双向DC/DC变换器工作原理与LQR参数整定

"这篇文章主要探讨了BeagleBone Black（BBB）硬件平台中一种双向升降压DC/DC变换器的工作原理及其控制策略。该变换器采用全桥式拓扑结构，能够实现电压的升降调节，适用于电池测试系统，具有较高的开关利用率和较低的电气应力。" 文章详细阐述了变换器的主电路结构，由四个功率开关管T1至T4构成，电感L和电容C分别起到储能和滤波的作用。在工作原理部分，文章指出该变换器区别于传统的全桥四象限DC/DC变换器，不仅具备电压升压和降压功能，而且开关效率更高，对电感和电容的电气应力影响较小。通过控制四个开关管的通断，可以实现正向降压、正向升压、反向降压和反向升压四种工作状态。 数学模型分析部分以正向降压为例，运用状态空间平均法建立了功率开关导通和关断时刻的状态空间平均方程，进而推导出基本状态空间平均方程。通过这些方程，可以求解稳态及扰动条件下的动态小信号传递函数，从而得知占空比到输出电压和输入电流的传递函数，这对于理解和设计控制策略至关重要。 在控制策略上，文章提到了采用双环串级控制，外环为电压环，内环为电流环，这种设计使得内环响应速度快于外环，确保了系统有较高的增益和快速的电流跟随性能，增强了系统的动态特性和抗干扰能力。进一步，文章介绍了线性二次型最优控制（LQR）在参数整定中的应用，以优化控制性能。参数整定对于确保系统优良的控制效果至关重要，而LQR方法提供了一种优化参数设置的有效途径。 文章最后提及了该研究的背景，即天津市自然科学基金项目和高等学校科技发展基金项目资助的电池测试系统，以及作者的简介和所属机构。通过SIMULINK仿真和样机测试，实验结果验证了所提出的双向DC/DC变换器方案的可行性和良好的动静态特性，适合应用于高功率因数可逆整流器级联的电池测试系统，实现能量的双向流动。 关键词涉及：双向DC/DC变换器、双闭环串级控制、全桥式拓扑、状态空间平均法和LQR控制。