淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
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系統識別號 U0002-1806200514424700
中文論文名稱 降壓型電源轉換器之強健控制器設計
英文論文名稱 Robust Controller Design for Buck Power Converters
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Electrical Engineering
學年度 93
學期 2
出版年 94
研究生中文姓名 雷勝凱
研究生英文姓名 Sheng-Kai Lei
電子信箱 692380735@s92.tku.edu.tw
學號 692380735
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2005-06-10
論文頁數 110頁
口試委員 指導教授-周永山
委員-王和盛
委員-胡國英
中文關鍵字 狀態空間平均法  強健控制  不確定性  擾動  區域性極點配置 
英文關鍵字 state-space average method  robust control  uncertainty  disturbance  regional pole placement 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 本文的目的主要是利用狀態空間平均法建立降壓型電源降壓轉換器的數學模型,以強健控制理論來設計控制器。由於降壓型電源轉換器的性能會受到內部元件參數變動與外界干擾的影響,例如: 電容值及電感值的匹配誤差、輸入電壓變動、負載變動等;因此,我們以不確定因素與干擾的概念來代表這些實際的變動情況,在控制器設計的過程中將這些因素列入考量。為了使直流轉換器具有穩定的輸出電壓以及快速的暫態響應,我們結合極點配置法與強健控制理論,以確保當系統受不確定因素影響與干擾時,可達到不錯的性能要求。數值模擬證實在有不確定因素與干擾時,我們所設計的強健控制器可以得到不錯的效果。
英文摘要 The main objective of this thesis is first to derive a mathematical model for a class of Buck power converters using the state-space averaging method and subsequently to design the controllers by applying robust control theory. Due to the fact that the performance of the Buck power converters would be affected by the parametric variations of the components and the influence of external disturbances, such as the mismatched errors of the capacitance and inductance, the variations of the input line voltage and the load; the notion of uncertainty and disturbance is employed to handle these situations and these factors are taken into account during the design of the controllers. In order to keep steady a prescribed output voltage and possess fast transient response for the Buck power converters in the face of the uncertainties and disturbances aforementioned, we integrate pole placement method and robust control technique for the controller design. Numerical examples demonstrate that the performances by our proposed controllers are satisfactory in the presence of the uncertainties and disturbances.
論文目次 目錄
第一章 緒論 -1-
1.1研究動機 -1-
1.2研究概況 -2-
1.3論文架構 -4-
第二章 背景知識 -5-
2.1前言 -5-
2.2線性分式轉換 -5-
2.3降壓型電源轉換器 -6-
2.4狀態空間平均法 -11-
2.5降壓型電源轉換器之數學模型 -13-
第三章 降壓型電源轉換器之不確定性模型 -25-
3.1前言 -25-
3.2利用線性分式轉換建模 -27-
3.3不考量元件值變動之建模 -32-
3.4考量元件值變動之建模 -48-
第四章 強健控制器之設計 -70-
4.1前言 -70-
4.2控制方法 -70-
4.3不考量元件變動之控制器設計 -82-
4.4考量元件變動之控制器設計 -84-
第五章 模擬結果 -88-
5.1前言 -88-
5.2不考量元件變動之模擬 -90-
5.3考量元件變動之模擬 -98-
第六章 結論與未來研究方向 -106-
參考文獻 -107-
圖目錄
圖2.1 下線性分式轉換………………………….…………………-6-
圖2.2 降壓型轉換器…………..……………….……………..………-7-
圖2.3 降壓型電壓轉換器在連續導通模式下操作……...…………..-8-
圖2.4 輸出濾波器之頻率響應………………………………...……-11-
圖2.5 降壓型電源轉換器之非理想電路模型…………...…………-13-
圖2.6 功率開關導通週期之等效電路…………………...…………-14-
圖2.7 功率開關關閉週期之等效電路…………………...…………-14-
圖3.1 電感與電容線性分式轉換的過程…………………...………-28-
圖3.2 負載線性分式轉換的過程………………………...…………-30-
圖3.3 之轉換過程…………………….…………...…………-31-
圖3.4 之轉換過程……………………….………...…………-31-
圖3.5 轉換過程…………………………….……...…………-31-
圖3.6 控制器之信號說明………………………………...…………-33-
圖3.7 輸入電壓沒有變動,負載沒有變動時之信號流程圖……….-34-
圖3.8 輸入電壓變動,負載沒有變動時之信號流程圖…………….-35-
圖3.9 輸入電壓變動,負載沒有變動時之 架構………..….-36-
圖3.10 輸入電壓沒有變動,負載變動時之信號流程圖……….….-37-
圖3.11 輸入電壓沒有變動,負載變動時之 架構………….-38-
圖3.12 輸入電壓變動,負載變動時之信號流程圖……………..….-43-
圖3.13 輸入電壓變動,負載變動時之 架構……………….-44-
圖3.14 輸入電壓沒有變動,負載沒有變動時之信號流程圖…….-49-
圖3.15 輸入電壓沒有變動,負載沒有變動之 架構….….-50-
圖3.16 輸入電壓變動,負載沒有變動時之信號流程圖………..….-53-
圖3.17 輸入電壓變動,負載沒有變動時之 架構……...….-54-
圖3.18 輸入電壓沒有變動,負載變動時之信號流程圖………..….-57-
圖3.19 輸入電壓沒有變動,負載變動時之 架構…...…….-58-
圖3.20 輸入電壓變動,負載變動時之信號流程圖……………….-63-
圖3.21 輸入電壓變動,負載變動時之 架構…………...….-64-
圖4.1 步階響應圖………………………………………………..….-71-
圖4.2 安定時間與極點之關係圖………………………………..….-72-
圖4.3 最大超越量與極點之關係圖……………………………..….-73-
圖4.4 符合設計的安定時間與最大超越量之極點區域圖……..….-74-
圖4.5 強健控制之 架構圖…………………………………….-76-
圖4.6 強健控制之 架構圖……………………………...….-77-
圖4.7 不考慮元件變動之 或 架構圖…………….….-82-
圖4.8 考慮元件變動之 或 架構圖……………….….-85-
圖5.1 降壓型電源轉換器之電路圖…………………………….….-88-
圖5.2 輸入電壓沒有變動,負載沒有變動之輸出響應……...…….-90-
圖5.3 8ms時輸入電壓變動………………………………………...-91-
圖5.4 8ms時輸入電壓變動…………………………………..…….-92-
圖5.5 6ms至8ms時負載變動2
圖5.6 6 ms至7 ms時負載變動2
圖5.7 6 ms至7 ms時負載變動2
圖5.8 輸入電壓沒有變動,負載沒有變動之輸出響應……………..….-98-
圖5.9 8ms時輸入電壓變動………………………………..………...….-99-
圖5.10 8ms時輸入電壓變動……………………………..………..….-100-
圖5.11 6ms至7ms時負載變動2
圖5.12 6 ms至7 ms時負載變動2
圖5.13 6ms至7ms時負載變動2
表目錄
表2.1 操作點與模型之關係………………………………...…..………..-23-
表3.1 不考慮元件值變動之建模分類……………………...……………-32-
表3.2 不考慮元件值變動之建模分類……………………………...……-48-
表4.1 不考慮元件值變動之建模分類………………………...…………-82-
表4.2 考慮元件值變動之建模分類…………………………...…………-84-
表5.1 不考量電感、電容的製造誤差時之系統響應比較表………...…..-97-
表5.2 考量電感、電容的製造誤差時之系統響應比較表…………...…-105-
參考文獻 參考文獻
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