直流电能路由器用并联DC/DC变换器网络控制系统

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随着不可再生能源的紧缺,分布式可再生能源发电大量出现,随之孕生出可实现电能变换与能量流动控制的电能路由器。并联直流变换器(DC/DC Converter)可在额定电压下提供更大的输出功率,且无需使器件承受更大的电流应力,因此适用于电能路由器之中。然而其应用受网络控制中的传输时延与量化问题所影响,因此本文旨在研究并联DC/DC变换器网络控制系统(Networked Control System,NCS)的信号时延与量化问题,从控制算法设计、系统离散化、信号传输时延补偿和信号量化影响四个方面,研究网络控制问题对系统性能的影响,并进行改进。在连续域中通过结合滑模控制(Sliding Mode Control,SMC)和主从均流策略设计了并联DC/DC变换器的均流控制算法。考虑到所设计的控制算法需借助离散数字控制器来实现,所以对SMC系统进行离散化处理。研究了离散化对控制系统性能影响的机理,基于离散滑模存在条件推导出保证离散控制系统稳定的采样时间的约束条件,并通过仿真和实验揭示了离散采样周期对系统性能的影响关系,为控制算法移植提供理论指导。针对并联DC/DC变换器NCS的信号量化问题,首先在连续域中将量化器模型包含在控制器的设计之中,以此研究SMC系统的量化效应,根据滑模存在条件推导出量化步长的约束条件,揭示了量化器对系统性能的影响关系。接着进一步在离散域分析了量化器对控制系统的影响,推导出保证离散控制系统稳定的采样周期与量化步长的约束条件,为量化SMC系统的参数选择提供指导。针对并联DC/DC变换器NCS的信号传输时延问题,提出了一种基于缓冲区法和多步预估法的时延补偿方法。考虑NCS中信号传输时延对控制系统的干扰,分析了随机长/短时延对系统性能的影响,得到长时延的影响不可忽略。由此将随机长时延包含在控制器的设计之中,通过设计缓冲区以及利用多步预估法对系统控制信号进行超前预测,实现信号传输时延的补偿,缓解时延的影响。针对并联DC/DC变换器控制算法验证问题,在dSPACE实时仿真系统的基础上,设计了电压和电流采样与驱动电路,实现基于dSPACE的并联DC/DC变换器控制系统半实物仿真平台的搭建。接着参考dSPACE平台,利用DSP 28335数字控制器搭建了并联DC/DC变换器的NCS,以实现控制算法的移植。
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