基于TSK-M模糊控制的移相全桥变换器的研究

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近些年,随着电源开关技术的发展,对电源的体积、可拓展性功能、功率密度、数据通讯功能有着更高的要求,促使电源数字化、模块化与高频化发展,开关电源逐渐取代线性电源。移相全桥变换器作为开关电源的一种,具有能量输出高、能量损失小的特点,传统的线性电源和控制方案难以满足高精度电源的要求,移相全桥变换器是直流充电桩的核心装置,大功率直流充电技术中移相全桥变换器的研究有着重要意义,如何实现移相全桥DC\DC变换器稳定的输出,已经成为直流充电领域的主流热点之一。研究移相全桥DC\DC拓扑模块电源,针对传统比例积分(PI)控制方案存在动态响应时间长、输出纹波值较大等问题,论文提出了一种将Takagi-SugenoKang(TSK)与Mamdani模糊控制结合的控制方案,即TSK-M模糊控制策略。首先,基于数字控制电源的优势,本文详细地分析了移相全桥变换器DC\DC变换器的发展现状及其软开关的应用;之后围绕移相全桥变换器的特点,分析移相全桥变换器的工作原理和关键波形,给出具体的公式为实际电路中的元件参数计算提供依据。其次,基于TSK-M模糊控制算法对移相全桥拓扑进行建模,在TSK-M算法的推导分析的基础上,应用Matlab仿真软件中的simulink模块完成移相全桥DC\DC变换器闭环控制系统。之后搭建了以DSP芯片为核心的数字控制平台,配置电源外设参数,设计数字电源智能控制算法,编写电源控制的电源状态程序,并实现了移相控制、TSK-M模糊控制、电路软启动、过流过压保护、以及闭环控制等功能。最后,通过仿真验证参数计算和设计的正确性,搭建变换器仿真系统并制作实物样机,验证所提方案的有效性。仿真和实验结果表明,设计结果与仿真结果匹配,达到设计指标,具备工程实践性,本文基于TSK和Mamdani控制,取长补短,构建以TSK-M模糊控制为核心的复合控制策略,在保证输出精度、系统稳态误差的基础上,所提的智能控制策略相比于传统控制方案动态响应时间能提升66%,纹波系数最大减小40%,对移相全桥变换器性能提升有指导意义。
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