Аннотация
В автономных системах электрического питания широко применяются импульсные преобразователи для стабилизации напряжения, получаемого от первичных источников. Существует множество различных типов импульсных преобразователей напряжения, среди которых часто применяются преобразователи Кука. Особенностью преобразователей Кука является малый уровень высокочастотных помех, которые вносятся преобразователем в цепь первичного источника питания. В тоже время сложная нелинейная динамика и медленные колебания являются неотъемлемым свойством переходных процессов в преобразователях Кука. Поэтому проблема синтеза эффективных регуляторов для преобразователей Кука является предметом многих исследований. В частности, существует множество работ, посвященных проблеме синтеза регуляторов для преобразователей Кука на основе методологии синтеза систем с организацией скользящих режимов. Однако в системах со скользящими режимами частота переключений, а также моменты переключений могут изменяться в зависимости от режима работы и параметров преобразователя напряжения. В тоже время в импульсных преобразователях напряжения режим переключения обычно организуется с помощью широтно-импульсного модулятора (ШИМ), где частота переключений и моменты переключений задаются параметрами ШИМ. В статье обсуждается синтез системы управления с тремя каскадами для преобразователя Кука. В первом каскаде управление входным током обеспечивается посредством ШИМ и пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора. Во втором – напряжение на емкости для передачи энергии стабилизируется ПИ регулятором. Наконец, в третьем каскаде желаемое напряжение на емкости, запасающей энергию, обеспечивается интегральным (И) регулятором. Синтез обоих ПИ регуляторов основан на методике разделения движений. Приведены результаты численного моделирования рассматриваемой системы управления.
Ключевые слова: преобразователи постоянного напряжения, импульсные преобразователи, преобразователь Кука, силовая электроника, широтно-импульсная модуляция, ПИ регулятор, управление, нелинейные системы, метод разделения движений
Список литературы
1. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники: учебное пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2009. – 671 с.
2. Erickson R.W. Fundamentals of power electronics.– [S. l.]: Springer Science & Business Media, 2013. – 773 p.
3. Kislovski A., Redl R., Sokal N.O. Dynamicanalysis of switching-mode DC/DC converters. – [S. l.]: Springer Science & Business Media, 2012. – 404 p.
4. Kazimierczuk M.K. Pulse-width modulated DC-DC power converters.– Chichester: John Wiley & Sons, 2008. – 782 p.
5. Cuk S., Middlebrook R.D. A new optimum topology switching dc-to-dc converter // Proceedings of IEEE Power Electronics Specialists Conference PESC'77, 14–16 June 1977, Palo Alto, California. – New York: IEEE, 1977. – P. 160–179.
6. Cuk S. A new zero-ripple switching dc-to-dc converter and integrated magnetics // Proceedings of IEEE Power Electronics Specialists Conference PESC'80, Atlanta, Georgia, 16–20 June 1980. – New York: IEEE, 1980. – P. 12–32.
7. Knight J., Shirsavar S., Holderbaum W. An improved reliability Cuk based solar inverter with sliding mode control // IEEE Transactions on Power Electro-nics.– 2006. – Vol. 21, iss. 4. – P.1107–1115.
8. Sira-Ramirez H., Silva-Ortigoza R.Control design techniques in power electronics devices. – London: Springer-Verlag, 2006. –441p.
9. Utkin V., Guldner J., Shi J.-X. Sliding mode control in electro-mechanical systems.– 2nd ed. – Boca Raton:CRC Press, 2009.– 503 p.
10. Ryvkin S., Himmelstoss F.A. Control problem of a novel low-voltage DC converter //COMPEL:The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering. – 2012. –Vol. 32,iss. 1. – P. 220–232.
11. Chen Z. PI and sliding mode control of a Cuk converter //IEEE Transactions on Power Electronics. – 2012. –Vol. 27, iss. 8. –P. 3695–3703.
12. Yurkevich V.D.Design of controller for buck-boost converter// Proceedings of 9th Russian-Korean International Symposium on Science and Technology, KORUS–2005, Novosibirsk, Russia, 26June – 2 July 2005. – Novosibirsk, 2005. –P. 741–745.
13. Yurkevich V.D.PWM controller design based on singular perturbation technique: a case study of buck-boost DC-DC converter //Proceedings of the 18th IFAC World Congress, Milan, Italy, 28 August – 2 September 2011. – Milan, 2011. –P. 9739–9744. – doi: 10.3182/20110828-6-IT-1002.00963.
14. Yurkevich V D., Zinoviev G.S., and Gordeev A.A.PWM Current Controller Design for Multi-level DC-DC Converter via Singular Perturbation Technique // The 12th International Conference and Seminar on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM 2011), Erlagol, Altai, Russia, 30 June – 4 July 2011. – Novosibirsk, 2011. – P. 390–398.
15. Филиппов А.Ф. Дифференциальные уравнения с разрывной правой частью. – М.: Наука, 1985. – 255 с.
16. Sira-Ramirez H.A geometric approach to pulse-width-modulated control in nonlinear dynamical systems //IEEE Transactions AutomaticControl. – 1989. –Vol. 34, iss. 2. –P.184–187.
