开关变换器的建模与控制pdf_开关变换器建模与控制的研究综述

# 开关变换器的建模与控制

**一、建模**

开关变换器的建模是理解其工作原理的关键。通过分析电路中的电感、电容等元件在不同开关状态下的电压和电流关系，建立状态空间模型。例如，在降压型开关变换器中，电感电流和电容电压是关键状态变量。根据电感的电压 - 电流关系以及电容的电流 - 电压关系，结合开关的导通与关断状态，可以得到变换器在不同阶段的动态方程。

**二、控制**

控制的目的在于稳定输出电压或电流。常用的控制方法有脉冲宽度调制（pwm）。通过反馈机制，将输出电压或电流与参考值比较，误差信号经过控制器（如pi控制器）产生pwm信号的占空比调整指令。这能有效应对负载变化和输入电压波动，确保开关变换器高效、稳定地工作，满足不同应用场景下对电源性能的要求。

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# 标题：开关变换器的建模与控制

开关变换器在现代电力电子系统中有着广泛应用。

**一、建模**

1. **状态空间平均法**
- 这是常用的建模方法。通过对开关变换器在不同开关状态下的电路方程进行平均化处理。例如，对于一个降压型（buck）变换器，在导通和关断状态下分别分析电感电流和电容电压的变化关系，然后在一个开关周期内求平均，得到连续的状态空间模型，可用于系统的动态特性分析。
2. **小信号建模**
- 在大信号模型基础上，引入小信号扰动。将输入、输出等变量表示为直流工作点和小信号分量之和。以得到变换器在稳态工作点附近的线性化模型，便于控制器的设计。

**二、控制**
1. **电压模式控制**
- 以输出电压为反馈量，通过误差放大器将输出电压与参考电压比较后生成控制信号，控制开关管的导通占空比，使输出电压稳定在期望值。
2. **电流模式控制**
- 除了电压反馈，还引入电感电流反馈。可以提高系统的动态响应速度和稳定性。

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# 开关变换器的建模与控制

开关变换器在现代电力电子系统中起着至关重要的作用。

**一、建模**

1. **状态空间平均法**
- 这是一种常用的建模方法。通过对开关变换器在一个开关周期内的状态变量求平均，将非线性的开关电路转化为线性时不变系统模型。例如在降压变换器中，考虑电感电流和电容电压作为状态变量，在导通和关断两种状态下分别列出方程，然后进行平均处理。
2. **小信号模型**
- 在大信号模型基础上，通过小信号扰动理论得到。它可以分析变换器在稳定工作点附近的动态特性，对于控制器的设计具有重要意义。

**二、控制**

1. **电压模式控制**
- 以输出电压作为反馈信号，与参考电压比较后产生误差信号，经过控制器（如pi控制器）调节占空比，实现对输出电压的稳定控制。
2. **电流模式控制**
- 除了电压反馈，还引入电感电流反馈。它具有更快的动态响应和更好的限流能力，在开关变换器控制中也被广泛应用。

这些建模与控制方法有助于提高开关变换器的性能和可靠性。

开关变换器的建模与控制 翻译

**title: modeling and control of switching converters: a brief introduction**

switching converters play a crucial role in modern power electronics. modeling these converters accurately is essential for effective control.

for modeling, state - space averaging is a commonly used technique. it simplifies the converter's behavior by averaging the switching waveforms over a period. this allows for the derivation of a continuous - time model that can be used for analysis and control design.

in terms of control, there are various methods. proportional - integral - derivative (pid) control is widely applied. it adjusts the duty cycle of the switching converter to regulate the output voltage or current. more advanced control strategies like model - predictive control are also emerging. these aim to optimize the converter's performance by predicting future behavior based on the model.

overall, proper modeling and control of switching converters are key to achieving high - efficiency power conversion in diverse applications.

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**标题：开关变换器的建模与控制：简介**

开关变换器在现代电力电子学中起着至关重要的作用。对这些变换器进行精确建模对于有效控制至关重要。

在建模方面，状态空间平均法是一种常用技术。它通过对一个周期内的开关波形求平均来简化变换器的行为。这使得能够推导出可用于分析和控制设计的连续时间模型。

在控制方面，有多种方法。比例 - 积分 - 微分（pid）控制被广泛应用。它通过调整开关变换器的占空比来调节输出电压或电流。像模型预测控制这样更先进的控制策略也正在兴起。这些策略旨在根据模型预测未来行为从而优化变换器的性能。

总的来说，开关变换器恰当的建模和控制是在各种应用中实现高效功率转换的关键。