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基于PWM的燃料电池DC/DC变换器建模与控制策略
| 论文题名： | 基于PWM的燃料电池DC/DC变换器建模与控制策略 |
| 关键词： | 燃料电池汽车;DC/DC变换器;脉宽调制;滑模控制 |
| 摘要： | 随着化石能源消耗和环境污染，燃料电池汽车逐渐进入人们的视野。由于燃料电池具有响应速度慢、输出电压变化范围大等特点，无法直接满足汽车母线电压要求，需要DC/DC变换器进行调节。本文以脉宽调制（PWM）的三相交错并联Boost变换器为研究对象，基于复合滑模控制策略提高其抗干扰性和动态特性。 （1）设计了DC/DC变换器拓扑结构。根据燃料电池输出特性确定DC/DC变换器设计指标，建立了三相交错并联Boost变换器拓扑结构。分析工作模式、工作状态和纹波抑制系数，并对元器件进行了参数计算。 （2）建立了DC/DC变换器数学模型。针对三相交错并联Boost变换器的状态方程进行平均化、线性化和s域变换，分别得到平均状态空间方程、时域和s域小信号模型，推导出控制量到输出电压的开环传递函数，并通过伯德图分析了其稳定性。 （3）设计了DC/DC变换器复合滑模控制策略。基于PWM DC/DC变换器滑模控制原理，建立了非奇异终端滑模控制器（NTSMC）。设计了扩张状态观测器（ESO）和广义比例积分观测器（GPIO），并给出渐进稳定性证明和参数设计方法。提出一种基于广义比例积分观测器的非奇异快速终端滑模控制（GPIO+NFTSMC），完成了稳定性分析和抖振抑制设计。结果表明GPIO+NFTSMC 相比于另外两种控制策略具有更好的抗干扰性及动态特性。 （4）分析了DC/DC变换器效率及工作模式。针对燃料电池汽车混合动力系统，分析了DC/DC变换器在不同输入电压下的工作效率，以及四种工作模式的切换下母线电压及电流变化情况，验证了所设计变换器的有效性。 通过分析并设计基于PWM 的燃料电池DC/DC 变换器拓扑结构和控制策略，使其满足了抗干扰性、动态特性和工作效率等要求。 |
| 作者： | 李凤阳 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 何锋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 贵州大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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