基于模糊PI控制的Buck—Boost矩阵变换器控制策略研究

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011103673.1(22)申请日 2020.10.15(71)申请人 武汉工程大学地址 430074 湖北省武汉市洪山区雄楚大街693号(72)发明人 李自成　袁园　王后能　曾丽　熊涛　廖小兵　刘健　文小玲　(74)专利代理机构 湖北武汉永嘉专利代理有限公司 42102代理人 唐万荣(51)Int.Cl.H02M 3/156(2006.01)H02M 1/08(2006.01)G06F 30/20(2020.01)G06N 7/08(2006.01)(54)发明名称基于模糊时间延时反馈控制的Buck变换器混沌控制方法(57)摘要本发明公开了一种基于模糊时间延时反馈控制的Buck变换器混沌控制方法，该方法以Buck变换器为控制对象，利用电压输出v c 与自身延迟一定时间的参量之差Δv，通过一个增益作用到混沌系统，使得Buck变换器的电压、电流在有限时间收敛。

本发明的方法具有动态响应快，鲁棒性强，电压纹波小的优点，能够有效的控制Buck变换器中的混沌非线性现象，使系统稳定的工作在1‑周期轨道内，从而确保理想的输出质量。

权利要求书3页 说明书8页 附图10页CN 112271922 A 2021.01.26C N 112271922A1.一种基于模糊时间延时反馈控制的Buck变换器混沌控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据控制系统框图，对DC-DC变换器进行数学建模，得到DC-DC变换器的状态变量的混沌模型；S2、根据数学模型迭代，在matlab中建立相关模型，然后确定混沌状态DC-DC变换器能量状态，并进行分析；S3、基于模糊时间延时反馈控制方法，根据时间延时电压误差量，设计模糊控制器，对时间延时τ值进行模糊化，并在此基础上对反馈增益k2进行自适应选取，得到模糊时间延时反馈控制方法；S4、根据模糊时间延时反馈方法得到PWM控制信号，并使用该信号对DC-DC变换器进行控制。

基于自整定模糊PID控制的Buck变换器设计与仿真王淯舒;孙培德;吕蕾【期刊名称】《自动化与信息工程》【年(卷),期】2014(000)005【摘要】The PID controller’s structure is simple and has some characteristics of strong robustness and high reliability, but it cannot adjust PID parameters along with the change of interior parameters of the system, so that it cannot achieve optimal control. Aiming at this problem, we design a kind of PID control algorithm based on fuzzy control theory whose parameters can be self-tuning on line. The algorithm for the typical Buck converter is simulated by using Matlab2012. The simulation results show that the fuzzy PID controller can not only achieve high accuracy and high robustness control, but also can self-tuning PID parameters online.%DC-DC功率变换器在各个领域应用广泛，工业应用中大多采用PID控制。

尽管PID控制具有结构简单、鲁棒性和可靠性高等特点，但PID参数不能随系统内部参数的变化而自行调整，导致无法达到最优控制。

南京航空航天大学硕士学位论文Buck-Boost变换器的研究姓名：李宇申请学位级别：硕士专业：电机与电器指导教师：王慧贞20060201南京航空航天大学硕士学位论文摘要一种新的高可靠性飞机专用电源系统，需要研制一种大功率宽电压输入范围的DC/DC变换器电源。

在充分考虑不同DC/DC变换器拓扑特点的基础上，本文选用了Buck-Boost作为系统的主电路拓扑。

本文介绍了Buck-Boost电路的工作原理，建立了非理想Buck-Boost平均法的模型，对整个电路进行了单电压闭环参数设计的研究，实现了控制理论中零极点补偿法在电力电子中的应用，建立了闭环小信号模型，总结了设计校正网络的步骤和具体方法。

在利用MATLAB设计出校正网络的传递函数后，又在电路上验证了校正网络参数选择的正确性。

接着，本文给出了540W 27-270VDC/28VDC变换器的设计过程，并进行了损耗分析。

为了使系统能够在宽电压输入范围内稳定正常工作，本文实现了提出的变传递函数系统校正方法在电力电子闭环参数设计中的应用，并与闭环参数设计方法进行了比较，指出了该方法的优点，并通过仿真和实验验证了该方法的正确性。

关键字：Buck-Boost，DC/DC变换器，闭环设计，宽电压输入范围，非理想数学模型iBuck-Boost变换器的研究ABSTRACTDC/DC converter with high power and wide range input voltage was required for more reliable special aero-power systems. Through comparison of characteristics for different DC/DC topologies, Buck-Boost converter was selected as main topology of the power system.The working principle of Buck-Boost is first introduced, and averaging model of non-ideal Buck-Boost converter is established. The design details for voltage loop were given and zero-pole compensation method from classic control theory was applied to the filed of power electronics. Thus, small-signal model of closed-loop was established, with detailed design guidelines for correction network. Base on the above-mentioned analysis and also with the help of MATLAB simulation, transfer function of the correction network was designed. Then experimental results verify correctness of the network’s parameters. Besides, the design procedure and power loss analysis were given for a Buck-Boost converter of 540kW 27-270VDC/28VDC.By using the correction approach of vary-transfer function for designing parameter of closed-loop in the area of power electronics, the system could work reliably under wide range input voltage conditions. Compared with the design method of closed-loop parameter, the advantages of the correction approach of vary-transfer function were highlighted and testified by simulation and experimental results.Keywords: Buck-Boost, DC/DC converter, closed-loop design, wide range input voltage, non-ideal physical modelii承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

基于Buck-Boost矩阵变换器的异步电机调速控制策略张小平;尹翔;刘士亚【摘要】进行了将采用双闭环控制的Buck-Boost矩阵变换器用于异步电机调速系统控制的研究,设计了基于Buck-Boost矩阵变换器的异步电机调速控制策略.该策略根据异步电机的给定转速,基于矢量控制原理获得异步电机对应的输入电压,并以该电压作为Buck-Boost矩阵变换器的参考输出电压,再通过对Buck-Boost矩阵变换器采用双闭环控制策略使其实际输出电压与其参考输出电压保持一致,从而实现异步电机的实际转速对给定转速的准确跟踪,达到准确控制异步电机转速的目的.该控制策略的控制效果通过仿真得到了验证.仿真分析结果表明,异步电机采用基于Buck-Boost矩阵变换器的调速控制策略可取得良好的动态和稳态性能以及四象限运行特性,因而具有较好的应用价值.【期刊名称】《高技术通讯》【年(卷),期】2014(024)008【总页数】5页(P842-846)【关键词】Buck-Boost矩阵变换器(BBMC);异步电机;转速调节;控制策略;仿真【作者】张小平;尹翔;刘士亚【作者单位】湖南科技大学先进矿山装备教育部工程研究中心湘潭 411201;湖南科技大学先进矿山装备教育部工程研究中心湘潭 411201;湖南科技大学先进矿山装备教育部工程研究中心湘潭 411201【正文语种】中文矩阵变换器(matrix converter，MC)是一种具有简单拓扑结构的新型电力变换器［1，2］，它有一系列理想的电气特性，但存在电压传输比低等缺陷，由此限制了其推广应用［3，4］。

研究显示，通过改变其控制策略可有效提高其电压传输比［5－7］，但同时也带来了输出谐波过大等不良后果。

为此，文献［8］从改变矩阵变换器主电路拓扑结构出发进行了研究，提出了一种新型的升降压式(Buck－Boost)矩阵变换器(Buck－Boost MC，BBMC)，其主电路拓扑结构有效解决了传统矩阵变换器电压传输比低的难题，能实现输出电压和频率的任意调节，同时还具有输入电流正弦、输入功率因数可调等电气特性。

第31卷第6期中国电机工程学报V ol.31 No.6 Feb.25, 20112011年2月25日Proceedings of the CSEE ©2011 Chin.Soc.for Elec.Eng. 15 文章编号：0258-8013 (2011) 06-0015-07 中图分类号：TM 743 文献标志码：A 学科分类号：470·40基于互补PWM控制的Buck/Boost双向变换器在超级电容器储能中的应用张国驹，唐西胜，周龙，齐智平(中国科学院电工研究所，北京市海淀区 100190)Research on Complementary PWM Controlled Buck/Boost Bi-directional Converter inSupercapacitor Energy StorageZHANG Guoju, TANG Xisheng, ZHOU Long, QI Zhiping(Institute of Electrical Engineering, Chinese Academy of Sciences, Haidian District, Beijing 100190, China)ABSTRACT: Supercapacitor has imponderable advantages on the application of short and high power, and is very suitable for instantaneous power balance control in MicroGrid. In order to improve the utilization, the structure of supercapacitor bank, which is connected to the DC-bus of voltage source inverter (VSI) through Buck/Boost bi-directional converter, was presented in this paper. The DC-bus voltage of the VSI usually fluctuates with the change of the working state of the VSI, which may makes the unstable operation both of the Buck/Boost bi-directional converter and the VSI. The characteristic of complementary PWM control was analyzed and the mathematical model of complementary PWM controlled Buck/Boost bi-directional converter was established. Due to the fact that current and voltage dual-loop control cannot restrain DC-bus voltage fluctuation and improve the transient respond effectively, a power feed-forward compensator was added. Additionally, the beat observer was proposed instead of current sensor to improve load current measure accuracy Experimental and simulation studies were presented to show the effectiveness of the proposed control.KEY WORDS: Buck/Boost bi-directional converter; complementary pulse width modulation (PWM) control; beat observer; power feed-forward; DC-bus voltage; supercapacitor energy storage摘要：超级电容器等快速储能技术在短时大功率应用中具有较好的技术经济性，非常适宜于微型电网运行过程中的瞬时功率平衡控制。

Buck变换器的模糊控制系统设计及仿真梁树甜;沈虹【摘要】针对船舶直流区域配电系统中Buck变换器精确数学模型难以建立、经典控制系统设计困难的问题,提出了Buck变换器的模糊控制系统的设计方法和步骤,并建立了仿真模型.仿真结果表明,在Buck变换器输出电压的控制方面,模糊控制系统与经典PID控制系统相比,在超调量、震荡次数等控制指标上均有明显的优势.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2019(039)004【总页数】4页(P14-17)【关键词】直流区域配电;Buck变换器;模糊控制;控制系统设计【作者】梁树甜;沈虹【作者单位】武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064;大连测控技术研究所,大连116013【正文语种】中文【中图分类】TM571船舶区域配电系统与当前流行的辐射式配电系统有很大不同，组成区域配电系统的基本器件是电力传输母线和区域配电中心。

电力传输母线贯穿于全船的舷侧，将电能分配至区域配电中心，再通过区域内的电力变换设备和配电电缆，向区域内负载供电。

这不仅大大减少了穿透隔壁的电缆数量，而且区域配电系统便于模块式建造，使得设备的安装、调试和试验变得方便[1-3]。

直流区域配电是用直流电进行电能的传输和分配，与交流区域配电相比，直流区域配电有如下优势[4]：一是直流区域配电采用电力电子器件进行系统保护，能够提供比电磁断路器更好的故障隔离，有利于系统重构；二是直流区域配电能够摆脱发电机与负载电动机之间的转速耦合，利于原动机与电动机的优化设计。

直流变换器是直流区域配电系统的重要设备，其将一种直流电压转换为另一种直流电压，以供负载使用。

直流变换器输出电压的稳定性是其重要的技术指标，本文即研究一类直流变换器——Buck变换器的输出电压控制系统的设计。

Buck变换器电路基本结构如下图1。

在开关器件V导通时，电源向负载供电，负载电压为电源电压E，负载电流按指数曲线上升；当V关断时，负载电流经二极管VD续流，负载电压为零。

模糊 PI 智能优化控制在 Buck 电路中的应用研究
冯成臣;杨旭红;王严龙;王军成;李浩然;王亚楠
【期刊名称】《电测与仪表》
【年(卷),期】2015(000)005
【摘要】提出一种模糊PI智能控制方法，使得Buck电路在负荷波动时稳定输出，其中PI控制的初始值来源于直流变换器Buck电路的传递函数模型，根据该小信
号模型优化PI控制及模糊变量的论域，当负载波动时，系统有稳定的输出电压、
稳态误差小且有很好的鲁棒性，很好地应对了负载波动对该直流变换器输出电压的影响。

最后以仿真实验证实了该方法较传统PI控制有更好的动态性能和稳定性，
具有一定的实际价值。

【总页数】5页(P73-77)
【作者】冯成臣;杨旭红;王严龙;王军成;李浩然;王亚楠
【作者单位】上海电力学院自动化学院，上海200090;上海电力学院自动化学院，上海200090;上海电力学院自动化学院，上海200090;上海电力学院自动化学院，上海200090;上海电力学院自动化学院，上海200090;上海电力学院自动化学院，上海200090
【正文语种】中文
【中图分类】TM93
【相关文献】
1.神经模糊PI控制在冷连轧机弯辊系统中的应用研究 [J], 赵丽娟;邵欣;张佐;刘杰
2.基于遗传算法的模糊PI控制在蓄电池智能充电中的应用 [J], 孙红;田沛
3.相序优化模糊控制在智能交通中的应用研究 [J], 林涛;张可儿
4.模糊PI控制在永磁同步电机中的应用研究 [J], 陈震;刘振兴;费贵荣
5.基于遗传优化的模糊PID控制在智能除草中的应用研究 [J], 赵跃华;闫玮;陈树人;尹东富
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