(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011103673.1
(22)申请日 2020.10.15
(71)申请人 武汉工程大学
地址 430074 湖北省武汉市洪山区雄楚大
街693号
(72)发明人 李自成 袁园 王后能 曾丽
熊涛 廖小兵 刘健 文小玲
(74)专利代理机构 湖北武汉永嘉专利代理有限
公司 42102
代理人 唐万荣
(51)Int.Cl.
H02M 3/156(2006.01)
H02M 1/08(2006.01)
G06F 30/20(2020.01)
G06N 7/08(2006.01)
(54)发明名称
混沌控制方法
(57)摘要
本发明公开了一种基于模糊时间延时反馈
控制的Buck变换器混沌控制方法，该方法以Buck
变换器为控制对象，利用电压输出v c 与自身延迟
一定时间的参量之差Δv，通过一个增益作用到
混沌系统，使得Buck变换器的电压、电流在有限
时间收敛。本发明的方法具有动态响应快，鲁棒
性强，电压纹波小的优点，能够有效的控制Buck
变换器中的混沌非线性现象，使系统稳定的工作
在1‑周期轨道内，
从而确保理想的输出质量。权利要求书3页 说明书8页 附图10页CN 112271922 A 2021.01.26
C N 112271922
A
1.一种基于模糊时间延时反馈控制的Buck变换器混沌控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据控制系统框图，对DC-DC变换器进行数学建模，得到DC-DC变换器的状态变量的混沌模型；
S2、根据数学模型迭代，在matlab中建立相关模型，然后确定混沌状态DC-DC变换器能量状态，并进行分析；
S3、基于模糊时间延时反馈控制方法，根据时间延时电压误差量，设计模糊控制器，对时间延时τ值进行模糊化，并在此基础上对反馈增益k2进行自适应选取，得到模糊时间延时反馈控制方法；
S4、根据模糊时间延时反馈方法得到PWM控制信号，并使用该信号对DC-DC变换器进行控制。
2.根据权利要求1所述的Buck变换器混沌控制方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：
S11、将Buck变换器中的电感电流和输出电压均作为状态变量，建立Buck变换器的状态空间模型：
当Buck变换器中的开关管S导通时，状态空间模型具体为：
当Buck变换器中的开关管S关断时，状态空间模型具体为：
式中，i L为电感电流，为电感电流的一阶导数，v c为输出电压，为输出电压的一阶导
数，R、L和C分别为Buck变换器中的电阻、电感和电容，且v in为Buck变换器的输入电压，开关管S为功率开关IGBT；
S12、采用频闪映射的方法，根据状态空间模型建立离散映射模型：
当开关S处于截止状态，系统离散模型为：
当开关S处于导通状态，系统离散模型为：
式中，且1/LC-k2>0。
3.根据权利要求2所述的Buck变换器混沌控制方法，其特征在于，步骤S1还包括步骤：
S13、根据系统离散映射模型分析Buck变换器中的非线性混沌现象，确定Buck变换器中的混沌状态。
4.根据权利要求1所述的Buck变换器混沌控制方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：
S21、根据加入模糊时间延时反馈控制算法前的系统控制框图，得出此时Buck变换器系统传递函数G1(s)：
S22、根据加入模糊时间延时反馈控制算法后的系统控制框图，得出此时ΔV con及新传递函数G2(s)：
△v con(s)＝k2V0(s)(1-e-τs)＝k2G1(s)V d(s)(1-e-τs) (6)
S23、使用谐波分析法分析加入模糊时间延时反馈控制算法前、后的Buck变换器输入电压分岔点的变化情况，以下分别为1-周期态及2-周期态关系式：
1-周期态：
v′con(dT)＝v ramp(dT) (8) 2-周期态：
v′con(dT+δ)＝v ramp(dT+δ)
v′con(T+dT+δ)＝v ramp(T+dT-δ) (9) S24、对1-周期及2-周期态关系式中v d(t)做傅里叶级数分解，得到1-周期及2-周期下输入电压V in与占空比d之间的关系：
1-周期态：
式中，w s＝2π/T，c10＝[v′con(t)]ave＝dV in G(0)；
2-周期态：
S25、使式(11)中δ→0，得到输入电压分岔点：
考虑到G(s)为低通滤波器，将上式分母近似为一次项分量，则有：
S26、由步骤S23得到，通过改变v ramp的取值范围改变分岔点；并且，改变G(s)中参数同样改变分岔点，故模糊时间延时反馈控制方法能够将Buck变换器控制到稳定状态；实现方法是修改G2(s)参数，即通过选取k2和τ的值，来增大分岔点，抑制混沌的出现，从而扩宽电压的稳定范围。
5.根据权利要求1所述的Buck变换器混沌控制方法，其特征在于，步骤S3具体包括以下步骤：
S31、设置模糊控制器，实现在控制过程中优先使用较大反馈增益k2及较小的时间延时τ引导Buck变换器到稳定状态，再切换为较小的反馈增益k2及较大的时间延迟τ，扩大Buck变换器稳定范围，给系统输入τ定义模糊集为：
τ＝{NB ZO PB}
式中，NB为T/16，ZO为T/4，PB为T。
S32、联立式(10)与式(11)，确定每个τ值对应的增益k2的范围，选取三个增益值，用于模糊规则匹配。
6.根据权利要求1所述的Buck变换器混沌控制方法，其特征在于，步骤S4具体包括：控制器输出量转化为PWM占空比作用于Buck变换器的功率开关管，进行系统开关管的开通与关断控制，进而控制Buck变换器的运行。
7.一种基于模糊时间延时反馈控制的Buck变换器混沌控制系统，其特征在于，包括：
建模模块，用于对Buck变换器进行数学建模，得到Buck变换器的状态变量的混沌模型；
采样模块，用于获取混沌模型中，电感电流值及输出电压值；
处理模块，用于根据电感电流值及电感电压值确定时间延时反馈后的电压差值；
控制模块，用于根据模糊时间延时反馈算法得到的PWM控制信号对Buck变换器进行控制。
基于模糊时间延时反馈控制的Buck变换器混沌控制方法
技术领域
[0001]本发明属于Buck变换器混沌控制技术领域，具体涉及一种基于模糊时间延时反馈控制的Buck变换器混沌控制方法。
背景技术
[0002]随着科学技术的不断发展及能源转换效率要求的迫切提高，开关电源凭借着高效率转换等优点逐渐取代了线性电源，并在电源家族中起到了重要作用。开关电源是所有用电设备的核心动力，其性能好坏决定了用电设备是否能够安全可靠运行。在电力电子系统实际应用中，经常会出现不明噪声、电磁干扰、次谐波振荡等一些奇异或者不规则的现象，导致系统运行紊乱、工作性能恶化。近二十年的研究表明，电力电子系统的这种行为不能简单地认为是由诸如电路接触不良、寄生参数或输入参数的扰动等原因造成的。它反映了系统本身固有的非线性特性，实际上是由混沌运动产生的。故DC -DC变换器在一定的条件下会出现混沌现象，导致它们的输出达不到理想值，甚至超过误差允许范围，而且电压纹波会大大增加。
[0003]Buck变换器作为最典型的DC -DC变换器之一，其混沌现象的产生及控制问题一直是研究的热点。而传统的控制理论已不能满足日益提高的控制性能要求，因此，在混沌理论的基础上，研究相应的非线性控制策略，将处于混沌态的Buck变换器稳定在单周期态上对提高Buck变换器的性能具有重要的意义。
发明内容
[0004]本发明解决的技术问题是提供一种基于模糊时间延时反馈控制的Buck变换器混沌控制方法，解决Buck变换器的混沌非线性现象问题。
[0005]本发明提供一种基于模糊时间延时反馈控制的Buck变换器混沌控制方法，包括以下步骤：
[0006]S1、根据控制系统框图，对DC -DC变换器进行数学建模，得到DC -DC变换器的状态变量的混沌模型；
[0007]S2、根据数学模型迭代，在matlab中建立相关模型，然后确定混沌状态DC -DC变换器能量状态，并进行分析；
[0008]S3、基于模糊时间延时反馈控制方法，根据时间延时电压误差量，设计模糊控制器，对时间延时τ值进行模糊化，并在此基础上对反馈增益k 2进行自适应选取，得到模糊时间延时反馈控制方法；
[0009]S4、根据模糊时间延时反馈方法得到PWM控制信号，并使用该信号对DC -DC变换器进行控制。
[0010]进一步地，步骤S1具体包括以下步骤：
[0011]S11、将Buck变换器中的电感电流和输出电压均作为状态变量，建立Buck变换器的状态空间模型：
说 明 书1/8页CN 112271922 A
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