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Buck DC-DC转换器的模型预测控制——基于Matlab的开发

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简介:
本研究探讨了在Matlab环境下针对Boost直流-直流(DC-DC)转换器应用模型预测控制策略的设计与实现。通过仿真验证,提出的方法能有效提升系统的动态响应和效率。 提出了一种用于降压 DC-DC 转换器的模型预测控制 (MPC) 方法,该方法基于转换器的离散模型。

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  • Buck DC-DC——Matlab
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    本研究探讨了在Matlab环境下针对Boost直流-直流(DC-DC)转换器应用模型预测控制策略的设计与实现。通过仿真验证,提出的方法能有效提升系统的动态响应和效率。 提出了一种用于降压 DC-DC 转换器的模型预测控制 (MPC) 方法,该方法基于转换器的离散模型。
  • 全桥隔离DC-DC仿真MATLAB隔离式PWM DC-DC
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    本研究介绍了一种用于开发隔离式PWM DC-DC转换器的MATLAB仿真模型,重点在于全桥隔离型DC-DC转换器的设计与性能分析。 全桥隔离式DC-DC转换器是电力电子领域中的重要电源转换装置,能够实现高电压、大功率的直流电能转换。本项目着重于开发一个基于MATLAB的PWM(脉宽调制)DC-DC转换器仿真模型,适用于280V到400V输入电压范围,并设计目标为提供10kW输出功率。 在设计该转换器时需考虑多个关键因素,包括纹波电流和输出电压纹波。本案例中,在满载条件下要求电流纹波不超过1.25A,而输出电压纹波控制在2V以内。通过优化滤波电路、选择适当的电容与电感参数及精确的PWM控制策略可降低这些数值。 MATLAB作为一个强大的数值计算和仿真工具,其Simulink模块库提供了丰富的电力系统组件,包括开关器件、电容、电感以及控制器等,使得构建这样的全桥隔离式DC-DC转换器模型成为可能。用户可以利用这些工具设计如PI控制器或更高级的滑模控制算法以确保转换器运行稳定并达到预期纹波指标。 在Simulink环境中,我们可以搭建电路拓扑结构,包括全桥逆变器、变压器、整流器和滤波电路。全桥逆变器由四个开关器件(例如IGBT或MOSFET)组成,通过控制其开关状态来改变输出电压。变压器在此起到隔离作用以增加系统的安全性。整流器将交流电转换为直流电,并且滤波电路用于减小输出电压的纹波。 在模型验证过程中,会进行各种仿真测试如稳态响应、瞬态响应和动态性能分析等。通过调整输入电压、负载条件及控制参数观察转换器性能变化以确定最佳设计方案。MATLAB强大的可视化功能使得数据分析与问题定位更加便捷。 提供的文件中可能包含了完整的仿真模型文件及相关脚本,用户可以导入并查看现有的设置来进一步理解和改进设计。这不仅是一个学习电力电子和控制理论的好例子,也是实践MATLAB应用技能的理想平台。 全桥隔离式DC-DC转换器的MATLAB仿真模型是理解其工作原理、优化设计与控制策略的有效工具。通过深入研究及调整该模型,工程师能够掌握如何在实际应用中实现高效且低纹波的电源转换。
  • SimulinkBuckDC-DC与仿真
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    本研究利用Simulink工具对Buck型直流-直流(DC-DC)转换器进行详细建模和系统仿真,旨在优化其性能参数并验证理论设计。 DC-DC变换器是所有开关变换器的基础与核心部分。其中Buck变换器是最典型的电路结构之一,对其进行建模仿真有助于理解其他电路的仿真方法。本段落采用电路分析法及Simpower法对主电路进行建模和仿真,并通过平均值模型建立主电路的传递函数;同时,在控制环路中为各个模块创建数学模型并推导其传递函数,利用Simulink工具得到未补偿状态下的波特图。根据这些数据设计出补偿网络后,再次获取新的波特图以评估性能改进情况。最后使用Simulink构建开环和闭环系统仿真模型,并通过波形对比验证了闭环系统的动态特性得到了提升。
  • DC-DC数学:适用Buck、Boost及Buck-Boost选择与闭环设计-MATLAB
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    本项目专注于DC-DC转换器的数学建模技术,特别针对Buck、Boost和Buck-Boost三种工作模式。利用MATLAB进行系统选择与闭环控制设计,旨在优化电源管理效率。 DC-DC 转换器模块表示使用第一原理数学模型的 DC 到 DC 电源转换器的行为模型。该转换器支持 Buck、Boost 和 Buck-Boost 拓扑的选择,并提供闭环设计功能。
  • 单输出降压DC-DC闭环-MATLAB
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    本项目专注于单输出降压型DC-DC转换器的设计与优化,采用MATLAB进行仿真和闭环控制系统开发,旨在提高电源效率及稳定性。 单输出降压转换器(Buck转换器)是一种广泛应用于电力电子系统中的直流-直流(DC-DC)转换器,用于将高电压转换为低电压以满足不同负载的需求。在本项目中,我们将专注于使用MATLAB进行闭环控制的单输出降压DC-DC转换器的设计与仿真。 作为强大的数学计算和建模工具,MATLAB提供了丰富的信号处理及控制系统设计功能。PI控制器是常用的选项之一,在Buck转换器的应用场景下能够提供良好的稳态性能以及快速动态响应。该控制器由比例(P)项和积分(I)项组成:前者对误差的当前值作出迅速反应;后者则通过累积历史上的误差来消除系统的静态偏差。 在设计过程中,首先需要建立Buck转换器的数学模型。这一模型通常基于开关周期内的平均电压与电流,并且考虑电感、电容及负载电阻等元件特性的影响。借助MATLAB中的Simulink库工具,例如“Discrete-Time Integrator”用于模拟电感、“Zero-Order Hold (ZOH)”表示开关动作以及“Voltage Source”代表输入电源等方式构建该模型。 接下来是PI控制器的设计环节。其参数(比例系数Kp和积分系数Ki)可通过理论计算、经验公式或自动调整方法获得。“PID Tuner”工具在MATLAB中可用以确定最优的控制参数,从而优化系统的性能指标如超调量、上升时间和稳态误差等。 将设计好的控制器与Buck转换器模型连接起来形成闭环系统。通过Simulink中的“Sum”和“Gain”模块实现两者之间的交互作用。完成仿真模型后,可以调整输入电压值、负载变化或开关频率等多种条件来运行模拟程序,并观察输出电压的动态响应情况。 在评估仿真的结果时,主要关注以下几个方面: 1. 稳态误差:检查设定值与实际输出电压是否一致且偏差小; 2. 动态性能指标:包括上升时间、超调量和稳定时间等参数反映系统对负载或输入电压变化的响应速度; 3. 输出纹波大小,以评估电容滤波效果的好坏; 4. 系统稳定性检查是否存在振荡或其他不稳定行为。 根据仿真结果可能需要反复调整控制器参数来优化系统的性能。通过深入研究具体的MATLAB代码和Simulink模型可以获取更详细的设计步骤及数值结果。 总之,在单输出降压DC-DC转换器的闭环控制中,利用MATLAB进行PI控制器设计不仅能够实现精确电压调节而且还能适应系统变化确保其稳定运行。这整个过程涵盖了数学建模、控制器设计、系统仿真以及性能分析等多个环节,充分体现了MATLAB在电力电子领域中的强大功能和应用价值。
  • Simulink双向隔离DC-DC,主要涉及DC-DCDC-AC
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    本研究基于Simulink开发了双向隔离型DC-DC变换器模型,涵盖了DC-DC与DC-AC转换技术,旨在优化电力电子系统的性能与效率。 双向隔离型DC-DC变换器的Simulink模型主要由双向隔离的DC-DC转换电路与直流交流(DC-AC)组成,并包括了DC-DC PWM整流器。
  • DC-DCSimulink仿真
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    本项目构建了用于分析和设计DC-DC转换器的Simulink仿真模型,旨在通过模拟不同工作条件下的性能,优化电路参数并评估其稳定性与效率。 本人在Simulink平台搭建的DC-DC变换器仿真模型,可以作为你自己的模型的一部分。
  • PWM PIDC-DCSimulink仿真-Matlab关电源.rar
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    本资源提供了一个基于脉宽调制(PWM)比例积分(PI)控制策略的DC-DC变换器在MATLAB Simulink环境下的仿真模型,适用于研究与教学用途。文件内含详细设计和开关电源应用示例。 本段落档包含使用PWM PI控制的DC-DC变换器配置仿真模型的相关内容,并提供了在Matlab Simulink中的开关电源实现方法。文档格式为RAR压缩包。
  • 交错双BoostDC/DC
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    本研究设计了一种基于交错控制技术的双Boost型直流-直流(DC/DC)变换器,旨在提高功率密度和降低输入电流纹波,适用于高效率电源供应系统。 本段落提出了一种交错控制双Boost型变换器,其包含两个Boost单元,并且对应开关管的驱动信号相位差为180°。详细介绍了该变换器在一个开关周期内的六种开关模态下的通断情况以及主要电压和电流的变化情况,并深入分析了它的性能特点。 实验结果表明这种变换器具有以下优点:控制简单可靠,可以使用现成的控制芯片;有源和无源器件都能实现软开关操作而无需增加额外的电流或电压应力。与传统的Boost型DC-DC变换器相比,在输入输出条件相同的情况下,该交错控制双Boost型变换器能够减小输入电感和输出电容的需求量。这是因为它使输入电感电流及输出电压纹波频率都变为开关频率的两倍,从而实现了倍频的效果。
  • 【Simulink仿真】BuckDC/DC.slx
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    本资源为Simulink模型文件,模拟了Buck型DC/DC变换器的工作原理。通过该文件用户可以进行电路设计与参数调整,并进行实时仿真分析。 BUCK型DC/DC变换器的Simulink仿真模型设计为输入10V输出5V。如果对原理不熟悉,可以参考我撰写的文章《BUCK型DC/DC变换器的建模与仿真》,其中详细介绍了建模和设计过程。