论文部分内容阅读
数字控制方式具有灵活性好,可编程,易于实现各类高级的控制算法等优点,因此开关型功率变换器的数字化控制逐渐成为一股不可阻挡的发展趋势。但是,一方面,数字控制存在延迟,会给系统的稳定性带来不良影响。另一方面,数字控制功率变换器系统中的模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)和数字脉宽调制器(Digital Pulse Width Modulator,DPWM)存在量化效应,在某些情况下会导致系统发生极限环振荡。因此,为了保证系统的稳定工作,设计数字控制器时需要充分考虑延迟和量化的影响。本文以采用数字控制的DC-DC Buck变换器系统作为研究对象,首先考虑采样保持环节,AD转换延时和控制算法计算延时,构造闭环系统模型,给出了基于朱利判据法计算系统稳定工作参数范围的方法。在上述稳定范围内,由于数字控制中量化效应的影响,系统仍可能发生极限环振荡。接下来,对于本文所研究的近似为正弦形式的极限环振荡,采用描述函数法分别建立了 ADC和DPWM的动态量化模型,分析了量化及其所引起的等效动态增益之间的关系。之后,当DPWM的设计分辨率足够高满足避免两占空比级极限环振荡的动静态条件时,考虑ADC和DPWM可能在环路中引入的最大等效动态增益,给出了包含延迟和量化引起最大等效动态增益时的完整闭环系统模型,结合静态无极限环条件对积分补偿增益系数上限的约束综合考虑,可以计算出能充分保证系统稳定的补偿器参数范围。最后,进行了相应的Simulink仿真和基于FPGA的硬件电路测试验证。本文通过研究证实:一、输出电压的低频振荡是由系统的Neimark-Sacker分岔所引起的,系统分岔所导致的输出电压低频振荡振幅很大,因此可以忽略量化引起的动态增益对系统分岔的影响。二、低分辨率的DPWM可能在控制回路中引入很大的等效动态增益,使系统相位滞后达到180°时环路增益等于1,从而引起两占空比级极限环振荡。三、在系统分岔发生之前,受ADC和DPWM的量化效应在环路中引入的等效动态增益影响,系统可能已经发生了极限环振荡。因此,为了保证数字控制DC-DC变换器的稳定性,除了要保证一个高分辨率的DPWM,确定补偿器参数时还要综合考虑数字控制中的延迟和量化对闭环系统稳定性的影响。