開關(guān)式AC/DC轉(zhuǎn)換器反饋控制

時間：2024-06-26 15:19:05

關(guān)鍵字：反饋控制開關(guān)式AC/DC 轉(zhuǎn)換器

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[導讀]反饋控制是指在某一行動和任務(wù)完成之后，將實際結(jié)果進行比較，從而對下一步行動的進行產(chǎn)生影響，起到控制的作用。

反饋控制是指在某一行動和任務(wù)完成之后，將實際結(jié)果進行比較，從而對下一步行動的進行產(chǎn)生影響，起到控制的作用。其特點是：對計劃決策在實施過程中的每一步驟所引起的客觀效果，能夠及時做出反應(yīng)，并據(jù)此調(diào)整、修改下一步的實施方案，使計劃決策的實施與原計劃本身在動態(tài)中達到協(xié)調(diào)。當然，反饋控制主要是對后果的反饋，而已鑄成的事實是難以改變，且用新計劃代替舊計劃、用新決策代替原有決策有一個過程需要一定的時間，由于系統(tǒng)不能適應(yīng)情況的變化，將會給工作帶來不必要的損失。這就是反饋控制不及預先控制之處。

饋控制是指將系統(tǒng)的輸出信息返送到輸入端，與輸入信息進行比較，并利用二者的偏差進行控制的過程。反饋控制其實是用過去的情況來指導將來。在控制系統(tǒng)中，如果返回的信息的作用是抵消輸入信息，稱為負反饋，負反饋可以使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定;若其作用是增強輸入信息，則稱為正反饋，正反饋可以使信號得到加強。在自動控制理論中，“反饋控制”是信號沿前向通道(或稱前向通路)和反饋通道進行閉路傳遞，從而形成一個閉合回路的控制方法。反饋信號分“正反饋”和“負反饋”兩種。為了和給定信號比較，必須把反饋信號轉(zhuǎn)換成與給定信號具有相同量剛和相同量級的信號。控制器根據(jù)反饋信號和給定信號相比較后得到的偏差信號，經(jīng)運算后輸出控制作用去消除偏差，使被控量(系統(tǒng)的輸出)等于給定值。閉環(huán)控制系統(tǒng)都是負反饋控制系統(tǒng)。

常規(guī)方式是通過手動或自動掃頻的方式，給定激勵序列，得到對應(yīng)模型輸出序列，并采集輸入和輸出。

對于直流電機來講，我們采集的一般可以是：

給定狀態(tài)(電機給定速度)模型輸入(控制量u)模型輸出(電機實際速度，同時也可以一并把實際位置和加速度采了)我這里因為遙控壞了，所以沒做手動掃頻;我的方法是首先通過STM32的板載按鍵來改變電機給定速度(對于直流電機模型來說足夠了，但對于復雜系統(tǒng)來講還是不要這樣子簡便)，然后通過串口將待采集的數(shù)據(jù)打印到電腦端并保存。

2. 模型辨識

辨識方法有很多，這里使用MATLAB的系統(tǒng)辨識工具箱，得到a和b。

另外提一嘴，對于一階系統(tǒng)，我們也可以通過人工擬合的方法得到a和b：

對于a的確定，給定階躍響應(yīng)，當響應(yīng)幅值達到給定幅值的98%時，記錄此時的橫軸時域時間T = t(單位: s)，此時有 ?=4? 。

對于b的確定，在已確定a的前提下，在simulink中導入采集的實際輸入輸出，調(diào)整b并對比模型輸出和采集輸出，當兩者一致或接近一致時，b即為調(diào)整完畢。

反饋控制何謂反饋控制?開關(guān)式AC/DC轉(zhuǎn)換器通過確認實際輸出的DC電壓值，并根據(jù)該電壓信息對開關(guān)元件進行控制，從而確保穩(wěn)定實現(xiàn)規(guī)定的DC輸出。這種確認該輸出電壓值以控制開關(guān)元件的機制叫做反饋控制(FB控制)。

【開關(guān)方式電路結(jié)構(gòu)示例】反饋控制的示意圖開關(guān)式AC/DC轉(zhuǎn)換器通過二極管電橋?qū)C電壓進行整流，再通過電容器實施平滑處理，將AC電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓。然后，通過開關(guān)元件對該DC電壓進行斬波(ON/OFF)后，通過高頻變壓器降壓后傳遞到2次側(cè)，再利用電容器進行平滑處理，輸出規(guī)定的DC電壓(VDC)。

FB控制電路檢測實際輸出的該電壓值是否達到規(guī)定的目標電壓值。

【經(jīng)過平滑處理的輸出電壓示意圖】實際輸出電壓值低于目標電壓值時，則會對開關(guān)元件進行控制，使ON時間變長。這樣，輸出電壓值就會上升。反之，高于目標電壓值時，則控制ON時間變短。

這樣，反饋控制電路常時對實際輸出電壓值進行確認，并根據(jù)該值調(diào)整開關(guān)元件的ON/OFF時間，確保目標輸出電壓值的穩(wěn)定。

輕負載模式何謂輕負載模式?提高使用較少輸出電流時的效率的技術(shù)叫做輕負載模式。在DC/DC轉(zhuǎn)換器等中也叫脈沖串模式。輕負載模式示意圖開關(guān)式AC/DC及DC/DC轉(zhuǎn)換器通過ON/OFF轉(zhuǎn)換進行電壓斬波和電容器平滑處理，以穩(wěn)定提供目標輸出電壓值。

但是，這種轉(zhuǎn)換在ON/OFF時會產(chǎn)生瞬間漏電流(貫通電流)。也就是說，單位時間內(nèi)的ON/OFF次數(shù)越多，漏電流導致的損失越大，效率越低。

周期恒定(PWM控制)時，即使ON/OFF時間比有變化，其次數(shù)在單位時間內(nèi)也是恒定的。因此，自身功耗量也是恒定的，輕負載時這種轉(zhuǎn)換漏電流造成的損失會導致效率降低。故此，在使用電流少的情況下，通過頻率調(diào)制(PFM控制)將周期拉長、變慢，從而減少單位時間內(nèi)的ON/OFF轉(zhuǎn)換次數(shù)，以減少損失。這種技術(shù)就叫做輕負載模式。

【PWM方式和PFM方式】根據(jù)狀況區(qū)分使用PWM和PFM可進一步提高效率，如高負載(使用電流)時使用周期恒定的PWM控制，輕負載(不使用電流)時使用周期變化的PFM控制?！鯬WM (脈寬調(diào)制)：頻率恒定，通過開關(guān)ON從輸入電壓中調(diào)取輸出部分的控制方式?！鯬FM (脈沖頻率調(diào)制)：通過固定ON時間、改變頻率(改變OFF時間)來調(diào)取輸出部分的方式。反之，也有固定OFF時間、改變ON時間的方式。PWM和PFMPFM方式根據(jù)輸出電流量改變頻率，效率較高，但開關(guān)時會不定期發(fā)生噪音。這種頻率無法確定的噪音很難消除，要解決噪音，采用頻率恒定的PWM方式更容易操作。

這樣，噪音低的PWM和效率高的PFM可互為補充，高頻率驅(qū)動的高負載(噪音發(fā)生較多)時采用PWM，電流使用較少的低負載時采用PFM，擇優(yōu)使用，即可盡可能提高效率。

二、DC/DC轉(zhuǎn)換器

何謂DC/DC轉(zhuǎn)換器?DC/DC轉(zhuǎn)換器是一種將DC(直流)轉(zhuǎn)換為DC(直流)的元件，具體是指利用DC(直流)轉(zhuǎn)換電壓的元件。IC等電子元件各自的工作電壓范圍不同，因此需要轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓。

生成電壓低于初始電壓的轉(zhuǎn)換器被稱為"降壓轉(zhuǎn)換器";生成電壓高于初始電壓的轉(zhuǎn)換器被稱為"升壓轉(zhuǎn)換器"。名稱說明DC/DC轉(zhuǎn)換器是指將直流轉(zhuǎn)換為直流的裝置的名稱。

它常被稱為線性穩(wěn)壓器或開關(guān)穩(wěn)壓器等，以轉(zhuǎn)換方式的名稱命名。