毕业设计（论文）-DC-DC开关变换器的设计.doc

摘要
在实际电路中DC-DC开关变换器是一个强非线性离散性系统,因为开关器件在一个周期中即工作在饱和区又工作在截止区,系统在开关导通时间段和关断时间段都是线性的,即系统是按时间分段线性的和时变的,同时由于外部瞬态或持续扰动会引起变换器工作状态参数的线性变化,以及由于系统工作时导通比有上限和下限而使脉宽调制器具有饱和非线性。
而模糊控制用语言描述和规则的形式来直接表达操作人员,设计者和研究人员的直觉和经验,在不需要建模的情况下直接控制系统。DC-DC开关变换器是一个强非线性离散性系统,其内在的强非线性特征引起了学者们的很大关注,在最近的10年中,将模糊控制理论应用于DC-DC开关变换器中的研究广泛的展开。
本文提出前馈模糊控制和闭环电压反馈控制的复合控制模型,通过单片机实现对前馈电压的模糊控制,辅助闭环电压反馈控制系统来实现对正激变换器的控制。为了进一步改善系统的控制性能,对数字控制系统的主要补偿方法进行了全面的分析,最后选择用前馈控制来改善输出响应特性。详细介绍了前馈模糊控制系统的设计,主要包括以单片机AVR8515,A/D转换器AD7824和D/A转换器AD7528为主的硬件电路及软件设计。
关键词
模糊控制 DC-DC 单片机
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关键词:转换器;单片机;模糊控制;前馈控制;复合控制
目录
摘要 1
引言 1
1 模糊前馈控制系统 2
AVR8515单片机 2
A/D转换器AD7824 4
D/A转换器AD7528 6
系统的软件设计 9
前馈电压采样 11
2 闭环反馈电压控制系统 12
3 小结 13
结论 14
参考文献 15
致谢 16
引言
随着电力电子技术的发展,以现代电力电子功率器件为核心构成的各种功率变换装置的应用也日益广泛。 DC-DC变换电源是其中的一个重要应用分支。 DC- DC 开关变换器属于功率电子学(Power Electronics)的研究范畴,它涉及电子学、电力技术和控制理论等学科,功率电子学的研究对象可分为AC-DC(整流)、AC-AC(变频)、DC-AC(逆变)、DC-DC(斩波)四类变换器。DC-DC开关变换器又被称为斩波器,它主要是将不可控的直流电压转换成另一个可控的直流电压值,以满足不同用途的需要。
在实际电路中DC-DC开关变换器是一个强非线性离散性系统,因为开关器件在一个周期中即工作在饱和区又工作在截止区,系统在开关导通时间段和关断时间段都是线性的,即系统是按时间分段线性的和时变的,同时由于外部瞬态或持续扰动会引起变换器工作状态参数的线性变化,以及由于系统工作时导通比有上限和下限而使脉宽调制器具有饱和非线性。系统是离散系统,其控制部分有脉宽调制器,它在每一个开关周期内,通过驱动器控制晶闸管通断一次,控制是不连续的。由于PWM型DC-DC开关变换器的非线性特征使变换器的动态特性解析的分析方法较为复杂,阻碍了对PWM型DC-DC开关变换器的动态分析和设计,仅仅通过传统的控制方法很难进一步提高系统性能。因此,许多的控制理论研究者致力于发展更精确的非线性模型及其他高性能控制器。
DC-DC 开关变换器控制技术的进步很大程度上依赖于微处理器的发展。微处理器性能的提高使许多原来无法实现的控制方法得以实现,以及成本的下降使微处理器广泛的应用于控制。与模糊控制相对应的,在系统实现上,单片机由于具有电子计算机的基本组成部分和功能,同时又具备体积小,电路简单、故障率低、可靠性高和成本低廉等优点,而被应用于DC-DC开关变换器模糊控制的系统实现。ATMEL公司吸取PIC及MCS-51单片机的优点,并作了重大改进,发挥其FLASH存储器技术特长,于1997年由A及V先生共同研发出RISC结构单片机,简称AVR。与MCS-51和PIC系列相比较,AVR具有比较突出的性能,如执行速度更快、功耗更低、效率更高、芯片使用更简便等优点。本文选用ATMEL公司的AVR芯片实现对DC-DC开关变换器的模糊前馈控制。
前馈控制在及时消除扰动所带来的影响方面具有独到的特性,但由于前馈补偿控制是一种开环控制系统,对系统中的一些不可控分量是不可控制的,而反馈调节在反馈检验、消除这些不可控分量方面具有优越性,故在系统中将它们结合起来,采用前馈
——反馈控制模式,,有效地提高被控系统的性能。
复合控制系统框图
1模糊前馈控制系统
AVR8515单片机
ATMEL公司的AT90S8515嵌入式单片微处理器是一种基于AVR增强性能、RISC结构