BUCK DCDC变换器分岔和混沌的精确离散模型及实验研究
BUCK转换器中的分岔与混沌研究
BUCK转换器中的分岔与混沌研究
朱雪丰;徐冬亮;舒秀发;张新国
【期刊名称】《系统仿真学报》
【年(卷),期】2007(19)15
【摘要】BUCK开关转换器是一种典型的分段光滑动力学系统,改变转换器的电路参数条件会产生许多动力学行为。
我们建立了电路的动力学方程,改变电路各参数,采用数值仿真的方法来分析了转换器的分岔和混沌现象。
这对于研究其它DC-DC 转换器具有一般意义。
在这里采用的是MATLAB软件,并讨论了仿真时一些问题。
【总页数】4页(P3387-3389)
【关键词】BUCK;DC-DC转换器;数值仿真;非线性系统;分岔;混沌
【作者】朱雪丰;徐冬亮;舒秀发;张新国
【作者单位】兰州大学信息科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN710.4
【相关文献】
1.不连续运行模式电流型Buck-Boost变换器中的分岔和混沌 [J], 李小峰;戴栋;马西奎
2.Buck 开关变换器混沌和分岔现象研究 [J], 张黎明;董戈;汝晓鹏
3.DC-DC buck变换器的分岔行为及混沌控制研究 [J], 罗晓曙;汪秉宏;陈关荣;全宏俊;方锦清;邹艳丽;蒋品群
4.Buck变换器仿真模型及分岔与混沌研究 [J], 王春芳;王开艳;李强
5.BUCK DC/DC变换器分岔和混沌的精确离散模型及实验研究 [J], 张波;曲颖因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
DCDC开关变换器混沌现象研究综述
DCDC开关变换器混沌现象研究综述摘要：DC/DC功率开关变换器是开关电源的核心部分，通过对其混沌现象的研究可以更加深刻地认识DC/DC变换器的本质，也会在将来基于混沌现象提出新的设计方法和控制策略，实现现有DC/DC变换器无法达到的性能。
本文介绍了DC/DC变换器混沌现象的研究现状，对DC/DC变换器混沌现象的基本建模方法进行了综合对比分析，展望了DC/DC变换器混沌研究的发展和未来应用前景。
关键词：DC/DC变换器；混沌；非线性Keyword:DC-DCconverter；chao；nonlinear0引言近年来，开关电源在许多领域例如邮电通讯、军事装备、交通设备、仪器设备、工业设备和家用设备等方面得到了广泛的应用，电源是各电子设备的核心，电源系统出故障就会使整个电子设备不能正常工作，因此，电源系统质量的优劣和可靠性的高低直接决定着整个电子设备的质量。
DC/DC开关变换器作为开关电源的核心技术，在实际运行中出现诸如运行状态突然崩溃、系统不能按设计要求运行、系统运行不稳定等不规则和奇异的现象是常有的事。
DC/DC开关变换器的非线性是固有的，在运行中出现非常多非线性现象也不足为奇[1]-[3]，上述不规则和奇异现象是DC/DC开关变换器中混沌现象普遍存在的。
一旦DC/DC开关变换器在混沌区域运行，预测不了系统运行状态的原因就是混沌的不确定性，这对DC/DC开关变换器的控制性能造成的影响非常大，甚至会让它完全停止运行。
因此，我们不能只在稳定运行区域内研究DC/DC开关变换器，应该在非线性系统混沌现象理论的指导下，研究其运行规律。
1DC/DC开关变换器混沌现象研究现状目前，还没给混沌一个统一的定义，但混沌却有被人们普遍接受的基本特征：对初值的极端敏感性、存在不稳定周期轨道的稠密集、具有正的Lyapunov指数，功率谱连续、具有遍历性，普适性等。
早在20世纪80年代末，就有了关于DC/DC开关变换器的混沌现象的研究，而近些年来，这一领域的研究渐渐成为了国际上电力电子技术专家们研究的热门课题。
峰值电压反馈Superbuck变换器中分岔与混沌的实验研究
峰值电压反馈Superbuck变换器中分岔与混沌的实验研究毕闯;张千;向勇;冯雪松【期刊名称】《电子与信息学报》【年(卷),期】2013(000)009【摘要】该文针对太阳能光伏发电系统中一种重要的拓扑结构 Superbuck 变换器进行非线性动力学研究。
根据变换器的状态方程，采用频闪映射方法得到变换器的离散映射模型，然后以参考电压为分岔参数得到电感电流的分岔图。
最后通过建立实验电路来研究变换器的非线性动力学行为，验证系统从稳定到倍周期分岔直至混沌态的演化过程，同时通过分析电感电流的功率谱图，证明应用混沌技术可以有效地降低系统的电磁干扰(EMI)。
%The nonlinear dynamics of Superbuck converter is investigated because Superbuck converter is a kind of important topology in the solar photovoltaic power generation system. The discrete mapping model of Superbuck converter is derived by stroboscopic mapping method, based on state equation of the converter. Then the bifurcation diagram of the inductor current is got with the reference voltage as the bifurcation parameter. Finally, the nonlinear dynamics of Superbuck converter is studied by setting up the experimental circuit to verify the whole evolution from stable state to the period-doubling bifurcation state until the chaotic state. On the other hand, ElectroMagnetic Interference (EMI) of the system is effectively reduced through the application of chaos theory by analyzing the power spectra of the inductor current.【总页数】5页(P2261-2265)【作者】毕闯;张千;向勇;冯雪松【作者单位】电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室成都 610054; 电子科技大学能源科学与工程学院成都 611731;电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室成都 610054; 电子科技大学能源科学与工程学院成都 611731;电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室成都 610054; 电子科技大学能源科学与工程学院成都 611731;电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室成都 610054; 电子科技大学能源科学与工程学院成都 611731【正文语种】中文【中图分类】TP333.93【相关文献】1.电压模式Buck变换器无源反馈混沌控制 [J], 卢伟国;周雒维;罗全明;杜雄2.电流反馈型Buck变换器分岔动力学分析及稳定性控制 [J], 李哲;李颖晖;吴辰;陈柄任3.输入电压纹波对并联buck变换器分岔和混沌的影响 [J], 谢玲玲;高善明;龚仁喜;黄阳4.多级并联电流反馈型DC-DC升压变换器中的分岔与混沌 [J], 陈明亮;马伟明5.Buck变换器仿真模型及分岔与混沌研究 [J], 王春芳;王开艳;李强因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
Buck变换器仿真模型及分岔与混沌研究
系 统 仿 真 学 报© Journal of System Simulation
Vol. 19 No. 24 Dec., 2007
Buck 变换器仿真模型及分岔与混沌研究
王春芳，王开艳，李 强
（青岛大学自动化工程学院, 山东 青岛 266071）
摘 要：对工作于电流连续模式下的电压控制型 Buck 变换器，利用仿真软件 Matlab/Simulink， 建立了一个对其非线性现象进行研究的仿真模型。根据其结构、电路参数及不同的工作条件，该模 型可分别从时域与相图的角度对 Buck 变换器中的分岔与混沌进行分析。通过计算机仿真，观察到 了以输入电压和输出电容作为分岔参数的混沌现象及系统输出特性，在 V-I 相图中观察到了系统由 稳定到混沌的演化过程。所有仿真结果均与以往的理论分析相符，因而验证了该模型的合理性和 可行性。具有重要意义的是该建模方法也适用于其它 DC/DC 变换器。 关键词：Buck 变换器；建模；仿真；分岔与混沌 中图分类号: TM219; TM17 文献标识码：A 文章编号：1004-731X (2007) 24-5824-03
整理得：
⎡ dvc ⎤ ⎡ −1 ⎢ dt ⎥ ⎢ RC ⎢ ⎥=⎢ ⎢ diL ⎥ ⎢ −1 ⎢ dt ⎦ ⎥ ⎣ ⎢L ⎣
1 C 0
⎤ ⎥ ⎡ vc ⎤ ⎡ 0 ⎤ ⎥ ⎢ ⎥ + ⎢ ⎥ Vin ； ⎥ ⎣ iL ⎦ ⎣ 0 ⎦ ⎥ ⎦
3
(3)
仿真结果分析
电路参数为[10]： L=20mH(电感)，R = 22Ω (电阻)， A=8.4
(a) VT导通等值电路 图2
(b) VT关断等值电路
Buck变换器等值电路
电压反馈型BOOST变换器闭环控制系统的分岔及混沌
电压反馈型BOOST变换器闭环控制系统的分岔及混沌苏琦;陆益民;黄险峰【摘要】为了弥补以往对DC—DC变换器非线性特性的研究主要是在开环或比例积分( PI )控制下进行的不足，在分段光滑系统状态空间模型的基础上，根据凯莱—哈密尔顿定理，建立了比例-微分( PD)控制电压反馈型Boost变换器闭环控制系统的精确离散映射，推导了系统的稳定性条件，讨论了PD控制器参数对变换器系统稳定性和分岔的影响，定性分析了系统的倍周期分岔和混沌现象产生的机理，指出控制器的比例增益对系统的稳定性起主导作用。
最后，搭建了变换器实验电路，结果表明了理论分析和仿真的正确性。
研究结果为深刻认识该类变换器的非线性特性提供借鉴意义。
%The previous studies on nonlinear behavior of DC/DC converters mainly focused on the open-loop and proportional-integral ( PI) control systems. To make up the deficiencies, the precise discrete mapping of a voltage-mode closed-loop controlled Boost converter system is derived from its piecewise smooth state space model depending on Cayley-Hamilton theorem. The stability condition of the system is analyzed. The parameters of PD controller influence on stability and bifurcation, as well as the mechanism that produced chaos from period-doubling bifurcation are discussed. The re-sults found that the proportional gain is a dominant parameter affecting the stability of the system. Finally, the analysis results are verified through simulation and experiment. The results provide a reference for a profound understanding of the nonlinear characteristics of such kind of converters.【期刊名称】《广西大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】9页(P1192-1200)【关键词】Boost变换器;电压反馈型;PD控制器;分岔【作者】苏琦;陆益民;黄险峰【作者单位】广西大学电气工程学院，广西南宁 530004;广西大学电气工程学院，广西南宁 530004;广西大学土木建筑工程学院，广西南宁 530004【正文语种】中文【中图分类】TM13;TP17DC-DC 变换器电路的核心器件是功率半导体器件。
Buck变换器的分数阶仿真模型与混沌分析
Buck变换器的分数阶仿真模型与混沌分析孙会明;陈薇;孙龙杰;黄云龙【摘要】According to the fact that inductance and capacitance is essentially fractional order,in combination with fraction⁃al calculus theory and improved Oustaloup fractional calculus filter approximation algorithm,the fractional⁃order mathematical simulation model and the corresponding circuit simulation model of Buck converter controlled by voltage and worked in continu⁃ous current mode were established in MATLAB/Simulink. the correctness of the models was verified by simulation. The chaotic behavior of Buck converter,which few people select reference voltage and scaling factor as chaos control variable,is studies on the basis of fractional mathematical simulation model. Two VI chaotic phase diagrams of Buck converter taking reference voltage and scaling factor as control variable were obtained. This model can analysis seven cases that all variables may lead to chaotic behavior of voltage⁃controlled Buck converter. Meanwhile the impact of the order of Buck converter on dynamic response is also analyzed in this paper. The establishment method of this model is applied to the fractional model establishment of other DC / DC converters.%基于电感和电容本质上是分数阶的事实，基于分数阶微积分理论结合改进的Oustaloup分数阶微积分滤波器近似算法，在Matlab/Simulink下建立了电流连续模式下的电压控制型Buck变换器的分数阶数学仿真模型和对应的电路仿真模型，通过仿真验证了该模型的正确性。
电压控制型BUCK变换器DCM的精确离散模型及分叉稳定性分析
— —开关 S 关断， 二极管 2— 模 态 3— — —二 极 图 I 电 压 反 馈 型 BUCK 变 换 器 典 VD 导 通； 管 VD 和开关 S 都不导通 . 型电路 根据三个模态列状态 方程如下： ' = AI ! + BI E ， x ' = A2 ! + B2 E ， x ' = A3 ! + B3 E ， x
tI I + "（ t" -!） 3 I
#3 Ed !
T T2 RT2 和# = + 2 . $= I - C 2 （ R + rc ） 2 C（ R + rc ） （ R + rc ） 2 LC 可以看到 （II） 式的表达式较简单， 但其代价是丢失掉了 许多有用的信息， 并且仿真结果与实际的误差较大 .
收稿日期： 修回日期： 2001-10-31； 2002-04-09
I254 设状态变量向量为 ! T ［ 1C iL ］ ， 变换器工作在 = 不连 续 运 行 模 式 时， 电路 有三个不同的线性工作模 态： 模 态 I— — —开 关 S 导 通， 二极管 VD 关断； 模态
电
子
学
报
2002 年
［1］ 课题 已就连 . 对 BUCK、 BOOST、 BUCK-BOOST、 CUK 变换器， 续、 不连续模式运行、 电压反馈或电流反馈的控制方式运行都
2
不连续运行模式下 BUCK 变换器的精确离散模 型
进行了一定的探索， 在非线性模型建立、 现象分析方面作了相
电压反馈型 BUCK 变换器典型电路如图 1 所示， 图中考 虑了输出滤波电容的寄生电阻
第8期 2002 年 8 月
降压型变换器的分叉及其混沌行为的研究
降压型变换器的分叉及其混沌行为的研究冯友宏;关可;陈天琴【摘要】针对DC/DC开关变换器存在的非线性混沌现象,利用时间离散映射方法,导出了DC/DC Buck变换器的精确离散模型,研究DC/DC Buck变换器分又和混沌现象动态演化过程.分析DC/DC Buck变换器的稳定性,最后通过仿真验证了系统的分叉和混沌行为.研究结果表明要使DC/DC Buck变换器工作于稳定状态,可以利用控制电压反馈系数的方法预防和消除分又及混沌现象的发生.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2007(030)020【总页数】4页(P154-156,159)【关键词】DC/DC Buck变换器;离散模型;分叉;混沌【作者】冯友宏;关可;陈天琴【作者单位】安徽师范大学,物电学院,安徽,芜湖,241000;长安大学,信息工程学院,陕西,西安,710064;长安大学,信息工程学院,陕西,西安,710064【正文语种】中文【中图分类】TN710DC/DC变换器运行中产生大量的非线性现象，主要是功率器件开关引起的[1]。
已有研究表明，在DC/DC开关变换器实际运行中，时常会出现一些奇怪或不规则现象，如不明的电磁噪声、临界运行状态的突然崩溃、系统运行的不稳定和无法按实际要求工作等现象，这些现象是DC/DC变换器固有的非线性特性----分叉和混沌现象的一种外在表现[2，3]。
DC/DC变换器一旦进入混沌工作状态，由于混沌运动的不确定性将导致系统运行状态的无法预测和控制，甚至完全无法工作。
因此，功率变换器分叉和混沌现象的研究，对于避免、消除和利用混沌具有非常重要的指导意义。
文献[4]分别用输入电压和负载电容作为分叉和发生混沌的参数进行了仿真试验。
选取电压反馈系数作为分叉和发生混沌的参数，通过调整反馈参数，可以实现各种周期轨道的稳定控制。
由于系统处在周期运动区时，其电压转换效率高于系统处在混沌运动区时的电压转换效率，因此研究这种电路系统的混沌控制具有重要的实用价值。