移相全橋ZVSDC/DC變換器的極點(diǎn)配置自適應預測控制

摘要：闡述了移相全橋ZVSDC/DC變換器準線(xiàn)性建模思想以及極點(diǎn)配置自適應數字控制策略，并在此基礎上設計了變換器的數字控制系統，然后給出了電路仿真結果。仿真結果表明采用新提出的控制策略不僅保證了上述變換器在各變化的工作點(diǎn)都能獲得良好的動(dòng)態(tài)響應和穩定性,而且具有控制算法簡(jiǎn)單和控制過(guò)程易于實(shí)現的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：準線(xiàn)性模型；極點(diǎn)配置自適應控制；移相全橋ZVS變換器

1 引言

近年來(lái)，移相全橋ZVSPWMDC/DC變換器由于它的顯著(zhù)特點(diǎn)已經(jīng)在中大功率場(chǎng)合得到廣泛的應用。而通過(guò)采用模擬芯片UC3895調節其兩橋臂間對應開(kāi)關(guān)的導通相位差，可實(shí)現其PWM模擬控制。近年來(lái)隨著(zhù)微處理器價(jià)格不斷下降和計算能力不斷增強，采用數字控制已成為大中功率開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢。移相全橋ZVSPWM變換器是一個(gè)脈動(dòng)的非線(xiàn)性系統。非線(xiàn)性系統的數字控制是人們多年來(lái)研究的熱門(mén)課題之一。為了實(shí)現其高控制性能，本文采用數字信號處理器(DSP)來(lái)控制上述變換器。首先建立移相全橋ZVSPWM變換器的準線(xiàn)性模型，然后在此模型的基礎上應用極點(diǎn)配置自適應控制策略設計出數字控制系統。

2 移相全橋ZVSPWMDC/DC變換器的準線(xiàn)性模型

用狀態(tài)空間平均法建立的DC/DC變換器線(xiàn)性小信號模型，描述系統在額定工作點(diǎn)附近的工作特性。然而，由于這種方法規定變換器的參數只能在額定工作點(diǎn)附近變化，因此，對于工作在各種參數變化較大（如輸入電壓變化較大）的移相全橋變換器來(lái)說(shuō)，這種建模方法顯然不是很有效。為了克服這一缺點(diǎn)，文獻[2]提出了準線(xiàn)性建模方法。準線(xiàn)性模型由穩定點(diǎn)模型和該穩定點(diǎn)下的小信號擾動(dòng)模型兩部分組成。穩定點(diǎn)模型描述系統在特定輸入電壓和負載情況下的穩定特性，其穩定工作點(diǎn)是變化的；擾動(dòng)模型描述變換器在穩定點(diǎn)的暫態(tài)特性，它不是圍繞著(zhù)固定工作點(diǎn)作擾動(dòng)得出的小信號模型，而是圍繞著(zhù)變化的工作點(diǎn)作擾動(dòng)，且其變量比前者減少的小信號差分狀態(tài)方程來(lái)描述。

2.1 準線(xiàn)性小信號擾動(dòng)模型

移相全橋ZVSPWMDC/DC變換器主拓撲如圖1所示。如果以移相全橋變換器的輸出電感電流I_L，輸出電容電壓V_c，輸入電壓V_in和占空比D為變量，對這4個(gè)變量加小信號擾動(dòng)，就能得出精確的線(xiàn)性小信號模型。這個(gè)模型可以精確地描述移相全橋變換器工作在固定工作點(diǎn)附近的特性。而建立其準線(xiàn)性小信號擾動(dòng)模型時(shí)，不是對所有4個(gè)變量都施加擾動(dòng)，若選擇輸入電壓不作線(xiàn)性化擾動(dòng)，則作線(xiàn)性化擾動(dòng)的變量就只包括輸出電感電流I_L，輸出電容電壓V_c及占空比D，這樣移相全橋變換器穩態(tài)工作點(diǎn)不再是固定的，而是隨著(zhù)輸入電壓的變化而變化,從而，上述變量小信號擾動(dòng)的大小也應為變量瞬時(shí)值與其在相應的穩態(tài)工作點(diǎn)穩態(tài)值之差。圖2是移相全橋變換器線(xiàn)性小信號電路模型^[3]，（為有效占空比的總擾動(dòng)量；為濾波電感電流變化引起的的變化量；為輸入電壓變化而引起的的變化量；是原邊占空比的變化量）。

圖1 移相全橋ZVS變換器的主電路

圖2 移相全橋變換器的線(xiàn)性小信號電路模型

根據文獻[3]建立線(xiàn)性小信號模型的方法，建立準線(xiàn)性小信號擾動(dòng)模型，只要不考慮輸入電壓變化對有效占空比總擾動(dòng)量的影響，就可得出其準線(xiàn)性小信號擾動(dòng)模型，如圖3所示。

根據圖3可得出準線(xiàn)性小信號擾動(dòng)模型的狀態(tài)方程，即

（1）

式中：x(t)為狀態(tài)變量，包括小信號濾波電感電流和小信號濾波電容電壓兩個(gè)狀態(tài)變量，分別等于輸出電感電流和輸出電壓與它們的設定值之差；

D′為小信號占空比擾動(dòng)輸入；

y(t)為輸出變量；

L為輸出濾波電感量；

C為輸出濾波電容量；

R為負載；

V_in為輸入電壓；

n為變壓器副邊與原邊的匝數比；