点克服,又将其结构简单的特点保留㊂实验结果表明:较传统的PID 算法而言,加载过程中,调节时间减少125μs ,超调量较少0.8%;减载过程中,调节时间减少165μs ,超调量减少2.8%㊂可以得出改进型自抗扰控制策略不但具备快速和高精度特点,还具有更好的鲁棒性和抗扰动性能㊂关键词:DC /DC 变换器;自抗扰控制;改进型自抗扰控制中图分类号:TM46㊀㊀文献标识码:A ㊀㊀doi:10.16055/j.issn.1672-058X.2023.0005.005㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2022-03-29㊀修回日期:2021-05-18㊀文章编号:1672-058X(2023)05-0034-07基金项目:国家自然科学基金项目(61973199).作者简介:李松(1995 ),男,安徽合肥人,硕士研究生,从事电力电子技术研究.引用格式:李松,陈宗祥,刘康,等.改进型自抗扰控制在DC /DC 变换器中的应用[J].重庆工商大学学报(自然科学版),2023,40(5):34 40.LI Song CHEN Zongxiang LIU Kang et al.Application of improved active disturbance rejection control in DC /DC converterJ .Journal of Chongqing Technology and Business University Natural Science Edition 2023 40 5 34 40.Application of Improved Active Disturbance Rejection Control in DC /DC Converter LI Song CHEN Zongxiang LIU Kang ZHANG Wuling CHEN KenanSchool of Electrical and Information Engineering Anhui University of Technology Anhui Maanshan 243032 ChinaAbstract With the continuous expansion of DC /DC converter in practical application the requirements for input fluctuation response speed and stability are higher and higher while the traditional PID control algorithm cannot obtain ideal control effect in complex converter control system.Taking Buck converter as the research object an improved active disturbance rejection control ADRC strategy is proposed.Based on the traditional linear ADRC a generalized mathematical analysis is carried out and a self-defined zero point is introduced into the transfer function.At the same time for the interference of input channel and measurement the measurement filter is designed and the second-order ADRC is designed.Finally a hardware test platform with DSP28377as the controller is built the dynamic performance of traditional PI control and improved ADRC under interference is compared and analyzed and the feasibility of the improved ADRC scheme is verified.The proposed improved control strategy not only overcomes the shortcomings of traditional PID control but also retains its simple structure.The experimental results show that compared with the traditional PID algorithm the adjustment time is reduced by 125μs and the overshoot is less than 0.8%during the loading process.During the load shedding process the adjustment time is reduced by 165μs and the overshoot is reduced by 2.8%.It can be concluded that the improved ADRC strategy not only has the characteristics of high speed and high precision but also has better robustness and anti-disturbance performance.Keywords DC /DC converter active disturbance rejection control improved ADRC第5期李松,等:改进型自抗扰控制在DC/DC变换器中的应用1㊀引㊀言开关电源应用最大范围属于开关电,其对于输出电压要求非常高,即使变换器工作的环境很苛刻,要求开关电源也能够平稳的运行,输出电压就具有较小的纹波㊂若运行条件发生扰动时,要求输出电压能迅速恢复至稳态㊂所以开关变换器运行在闭环状态,本文以Buck变换器设计闭环系统㊂韩京清教授经历十多年对PID控制技术和现代控制理论的不断探索,在探索经典控制理论思想精华的基础上,提出了非线性自抗扰控制(NLADRC)策略㊂自抗扰控制具有适用性强㊁对数学模型要求低㊁能明显改善系统性能㊁鲁棒性强等优点㊂自抗扰控制主要组成部分有:跟踪-微分器(TD)㊁扩张状态观测器(ESO)㊁非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)㊂由于非线性自抗状(ADRC)参数较多㊁调节困难㊁稳定性难以分析,高志强教授对其进行修改,将其简化为线性自抗扰(LADRC),将参数与控制器带宽相关联,从而简化了控制器调参过程,降低了需整定的参数个数,这使得ADRC在各个领域的生产实践中应用更加广泛[1-4]㊂由于DC/DC变换器一直是国内外学者研究的热点之一,对其稳态性能和动态性能提出的要求越来越高㊂国内外学者一直致力于将各种先进的控制算法应用到DC/DC变换器上,旨在提高控制性能㊂因变换器属于强非线性系统[5-8],而自抗扰控制(ADRC)作为一种先进的控制策略,应用于非线性和线性控制对象都具有极强的适用效果[9-11]㊂Buck变换器在某些特定的参数下,系统会出现混沌现象,由于现有的技术很难对电路的混沌现象进行精确的机理建模[12-13],文献[14]采用不依赖于精确数学模型的自抗扰控制(ADRC)技术来控制Buck变换器中的混沌㊂ADRC技术通过将Buck变换器的未建模动态视为干扰来估计和补偿这些未建模动态㊂通过合理选择自抗扰控制器的参数,使Buck变换器的混沌状态快速稳定㊂但对于,自抗扰控制技术的参数选择,是通过逐步调整,获取合适的参数㊂Boost升压变换器是典型的非最小相位系统,输入控制量突变时往往不能快速跟踪控制量,甚至变化方向与控制量相反,表现出典型的非最小相位特性㊂文献[15]改进了常规的自抗扰控制器,提出一种将Boost 变换器中已知的非最小相位特性处理后直接加入总扰动中,不用扩张状态观测器进行另外估计,实验现象表明该方法有较高的可靠性㊂但所改进的控制策略,对于其他类型的系统,如时滞和不稳定系统,仍有待研究,可在未来的研究中进行实验㊂总体来看,将自抗扰控制运用于DC/DC变换器能够实现良好效果㊂本文主要对线性自抗扰控制(LADRC)进行数学分析,并进行修改,在推导的传递函数中引入自定义的零点㊂零点在系统性能的瞬态特性中起着重要作用㊂不仅增加了零点,还包括导数滤波器,以避免导数带来的高频㊂此外,还提供了通过输入通道和测量设备的干扰分析㊂结合智能算法解决自抗扰控制参数整定困难的问题㊂2㊀Buck变换器Buck变换器电路拓扑如图1所示㊂Vi nLQ D C R Vo图1㊀Buck变换器拓扑Fig.1㊀Topology of Buck converter图1中,Q为主开关管;D为二极管;L为电感;C 为输出电容;R为负载电阻;V in和V o分别表示输入电压和输出电压㊂为了简化分析电路,假设Q为理想原器件,导通压降以及反向漏电流都不存在㊂D表示导通时占空比,T表示周期㊂变换器工作状态有两种:开关管导通与开关管关断㊂则有状态空间平均法可得到状态平均方程如下: v o.i L.éëêêùûúú=-1/RC1/C-1/L0éëêêùûúúv oi Léëêêùûúú+D/LéëêêùûúúV in(1)对式(1)施加扰动,瞬时值为V in=V in+V^inD=D+d^i L=I L+i L^V o=V o+v o^ìîíïïïïïï(2)其中,V^in,d^,i L^,v o^是扰动量㊂将式(2)代入式(1)中可得:dd tV o+v o^i L+i L^éëêêùûúú=-1/RC1/C-1/L0éëêêùûúúV o+v o^i L+i L^éëêêùûúú+D+d^Léëêêêêùûúúúú(3)由(3)式得到的扰动方程如下:dd tv o^i L^éëêêùûúú=-1/RC1/C-1/L0éëêêùûúúv o^i L^éëêêùûúú+D/LéëêêùûúúV in^+01/Léëêêùûúúd^V in(4)53重庆工商大学学报(自然科学版)第40卷因为输入电压V in 是较为稳定,可假设V in ^=0㊂则由(4)得:d v o ^d t =-v o ^RC +i L ^C d i L ^d t =-v o ^L +d^L V in ìîíïïïïï(5)对(5)式进行拉氏变换,可求d ^的系统开环传递函数:G (s )=v o ^d^=V inLC s 2+1RC s +1LC(6)3㊀线性自抗扰自抗扰控制中跟踪-微分器主要是为了获得实际工程里不连续或者含有噪声的输入信号的连续信号,使得控制品质得以提高,使控制器设计变得简化㊂扩张状态观测器主要是用于解决扰动观测的问题,其基本的思想:将系统中的总扰动扩充成一个全新的状态量,再根据系统的输入㊁输出重新观测出原系统的所有状态量㊁扰动的一切状态㊂线性状态误差反馈控制律采用经典的PID 控制器来设计,扩张状态观测器可以实时的估计并且补偿内外的总扰动,由此为消除静态误差而设计的积分器就可以省略,线性状态误差反馈控制律就可以设计成PD 控制器的形式㊂线性自抗扰是由高志强团队经过大量仿真实验和研究发现,运用线性函数设计得到的控制器性能也非常的良好,而且参数的整定工作量大大减少,更加适用于实际工程㊂在电力电子变换器中,输入往往是固定的数值,常数的微分始终为0,则微分跟踪器在电力电子系统里仅是软起动的作用,故微分跟踪器的设计可以省略㊂基本框架如图2所示㊂简化后的线性自抗扰控制(LADRC)控制技术包括线性扩张状态观测器(LESO),线性状态误差反馈控制率(LSEF)㊂P D 控制组合线性状态扩张状态观测器对象u 01/bZ 3Z 2Z 1uy图2㊀线性ADRC 基本结构Fig.2㊀Basic structure of linear ADRC以二阶控制对象为例:y ㊆=f (y ,y .,ω,t )+bu =-a 1y .-a 0y +ω+bu(7)其中,y ,u 为输入以及输出,ω为扰动㊂a 1,a 0,ω都未知,b 可知部分㊂则改写为y ㊆=-a 1y .-a 0y +ω+(b -b 0)u +b 0u =f +b 0u其中,f =-a 1y .-a 0y +ω+(b -b 0)u 为总扰动㊂选取x 1=y ,x 2=y .,x 3=f 为状态变量,则x =[y ,y .,f ]T 包含扰动的扩张状态,则式(6)的扩张状态空间表示为x .=Ax +Bu +Ef.y =Cx{其中,A =010001000éëêêêùûúúú,B =0b 00éëêêêêùûúúúú,E =001éëêêêùûúúú,C =1㊀0㊀0[]㊂与其对应的线性扩张状态观测器(LESO)为z .=[A -LC ]z +[B ,L ]u cy c =z{其中,u c =[u ㊀y ]T ,L 为观测器增益矩阵,L =[3ω0㊀3ω20㊀ω30]T,ω0为观测器带宽㊂由于扩张状态观测器可以实时的估计并加以补偿总扰动㊂因此,对于线性状态误差反馈控制律(LSEF)的设计,可由传统的PID 简化为PD 设计㊂可以得到闭环传递函数为G cl =k ps 2+k d s +k p需要设计的k p ,k d 是增益矩阵K =[k d ,k p ]T 的参数㊂参数化后,k p =ω2c ,k d =2ωc ㊂其中,ωc 为控制器带宽㊂4㊀自抗扰控制器的数学分析对线性自抗扰控制器(LADRC)的数学分析如下:给定一个线性的n 阶线性,传递函数如下所示:G (s )=Y (s )U (s )=β0s n -1+β1s n -2+ +βn -1α0s n +α1s n -1+ +αn(8)其中,U (s )和Y (s )分别是系统输入和输出信号的拉普拉斯变换㊂将式(8)改写如下:α0d n y dt n +α1d n -1y dt n -1+ +αn y =β0d n -1u dt n -1+β1d n -2udtn -2+ +㊀βn -1u(9)将式(9)简化为以下形式:d n y dt n=βᶄu +δ(10)63第5期李松,等:改进型自抗扰控制在DC /DC 变换器中的应用其中∂ʉ∂(y ㊃,y ㊆, ,u ㊃,u ,㊆,ω)和βᶄ是初βn -1的估计值㊂函数δ是由建模量和外部干扰(ω)组成的函数㊂将δ视为式(9)中系统的整体干扰㊂4.1㊀传统的控制策略假设控制策略由如下的数学式推出:u =-ðn -1i =0k i y (i )-δ0+k 0rβᶄ(11)用式(11)代替式(10)中的u ,得到所需的传递函数如下:Y (s )R (s )=k 1ðn -1i =0k n -i -1s n -i -1(12)这是线性自抗扰控制的主要数学概念,其中输出将根据所需的传递函数进行控制,而与初始系统的状态无关㊂4.2㊀改进后的控制策略式(11)中所推出的传递函数为全极点系统㊂为了改善瞬态特性,可以添加最小相位零点㊂此外,为了帮助防止设定点跳跃问题,可以提供输入滤波器㊂则修改后的控制策略,其拉普拉斯变换形式如下:U (s )=1ðn -1i =0-k i s i Y (s )-δ0(s )+k ᶄi F i (s )R 1(s )其中,R 1(s )=F in (s )R (s )和F i (s )是高通滤波器,这将有助于零点的添加㊂系统F in (s )是用于平滑设定点变化的输入低通滤波器㊂利用这种改进的控制策略,得到的期望传递函数如下:Y (s )R (s )=F in (s )ðn -1i =0k ᶄiF i (s )s n +ðn -1i =0k n -i -1s n -i -1(13)从式(12)中可以推导出达到零稳态误差的条件是k ᶄ0=k 0㊂在前面的方程中使用的反馈控制策略是通过线性扩张状态观测器(LESO)获得的㊂则三阶线性扩张状态观测器方程用下列状态方程表示:x ^㊃1x ^㊃2x ^㊃3éëêêêêêùûúúúúú=010001000éëêêêùûúúúx ^1x ^2x^3éëêêêêùûúúúú+0βᶄ0éëêêêêùûúúúúu +γ1γ2γ3éëêêêêùûúúúú(y -y ~)y ~=x ^1(14)一个二阶线性自抗扰控制(LADRC)需要设计一个三阶扩张状态观测器(LESO)㊂一般来说,一个n 阶线性自抗扰可采用n +1阶扩张状态观测器㊂LESO 的标称如下:x ㊃1x ㊃2x ㊃3éëêêêêùûúúúú=010001000éëêêêùûúúúx 1x 2x 3éëêêêêùûúúúú+0βᶄ0éëêêêêùûúúúúu +001éëêêêùûúúúδ㊃(15)因此,从式(14)中可以得出,状态x 3只是总体扰动函数δ的表示,而状态x ^3是扩张状态观测器的扩展状态,其目的是估计δ,并最终消除它㊂4.3㊀削弱外部干扰在图3中,对整个系统的外部干扰:输入通道(d u (t ))和测量通道(d y (t ))㊂b 的值由βᶄ给出㊂则二阶自抗扰控制器的y m (t ),d u (t )=L -1[D u (s )]和d y (t )=L -1[D y (s )]之间的广义传递函数如下:Y (s )D u (s )=G d (s )Ω1(s )βᶄΩ1(s )+G p (s )Ω2(s )(16)Y (s )D y (s )=-G p (s )Ω2(s )βᶄΩ1(s )+G p (s )Ω2(s )(17)Ω1(s )=[s 3+(γ1+k 1)s 2+(γ1k 1+γ2+k 0)s ]Ω2(s )=[(γ3+γ2k 1+γ1k 0)s 2+(γ3k 1+γ2k 0)s +γ3k 0]由于Ω1(s )在原点处有零点,式(15)的作用类似于高通滤波器㊂相反,在式(15)中,Y (0)=-D y (0),因此y (t )正确跟踪d y (t ),但符号相反,使得y m (t )不受测量通道干扰㊂为了研究y m (t )如何受到这些扰动的影响,在式(18)和式(19)中分别得到了Y m (s )与D u (s )和D y (s )之间的传递函数:Y m (s )D u (s )=G d (s )Ω1(s )βᶄΩ1(s )+G p (s )Ω2(s )(18)Y m (s )D y (s )=βᶄΩ1(s )βᶄΩ1(s )+G p (s )Ω2(s )(19)从式(18)可以看出,虽然式(15)对高频d y (t )有弹性,但Y m (s )和D y (s )之间的传递函数具有高通特性㊂此外,可以得出式(18)具有高通性质(若不考虑G d (s ))㊂因此,需要一个滤波器来处理高频d u (t )和d y (t )㊂由于式(16)和式(18)具有高通性质,因此,低通滤波器应该提高整个系统去除较低和较高频率的能力㊂在本文中,测量滤波器(H l (s ))位于y m (t )和扩张状态观测器之间,如下:Y mf (s )=H l (s )Y m (s )(20)当Y mf (s )反馈到线性扩张状态观测器后,Y mf (s )和73重庆工商大学学报(自然科学版)第40卷输入量之间的传递函数如下所示:Y mf (s )=1Δmf (s )[G p (s )F in (s )ðn -1i =0k ᶄi F i (s )R (s )+G d (s )Ω1(s )H l (s )D u (s )+Ω1(s )H l (s )D y (s )](21)式(21)的Δmf (s )是系统的修正特征多项式,Δmf (s )=βᶄΩ1(s )+G p (s )H l (s )Ω2(s )㊂因此,Y mf (s )对输入通道和测量通道的干扰更具抗干扰能力㊂d u(t )G d(s )y d(t )d y(t )y p(t )y (t )G p(s )U (t )U u(t )1/bL E S 0L S E FR v(t )z (t )图3㊀线性自抗扰控制的框图Fig.3㊀Block diagram of linear ADRC4.4㊀Buck 变换器的线性自抗扰控制由于自抗扰控制算法对于模型的依赖较低,克服了传统控制算法对于精确数学模型的依赖,对系统结构变换,参数范围等因素的容忍度更高㊂系统在宽负载闭环范围的负载突变的过程中保持较高的稳定性和快速的控制效果㊂为了更稳定地提升变换器的动态性能,将采用双闭环控制,电流内环为PI 控制器,电压外环为线性自抗扰控制器㊂其控制框图如图4所示㊂V r e fK pZ 2Z 1L E S 01/b 0i r e f e iG p i (s )d G i d (s )i L R /R C S+1图4㊀变换器控制结构框图Fig.4㊀Block diagram of converter control structure本文设计的BUCK 参数如下:输入电压(V in ):12V,输出电压(V o ):2.5V,电感(L ):15μH,电容(C ):200μF,最小电阻负载(R min ):0.25Ω,最大电阻负载(R max ):0.5Ω,开关频率(fs ):100kHZ㊂通过状态空间方程和关于特定静态点的线性化,可推导出输出电压与电流的传递函数为G id (s )=i Ld (s )=V g (RCs +1)LCRs 2+Ls +RG vd (s )=V o (s )d (s )=V g RLCRs 2+Ls +R文献[16]采用了粒子群算法对设计的LCLC 谐振变换器优化设计㊂参考该方法,得到一组最优的参数:k 0=1.0321ˑ104,k 1=199.0356,k ᶄ=k 0k ᶄ1=2.7561,βᶄ=1.0894ˑ106,γ1=900.1563γ2=27.0147ˑ104,γ3=27.0562ˑ106k p =2.0256ˑ109,k d =9.3452ˑ1045㊀实验分析图5是基于DSP28377所搭建的实验样机平台,并在图中标注了各个部分的作用㊂示波器直流稳压源负载信号发生器B u c k 变换器B u c k 辅助电源负载跳变板D S P 控制器跳变板辅助电源图5㊀基于DSP 的样机实验平台Fig.5㊀Prototype experimental platform based on DSP从图6可以看出,改进型ADRC 控制的Buck 变换器可以稳定地工作于设定值2.5V㊂图7为PID 控制的实验波形,其中,CH1是驱动波形,CH2是负载跳变信号,CH3是变换器输出电压V o 的波形,CH4是电流波形㊂由图可知,当负载由5A 跳变至10A 时,PID 控制的变换器输出电压需要225μs 恢复稳定状态,输出电压最大跌落量约660mv,当负载由10A 跳变至5A时,系统需要330μs 恢复稳态,输出电压最大超调量为790mv㊂在其他条件不改变的基础上,更改DSP 中的算法,将PID 更改为改进型ADRC 算法,进行负载跳变实验㊂结果如图8的波形所示㊂由图可得,当负载由5A 跳变至10A 时,改进型ADRC 控制的变换器输出电压需要100μs 恢复稳定状态,输出电压最大跌落量约640mv,当负载由10A 跳变至5A 时,系统需要165μs 恢复稳态,输出电压最大超调量为720mv㊂实验结果表明:所提出的改进型自抗扰控制策略,系统的动态性能比传统的PID 算法更优㊂加载过程83第5期李松,等:改进型自抗扰控制在DC /DC 变换器中的应用中,调节时间减少125μs,超调量较少0.8%;减载过程中,调节时间减少165μs,超调量减少2.8%㊂i L(5A /格）V o(1V /格）P W MV oi Lt /(100μs /格)图6㊀稳态时基于ADRC 控制Buck 变换器波形Fig.6㊀Waveforms of ADRC-based Buck converter atsteady statei L(5A /格）V o(1V /格）P W M V o i Lt /(50μs /格)660m V225μs负载跳变信号(a )负载由5A 跳变至10Ai L(5A /格）V o(1V /格）P W MV oi Lt /(50μs /格)790m V330μs 负载跳变信号(b )负载由10A 跳变至5A图7㊀PID 控制时系统的暂态实验波形Fig.7㊀Transient experimental waveform of the systemunder PID controli L(5A /格）V o(1V /格）P W MV oi L t /(25μs /格)640m V100μs负载跳变信号(a )负载由5A 跳变至10Ai L(5A /格）V o(1V /格）P W MV oi L t /(25μs /格)750m V165μs负载跳变信号(b )负载由10A 跳变至5A图8㊀改进型ADRC 控制时系统的暂态实验波形Fig.8㊀Transient experimental waveform of the system underimproved ADRC control6㊀结束语根据本文分析和实验验证,修改后的控制策略和测量滤波通道的加入可以改善系统的响应㊂虽然输入滤波器使得控制策略的适用性变得复杂,但可以改善设定点变化频繁㊂对滤波器结构进行详细的数学分析,将有助于提高LADRC 的抗干扰能力㊂除了测量滤波器外,添加最小相位零点的方法也有助于改善系统的瞬态响应,并有助于改进LADRC 控制策略㊂本文根据状态空间平均法建模得到Buck 变换器的状态方程,后期可以在通过精确的建模方法来提高变换器的动态性能,以及将自抗扰控制算法应用到其他DC /DC 变换器控制等方面做进一步的研究㊂93重庆工商大学学报(自然科学版)第40卷参考文献References1 ㊀韩京清.从PID技术到 自抗扰控制技术J .控制工程2002 3 13 18.HAN Jing-qing.From PID technology to auto disturbance rejection control technology J .Control Engineering 20023 13 18.2 ㊀韩京清.控制理论 模型论还是控制论J .系统科学与数学1989 4 328 335.HAN Jing-qing.Control theory model theory or cyberneticsJ .Systems Science and Mathematics 1989 4 328 335.3 ㊀韩京清.自抗扰控制器及其应用J .控制与决策19981 19 23.HAN Jing-qing.ADRC and its application J .Control and Decision Making 1998 1 19 23.4 ㊀高志强.自抗扰控制思想探究J .控制理论与应用201330 12 1498 1510.GAO Zhi-qiang.Research on the idea of active disturbance rejection control J .Control Theory and Application 2013 3012 1498 1510.5 ㊀冯光黄立培朱东起.异步电机的新型非线性自抗扰控制器的研究J .清华大学学报自然科学版1999331 34.FENG Guang HUANG Li-pei ZHU Dong-qi.Research on a new nonlinear ADRC for asynchronous motor J .Journal of Tsinghua University Science and Technology1999331 34.6 ㊀郭强周孝信.可控串补非线性自抗扰控制的参数优化J .电网技术1999 11 28 30.GUO Qiang ZHOU Xiao-xin.Parameter optimization of nonlinear active disturbance rejection control of thyristor controlled series compensation J .Power Grid Technology1999 11 28 30.7 ㊀ALMER S FUJIOKA H JONSSON U et al.Hybrid controltechniques for switched-mode DC-DC converters part I the step-down topology C //American Control Conference.IEEE2007 164 5450 5457.8 ㊀SU Y L GE X L XIE D et al.An active disturbancerejection control-based voltage control strategy of single-phasecascaded H-bridge rectifiers J .IEEE Transactions onIndustry Applications 2020 56 5 5182 5193.9 ㊀钱秋朦但志宏张松等.航空发动机过渡态试验进气压力线性自抗扰控制方法J .航空动力学报2019 102271 2279.QIAN Qiu-meng DAN Zhi-hong ZHANG Song et al.Linear auto disturbance rejection control method of intake pressure in aeroengine transient test J .Journal of Aeronautical Dynamics 2019 10 2271 2279.10 芮宏斌曹伟王天赐.基于改进型自抗扰控制的光伏板清洁机器人路径跟踪控制研究J .机械设计2021 38S2 79 83.RUI Hong-bin CAO Wei WANG Tian-ci.Research on path tracking control of photovoltaic panel cleaning robot based on improved active disturbance rejection control J .Mechanical Design 2021 38S2 79 83.11 马步云王婧翟化欣等.基于自抗扰技术的储能装置的能量控制器的设计J .华北电力技术2016 9 28 34. MA Bu-yun WANG Jing ZHAI Hua-xin et al.Design of energy controller of energy storage device based on active disturbance rejection technology J .North China Electric Power Technology 2016 9 28 34.12 杨惠.光伏储能双向DC-DC变换器控制策略研究D .西安理工大学2018.YANG Hui.Research on control strategy of photovoltaic energy storage bidirectional DC-DC converter D .Xian University of Technology 2018.13 刘纬骅杨艳王冬青.忆阻负载下Buck-Boost变换器的混沌抑制J .电子设计工程2021 29 23 78 83.LIU Wei-hua YANG Yan WANG Dong-qing.Chaos suppression of Buck boost converter under memristor load J . Electronic Design Engineering 2021 2923 78 83.14 MEIMEI J GUOSHAN Z.Chaos control in the Buck converter by using active disturbance rejection control technique C// The27th Chinese Control and Decision Conference 2015CCDC .IEEE 2015 1619 1623.15 AHMAD S ALI A.Active disturbance rejection control of DC-DC boost converter a review with modifications for improved performance J .IET Power Electronics 2019 12 8 2095 2107.16 赵斌王刚宋婧妍等.基于粒子群算法的LCLC谐振变换器优化设计J .电子与信息学报2021 4361622 1629.ZHAO Bin WANG Gang SONG Jing-yan et al.Optimal design of LCLC resonant converter based on particle swarm optimization J .Journal of Electronics and Information 2021 436 1622 1629.责任编辑:陈㊀芳04。

引 言
对称 性 似乎 是 一个 人 人 皆知 的概 念 ， 及 对称 提 性 ． 自然 就定 格 为几 何 上 的对 称 定 。 决 于各 变换 器 的组 成 和 取 结 构 。对 于线性 电路 ， 级联 的分 析十分 简单 ， 要采 只
换 器 的阻抗 是 时变和 动态 的 ，前 后级 变换器 无法 用
阻抗 匹配的方 法判定 其稳定 性 ，虽然 现有 一些研 究 在 变换器 小信 号模型 基础上 ，应 用 阻抗 匹配法 分析 了变换器 级联 系统 的稳定性 ，但 无法 适应变 换器 大
普适 性 定律 ， 的本质 是 指一 个 系统 在某 种 变 换下 它
所具 有 的不 变 性 ， 例如 等 腰 三角形 具 有左 右 变 换下 的不 变 性 、牛顿 定 律 具 有 伽 利 略 变 换 下 的 不 变性 等 ， 句话 说 就是 若一 个 系 统与 另一 个 系统 具 有某 换
种 变换 关 系 ，那 么它 们就 具 有相 同特性 和规 律 ， 它
用 前后 级 电路 阻抗 匹配 的方 法 就可 以判定 级联 的稳
定性 ； 电力 电子 变换器 作为一 个开关 非 线性 电路 ， 变
形 的 对称 性 、 圆形 物体 的对 称 性 等 ， 于 大 多数 人 对
来说 ， 对称 性仅 是 一个 简 单 、 具有 几 何 意义 的概 念 。 然 而对 称性 除 了几 何 意义 外 。 是 自然 界一 个 具有 也
以 Ｂｃ ｕ ｋ变换 器 、 ｏｓ 变 换 器 、 ｕ ｋ Ｂ ｏｔ Ｂ ｏｔ Ｂ ｃ — ｏ ｓ 变换 器 、
力学院副院长 ， “ 校 电力 电 子与 电气 传 动 ” 科 带 头 人 。 学
基 金 项 目 ： 家基 金 重点 项 目（０ ３ ０ １ 国 ５ ９ ７０ ）

分类号学号2003611310063 学校代码10487 密级硕士学位论文LLC串联谐振全桥DC/DC变换器的研究A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirementsfor the Degree of Master of EngineeringResearch on LLC Series Resonant Full-BridgeDC/DCConverterCandidate ：Gong LiMajor ：Power Electronics and Electric DriveSupervisor：Professor Li Xiaofan Huazhong University of Science and Technology Wuhan 430074, P.R.ChinaApril, 2006独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

保密□，在_____年解密后适用本授权书。

本论文属于不保密□。

（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要高频化、高功率密度和高效率，是DC/DC变换器的发展趋势。

传统的硬开关变换器限制了开关频率和功率密度的提高。

电气传动2016年第46卷第6期光伏微电网中级联DC-DC 变换系统稳定性研究张书槐1，闫海云1，王议锋1，宋飞2，戴晨松2，韦徵2（1.天津大学电气与自动化工程学院，天津300072；2.南京南瑞太阳能科技有限公司，江苏南京211000）摘要：相对于交流微电网，直流微电网因其高效且可靠的特点近些年受到了广泛的关注。

基于含隔离型LLC 谐振变换器的直流微电网结构，应用Middlebrook 判据，通过比较前级Boost 变换器和后级LLC 谐振型DC -DC 变换器的输出和输入阻抗，对该级联DC -DC 系统的稳定性加以判断。

Matlab 仿真证明Middlebrook 判据的判定效果良好，可用于提升直流微电网的稳定性。

关键词：直流微电网；级联；Middlebrook 判据；LLC 谐振变换器；稳定性；小信号模型中图分类号：TM401文献标识码：AStability Analysis of LLC Isolated DC -DC Cascaded System in DC MicrogridZHANG Shuhuai 1，YAN Haiyun 1，WANG Yifeng 1，SONG Fei 2，DAI Chensong 2，WEI Zheng 2（1.School of Electrical Engineering and Automation ，Tianjin University ，Tianjin 300072，China ；2.NARI Solar Technology Co.，Ltd.，Nanjing 211000，Jiangsu ，China ）Abstract:Nowadays ，compared to AC microgrid ，there is an increasing interest on DC microgrid ，for its higherefficiency and greater reliability.Based on a typical structure for DC microgrid ，containing an isolated DC-DC converter （LLC ）.By using Middlebrook ′s criterion ，output and input impedance of the former stage Boost converter and the latter stage LLC resonant DC-DC converter were compared ，stability of cascaded system was judged.Matlabsimulation prove that Middlebrook ′s criterion is effective ，and can be used to improve stability of DC microgrid.Key words:DC microgrid ；cascaded ；middlebrook ′s criterion ；LLC resonant converter ；stability ；small signal model基金项目：国家自然科学基金资助项目（51307117）；天津市科技支撑计划重点资助项目（14ZCZDGX00035）作者简介：张书槐（1990-），男，博士，Email ：********************.cnELECTRIC DRIVE 2016Vol.46No.6随着新能源和储能在电网中更多的接入，微电网的建设与运行显得尤为重要。

电流源负载峰值电流控制 buck 变换器具有次谐波振荡快慢复杂现象 . 本文建立了它的分段光滑开关模型及 通过数值仿真研究了电路参数对 buck 变换器的非线性动力学行为的 离散迭代映射模型. 根据离散迭代映射模型， 影响， 发现了具有快慢效应次谐波振荡吸引域的分岔图和呈现双环带状的庞加莱映射 . 根据分段光滑开关模型， 采 库塔算法， 仿真研究了 buck 变换器的时域波形和相轨图， 研究结果表明：电感电流存在由次谐波振荡与降 用龙格频次谐波振荡组成的 n 型次谐波振荡现象；输出电压存在快标与慢标结合的正弦次谐波振荡现象 . 实验结果验证 了文中的分析结果及仿真结果 .
内的分岔图呈现出具有快慢效应的次谐波振荡吸 引域， 我们将位于上部、 下部的分岔图分别称为上 下吸引域. 为了更详细地揭示 buck 变换器 吸引域、 在上、 下吸引域范围内的分岔行为， 在 nT 时刻构筑 可得到状态变量 i L 和 v C 的庞加莱映 庞加莱截面， 射. 图 3 （ a ） 和 （ b ） 分别给出了 I o = 0. 95 A 和 I o = 1. 021 A 的庞加莱映射.
降频现象
［ 5］
DC 变换器的性能. 因此， 深 现象严重影响开关 DCDC 变换器的分岔和混沌等 入分析和研究开关 DCDC 变换器的设计和 非线性动力学现象， 对开关 DC工程应用具有重要的理论意义和实用价值 . DC 变换器在学术界 峰值电流型控制开关 DC和工业界得到了广泛的研究和应用. 常规开关 DCDC 变换器是含有电感 L 和电容 C 的二阶电路， 通 过建立二维离散迭代映射模型， 已有不少文献研究 DC 变换器的电路参数对分 了电阻性负载开关 DC. 当开关周期 T 远小于 岔和混沌现象的影响 DC 变换器电路的 RC 时间常数， 开关 DC即 T RC 时， 可以认为输出电压恒定不变， 输出部分可以等 DC 变换器降阶为 效为一个电压源， 从而使开关 DC［ 8， 9， 14 ］

数字DC-DC变换器动态性能和系统稳定性提高方法研究共3篇数字DC-DC变换器动态性能和系统稳定性提高方法研究1数字DC-DC变换器是现代电力电子系统中的核心部件之一，广泛应用于各种场合。

它通过控制输出电压和电流的方式，完成对电源的有效转换。

然而，为了保证电源的稳定性和效率，DC-DC变换器需要具备良好的动态性能和系统稳定性。

本文将针对数字DC-DC变换器的动态性能和系统稳定性这两个关键问题，提出提高方法的探讨。

一、数字DC-DC变换器的动态性能数字DC-DC变换器的动态性能是指其在输入信号变化时所表现的瞬态响应能力。

由于数字DC-DC变换器的控制环节采用数字信号处理技术，因此，其动态性能具有一定的复杂性。

下面是提高数字DC-DC变换器动态性能的几种方法。

1、优化控制算法优化控制算法是提高数字DC-DC变换器动态性能的关键。

目前，常见的控制算法包括PID控制算法、预测控制算法和自适应控制算法等。

这些算法各有特点，需要根据具体的应用场景选择。

2、增加滤波器补偿由于数字DC-DC变换器的控制环节通常采用离散控制方式，其控制信号可能存在高频噪声。

这种噪声会对变换器的动态性能造成一定的干扰。

为了消除这种问题，通常需要在控制器输出端增加滤波器来进行补偿。

这种方法可以有效提高数字DC-DC变换器的动态性能。

3、优化PWM技术脉宽调制技术是数字DC-DC变换器中最常用的控制方式。

通过优化PWM技术，可以控制变换器的输出精度和响应速度。

一般来说，增加开关频率和改进PWM模式可以有效提高数字DC-DC变换器的动态性能。

二、数字DC-DC变换器的系统稳定性数字DC-DC变换器的系统稳定性是指其在工作过程中所表现的稳定性能力。

系统稳定性是保证数字DC-DC变换器长期稳定运行的重要因素。

下面是提高数字DC-DC变换器系统稳定性的几种方法。

1、优化控制策略控制策略是影响数字DC-DC变换器系统稳定性的一个重要因素。

在控制设计过程中，需要根据实际情况选择合适的控制策略。

148
电工技术学报
2009 年 3 月
环输出阻抗的特性；其次，通过研究容性负载对源 变换器性能的影响，为输出滤波电容的设计提供参 考依据；最后，采用注入电压扰动源测试级联式系 统的阻抗比，验证稳定性判据的有效性。
当 Vin=16V 时，截止频率为 14.4kHz，输出阻抗为 0.08Ω；当 Vin=30V 时，截止频率为 25.8kHz，输出 阻抗为 0.04Ω。
图 1 同步 Buck 变换器原理图
Fig.1 Sync-Buck converter diagram
按照小信号建模方法，在不计寄生参数影响的 条件下，闭环系统的输出阻抗为
Zoc
=
⎛ ⎜⎝
LCs2
+
L R
s
Ls +1⎞⎟⎠ ×[1+
Gvd
(s)H
(s)T (s)]
（1）
式中 T(s)——数字 PID 的等效传递函数，其中包
2009 年 3 月 第 24 卷第 3 期
电工技术学报
TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY
Vol.24 No. 3 Mar. 2009
级联式 DC/DC 变换器输出阻抗的 优化设计与稳定性
姚雨迎 1 张东来 1 徐殿国 2
（1. 哈尔滨工业大学深圳研究生院 深圳 518055 2. 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院 哈尔滨 150001）
若忽略等效串联电感和漏电电阻的影响，电容 的等效阻抗如式（3）所示
ZC
=
Resr
+
1 jωC
（3）
式中 Resr——等效串联电阻 ESR（Equivalent Series Resistance）；

电力电子变压器中双有源桥DCDC变换器的研究一、本文概述随着可再生能源和分布式发电系统的快速发展，电力电子变压器（Power Electronic Transformer, PET）在智能电网和微电网中扮演着越来越重要的角色。

作为PET的核心组成部分，双有源桥DCDC 变换器（Dual Active Bridge, DAB）因其高效率、高功率密度和良好的动态响应特性而备受关注。

本文旨在对电力电子变压器中的双有源桥DCDC变换器进行深入研究，探讨其工作原理、控制策略、优化设计及实际应用中的关键问题。

本文首先介绍电力电子变压器的基本概念和特点，阐述其在现代电力系统中的重要作用。

随后，重点分析双有源桥DCDC变换器的拓扑结构和工作原理，探讨其与传统DCDC变换器的区别和优势。

在此基础上，研究DAB变换器的控制策略，包括移相控制、电压控制等，并分析不同控制策略下的性能和特点。

本文还将关注DAB变换器的优化设计，包括参数选择、损耗分析、热设计等方面。

通过理论分析和实验验证，提出有效的优化方法，提高DAB变换器的效率和可靠性。

本文还将探讨DAB变换器在电力电子变压器中的实际应用，包括并网逆变器、储能系统、微电网等领域，分析其在实际运行中的性能和面临的挑战。

本文的研究成果将为电力电子变压器的设计和应用提供有益的参考，推动智能电网和分布式发电系统的发展。

二、双有源桥DCDC变换器的基本原理双有源桥（Dual Active Bridge, DAB）DCDC变换器是一种基于移相控制的双向DC-DC变换器，其基本原理是通过控制两个全桥逆变器的移相角，实现两个直流电源之间的功率传输和电压变换。

DAB变换器由两个全桥逆变器和一个高频变压器组成，每个全桥逆变器由四个开关管构成，可以独立地控制电流的流向。

高频变压器用于实现两个直流电源之间的电气隔离，同时传递功率。

DAB变换器的工作过程可以分为两个阶段：正向传输和反向传输。

在正向传输阶段，功率从高压侧传输到低压侧；在反向传输阶段，功率从低压侧传输到高压侧。

《基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的研究》篇一一、引言随着电力电子技术的发展，DC-DC变换器作为直流电源转换的关键设备，其在现代电子设备中得到了广泛应用。

近年来，LLC谐振技术在DC-DC变换器中受到了越来越多的关注，因为其能够提供高效、低损耗和优异的电压调整能力。

本文将重点研究基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器，探讨其工作原理、性能特点以及应用前景。

二、LLC谐振技术概述LLC谐振技术是一种基于电容、电感和谐振二极管的谐振电路，用于提高DC-DC变换器的效率。

它具有较高的电压转换比、低损耗和较小的电流纹波等优点。

LLC谐振变换器主要包括一个原边侧和副边侧的谐振电路，以及控制开关的工作周期。

通过控制开关的开通和关断，实现能量的传输和转换。

三、双向全桥DC-DC变换器结构与工作原理双向全桥DC-DC变换器采用全桥拓扑结构，结合LLC谐振技术，实现能量的双向传输和转换。

该变换器由四个开关管组成原边侧全桥电路，以及一个对应的副边侧全桥电路。

原边侧全桥电路中的开关管控制着能量的传输方向和传输速度。

在正向传输时，原边侧的开关管交替开通和关断，使能量从输入端传输到输出端。

在反向传输时，通过控制开关管的导通顺序和占空比，实现能量的回馈。

四、性能特点与优势分析基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器具有以下优点：1. 高效率：LLC谐振技术降低了开关损耗和磁化损耗，提高了变换器的效率。

2. 宽范围电压调整：通过调整开关管的占空比和导通顺序，实现宽范围的电压调整。

3. 双向传输：实现能量的正向传输和反向回馈，提高了能源利用率。

4. 软开关技术：减小了开关过程中的电流和电压峰值，降低了电磁干扰（EMI）。

五、应用领域与前景展望基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器在多个领域具有广泛的应用前景。

例如，在新能源汽车中，可用于电池组之间的能量管理；在太阳能光伏发电系统中，可用于实现最大功率点跟踪（MPPT）和能量回馈；在电力储能系统中，可用于提高能量的利用率和稳定性。

专利名称：一种适用于提高级联变换器系统稳定性的控制电路专利类型：发明专利
发明人：张东来,谷雨,吴小帆
申请号：CN201710093553.X
申请日：20170221
公开号：CN106787734A
公开日：
20170531
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种适用于提高级联DC‑DC变换器系统稳定性的控制电路，包括前后两级电源模块，前后两个电压控制模块以及交流扰动小信号采样模块，前后两级电源模块均采用Buck变换器，前级Buck变换器包括开关电源、开关管、二级管、电感以及电感等效串联电阻、电容以及电容等效串联电阻。

所述前后两级变换器的电压控制模块均包括输出电压采样单元、补偿单元和比较器，所述交流扰动小信号采样模块由差分放大器组成，所述差分放大器的同相输入端通过电阻与直流参考信号相连，反相输入端与通过电阻与CR串联低通滤波网络相连。

该发明结构简单，不需要添加额外的功率器件，同时不会影响级联变换器的效率和功率密度，具有较强的实用性。

申请人：哈尔滨工业大学深圳研究生院
地址：518000 广东省深圳市南山区西丽镇深圳大学城哈工大校区
国籍：CN
代理机构：深圳市科吉华烽知识产权事务所(普通合伙)
代理人：胡玉
更多信息请下载全文后查看。

DC-DC级联系统全局稳定性判据研究杜韦静，张军明，钱照明浙江大学电气工程学院，浙江省 杭州市 310027摘 要：随着新能源技术的大力发展，直流分布式系统以其独特的优势受到了越来越多的关注，逐渐成为业界的研究热点。

虽然系统中每个模块都能够单独稳定运行，但由于模块之间复杂的相互作用，整个系统的稳定性仍是令人困扰的一大难题。

在直流分布式系统中，级联是最基本的连接形式，故深入研究级联系统的稳定性对于确保整个系统稳定运行是非常重要的。

本文基于李雅普诺夫线性化方法和混合势函数理论，提出了新的小信号和大信号稳定性判据。

更有意义的是，提出的小信号和大信号稳定性判据可以合并为一个通用的全局稳定性判据。

该判据更加直观，应用方便，并能够保障级联系统在小信号和大信号扰动下均稳定运行，有助于在设计阶段选择适合级联的DC-DC变流器，并能提前预测级联系统的稳定性。

仿真和实验均验证了该判据的正确性。

关键词：李雅普诺夫线性化方法；混合势函数理论；DC-DC级联系统；稳定性1. 引言随着全球范围内对能源消耗以及环境保护的日益重视，如何高效利用能源，特别是如何利用新能源技术在世界范围内引起了广泛的关注。

但新能源系统的大范围接入也对传统电网的电压及频率稳定性造成了影响。

由于直流分布式系统能够更容易地与新能源的输出端口相连接，并且不包含无功分量，也不存在频率稳定性问题，故在大力发展新能源的今天，直流分布式系统也逐渐成为业界研究的热点。

直流分布式系统涵盖面很广，大到正处于研究阶段的直流电网，小到航空航天、通信以及舰船的分布式电源系统，均属于该范畴。

在直流分布式系统中，级联是最基本的连接形式。

虽然各种直流分布式系统的用途不同，形式也千差万别，但其最基本的结构是一样的，如图1所示。

能量通过DC-DC变流器1传递至直流母线，再通过DC-DC变流器2向负载或后级变图1 直流分布式系统的基本结构由于直流分布式系统中的变流器均是单独设计的，尽管每个变流器本身都能够稳定运行，但组成实际应用系统时，变流器之间的相互作用，以及变流器本身的非线性特性都可能导致系统出现不稳定的情况。

《级联分布式电源稳定性的分析与研究》篇一一、引言随着现代能源需求的增长和传统能源资源的逐渐减少，分布式电源技术越来越受到关注。

级联分布式电源系统（Cascade Distributed Power System，CDPS）作为一种新型的能源系统架构，通过整合各种可再生能源和储能设备，具有高可靠性、灵活性和可持续性等特点。

然而，这种系统的稳定性问题仍然是一个重要的研究课题。

本文旨在分析级联分布式电源系统的稳定性问题，并探讨相应的解决方案。

二、级联分布式电源系统概述级联分布式电源系统是一种由多个分布式电源单元组成的网络系统。

这些单元可以是太阳能光伏、风能发电、储能设备等。

这些单元通过级联的方式相互连接，形成一个复杂的能源网络。

这种系统具有高灵活性、高可靠性和可持续性等特点，可以满足不同地区、不同用户的能源需求。

三、级联分布式电源稳定性问题分析尽管级联分布式电源系统具有诸多优点，但其稳定性问题仍然是一个重要的挑战。

这主要表现在以下几个方面：1. 能源输出波动性：由于可再生能源的输出具有波动性，这会导致整个系统的能源输出不稳定。

2. 通信延迟和故障：级联分布式电源系统中的单元之间需要进行实时通信，以协调各单元的输出。

然而，通信延迟和故障可能导致系统的不稳定。

3. 负载变化：系统的负载可能会发生变化，这也会对系统的稳定性产生影响。

四、级联分布式电源稳定性分析方法为了解决级联分布式电源系统的稳定性问题，需要采用适当的分析方法。

目前常用的分析方法包括：1. 数学建模：通过建立系统的数学模型，分析系统的稳定性和动态特性。

2. 仿真分析：利用仿真软件对系统进行仿真分析，以验证数学模型的正确性。

3. 实验研究：通过实际实验对系统进行测试，以获取系统的实际性能数据。

五、级联分布式电源稳定性解决方案针对级联分布式电源系统的稳定性问题，可以采取以下解决方案：1. 优化能源管理策略：通过优化能源管理策略，使系统能够更好地适应能源输出的波动性。

第2期2012年3月电源学报Journal of Power SupplyNo.2Mar.2012基于群特性分析的DC-DC 变换器级联系统稳定性判据张波(华南理工大学电力学院，广东广州510640)摘要：电力电子变换器级联的稳定性分析是一个尚未解决的问题，线性电路的阻抗匹配规律不适合开关电路级联系统的分析和研究。

为此，论文尝试将研究对称性的基本理论———群论引入到DC-DC 变换器级联系统的分析中，试图根据DC-DC 变换器级联系统的物理结构，定义基本DC-DC 变换器级联系统的群集合，探讨它们的群特性，揭示群特性与级联特性之间的联系及物理意义，由此初步提出一个基于群特性分析的DC-DC 变换器级联系统的稳定性判据，为解决DC-DC 变换器级联的问题提供一个新的数学工具。

关键词：DC-DC 变换器；级联；群特性中图分类号：TM46文献标志码：A文章编号：2095-2805（2012）02-0001-05收稿日期：2012-03-23作者简介：张波（1962-），博士，教授，博士生导师，华南理工大学电力学院副院长，校“电力电子与电气传动”学科带头人。

基金项目：国家基金重点项目(50937001)引言对称性似乎是一个人人皆知的概念，提及对称性，很自然就定格为几何上的对称性，如等腰三角形的对称性、圆形物体的对称性等，对于大多数人来说，对称性仅是一个简单、具有几何意义的概念。

然而对称性除了几何意义外，也是自然界一个具有普适性定律，它的本质是指一个系统在某种变换下所具有的不变性，例如等腰三角形具有左右变换下的不变性、牛顿定律具有伽利略变换下的不变性等，换句话说就是若一个系统与另一个系统具有某种变换关系，那么它们就具有相同特性和规律，它们就是对称的。

为此，在物理、化学等众多领域，应用对称性原理预测和发现了大量未知规律，其中最著名的例子就是门捷列夫周期律的发现，对称性也被称为物理学的第一定理[1]。

电力电子变换器级联的目的是实现性能的提高，如采用多个DC-DC 变换器级联拓宽输入输出电压比；采用AC-DC 变换器与DC-AC 变换器和AC-DC 变换器级联降低隔离变压器体积等等[2-3]，显然级联是否可行和稳定，取决于各变换器的组成和结构。

DC-DC变换器分段线性系统的最小投影法切换律
肖文勋;张波;陈良刚
【期刊名称】《控制理论与应用》
【年(卷),期】2009(026)003
【摘要】采用分段线性系统分析方法,DC-DC变换器的稳定性研究和控制器设计变得十分简单和有效.本文首先基于分段线性系统的稳定性原理,建立实现系统全局稳定的最小投影法切换律.其次提出基于最小投影法的收敛率分析方法,揭示了分段线性系统在整个状态邻域收敛率快慢的本质,为改善最小投影法切换律的收敛率提供理论依据.最后以Boost DC-DC变换器为例说明以上理论研究的正确性,并以实验验证最小投影法切换律在DC-DC变换器实际应用中的可行性.
【总页数】3页(P329-331)
【作者】肖文勋;张波;陈良刚
【作者单位】华南理工大学,电力学院,广东,广州,510640;华南理工大学,电力学院,广东,广州,510640;华南理工大学,电力学院,广东,广州,510640
【正文语种】中文
【中图分类】TM46
【相关文献】
1.基于切换线性系统的DC-DC变换器的输出能控性研究 [J], 胡宗波;张波;胡少甫;邓卫华
2.双向DC-DC变换器基于切换系统的建模与储能控制 [J], 高明远
3.基于切换线性系统理论的DC-DC变换器控制系统的能控性和能达性 [J], 胡宗波;张波;邓卫华;张涌萍
4.DC-DC变换器双线性系统建模及基于李亚普诺夫直接法的控制方法 [J], 张涌萍;张波;丘东元
5.基于切换线性系统的DC-DC变换器矩阵系数多项式描述模型 [J], 杜贵平;张波;张涌萍;胡宗波;邓卫华
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。