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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:郭朝生
研究生(外文):Chao-Shen Kuo
論文名稱:升降壓型電源轉換器之T-S模糊模式控制
論文名稱(外文):T-S Fuzzy Model-based Control for Buck-boost Power Converters
指導教授:練光祐
指導教授(外文):Kuang-Yow Lian
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:電機工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:47
中文關鍵詞:強建性積分型模糊控制升降壓型電源轉換器零穩態誤差
外文關鍵詞:T-S fuzzybuck-boost converterrobustnessLMIintegral controlDC-DC
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T-S模糊模式(T-S fuzzy model),是這幾年來廣泛使用於處理非線性系統的控制方法之一。將非線性系統以模糊理論中的IF-THEN規則庫來取代,且其推論部份為線性方程式的形式為其主要特色,所以此模式化方式可近似或完整的表示某非線性系統。至於在控制器和估測器的設計上是使用所謂的平行分佈補償(PDC)的概念去設計,在最後並將穩定性分析的問題轉換為線性矩陣不等式(LMIs)的型式並用Matlab去求解。
在本論文中,以T-S模糊理論來設計PWM升降壓型電源轉換器的控制器。首先運用狀態空間平均法建立切換式轉換器非線性系統的動態方程式,並做積分型控制器的輸出調整,使系統中穩態誤差等於零。其做法乃將狀態參考點轉移至直流工作點之後,導入T-S模糊模式,以Lyapunov函數做系統穩定性分析,並利用線性矩陣不等式技術設計控制器的控制增益,最後以Matlab完成閉迴路系統模擬。
第二階段,以電子電路實作,並將模擬與實作結果比較,證明T-S模糊理論設計PWM升降壓型電源轉換器控制器,在負載變化或電源電壓變動下均有較佳的穩壓效果。
Nowadays, T-S fuzzy model is a rapid growing modeling method which originates from Takagi and Sugeno. It is described by fuzzy IF-THEN rules where the consequent parts are local linear models. So it can easily approximate or exactly represent a nonlinear system. Once a fuzzy representation of a nonlinear system is described by if-then rules, the control problem becomes to find a local linear or nonlinear compensator to achieve the desired objective. When considering controller and observer design we use the conception of parallel distributed compensation (PDC) to carry out these designs. The stability analysis and controller synthesis are then systematically formulated into linear matrix inequalities (LMIs). The LMI problem can be solved very efficiently by convex optimization techniques.
In this thesis, we apply T-S fuzzy theory to design the controller of PWM buck-boost converter. First, we use state-space averaging method to obtain the dynamic equations of the converters. An integral-type controller is introduced to deal with the output regulation problem. After using coordinate translation, a T-S fuzzy model suitable for designing control gains is formulated. The control gains are obtained by solving a set of LMIs. Finally, we end up with close-loop system simulations.
Second, we perform electrical implementation. The experiment results for the developed PWM buck-boost converter show satisfactory performance even that the loading and the input voltage suffer from changing.
中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
第一章 序論 1-1
1-1 概述 1-1
1-2 各類轉換器定義與原理 1-3
1-3 研究動機 1-5
第二章 Takagi-Sugeno模糊系統 2-1
2-1 簡介 2-1
2-2 Takagi-Sugeno模糊模式 2-1
2-3 由平行分佈補償(PDC)來設計控制器 2-5
2-4 由LMI來做控制增益 2-5
2-5 結論 2-6
第三章 升降壓型DC-DC電源轉換器之分析及模式推導 3-1
3-1 轉換器型態之介紹 3-1
3-2 升降壓型DC-DC電源轉換器工作原理 3-2
3-3 升降壓型DC-DC電源轉換器數學模式建立 3-2
3-4 Takagi-Sugeno模糊系統的輸出調整 3-5
3-5 控制器的設計及PDC的概念 3-7
3-6 系統穩定度分析及求解增益 3-8
3-7 模擬參數設計與結果 3-9
第四章 電源轉換器電路設計與實作結果 4-1
4-1 前言 4-1
4-2 轉換器功率電晶體的設計 4-1
4-3 電流檢測 4-3
4-4 轉換器元件的設計 4-3
4-5 線電壓源輸入濾波器設計 4-7
4-6 實作結果 4-7
第五章 結論與未來展望 5-1
5-1 結論 5-1
5-2 未來展望 5-1
圖表目錄

頁次
圖1-1 DC-DC電源轉換器方塊圖 1-1
圖1-2 線性電源供應器方塊圖 1-2
圖1-3 交換式穩壓電源供應器方塊圖 1-2
圖1-4 buck型式電源轉換器電路圖 1-4
圖1-5 boost型式電源轉換器電路圖 1-4
圖1-6 buck-boost型式電源轉換器電路圖 1-4
圖3-1 升降壓型DC-DC電源轉換器 3-1
圖3-2 MOSFET、Diode等元件的符號及ON、OFF等效電路 3-2
圖3-3 電感器及電容器等元件的符號及等效電路 3-2
圖3-4 轉換器在MOSFET “ON”,Diode “OFF” 動作的狀態 3-3
圖3-5 轉換器在MOSFET “OFF”,Diode “ON” 動作的狀態 3-3
表3-1 PWM升降壓型轉換器的參數值 3-12
圖3-8 PWM升降壓型轉換器輸出電壓波形 3-13
圖3-9 PWM升降壓型轉換器輸出電壓波形 3-14
圖4-1 MOSFET閘極(Gate)驅動電路 4-3
圖4-2 濾波電感、電容器電路圖 4-3
圖4-3 升降壓型轉換器電感電流波形 4-5
圖4-4 升降壓型轉換器電容電壓波形 4-6
圖4-5 線電壓源輸入濾波器 4-7
圖4-6 PWM升降壓型轉換器實作輸出電壓波形
當負載為 時,輸入電壓由 4-8
圖4-7 PWM升降壓型轉換器實作輸出電壓波形
當負載為 時,輸入電壓由 4-9
圖4-8 PWM升降壓型轉換器實作輸出電壓波形
當輸入電壓為 時,負載電阻由 4-10
圖4-9 PWM升降壓型轉換器實作輸出電壓波形
當輸入電壓為 時,負載電阻由 4-11
圖A-1 電感器電流檢測訊號轉換電路 A-1
圖A-2 積分誤差電路 A-1
圖A-3 模擬電容器電壓電路 A-2
圖A-4 控制增益電路 A-2
圖A-5 歸屬函數電路 A-3
圖A-6 控制器電路 A-4
圖B-1 PWM升降壓型轉換器實作相片 B-1
圖B-2 線電壓源輸入濾波器實作相片 B-1
圖B-3 控制器實作電路相片 B-2
圖B-4 功率開關(MOSFET)之驅動電路相片 B-2
圖B-5 負載電阻相片 B-2
圖B-6 電流檢測器相片 B-3
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