搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

峰值电流模式控制同步开关Z源变换器的动力学研究

向俊杰 毕闯 向勇 张千 王京梅

引用本文:
Citation:

峰值电流模式控制同步开关Z源变换器的动力学研究

向俊杰, 毕闯, 向勇, 张千, 王京梅

Dynamical study of peak-current-mode controlled synchronous switching Z-source converter

Xiang Jun-Jie, Bi Chuang, Xiang Yong, Zhang Qian, Wang Jing-Mei
PDF
导出引用
  • Z源变换器由于Z源网络的嵌入,具有高电压传输比,降低开关器件损耗,提高系统效率等优点,在直流变换、逆变等许多领域具有广泛的应用. 本文研究了基于峰值电流模式控制的同步开关Z源变换器的非线性动力学,建立了连续电流模式下同步开关Z源变换器的离散迭代映射模型;通过特征值的运动轨迹分析了参考电流对系统稳定性的影响,给出了系统稳定运行的参数域;基于分岔图和Lyapunov指数图发现了此变换器存在倍周期分岔、边界碰撞分岔、切分岔和阵发混沌,分析了边界碰撞分岔和混沌演化过程及其产生的机理;最后通过电路仿真和实验验证了理论分析的正确性. 研究结果表明:随着参考电流的增加,峰值电流模式控制同步开关Z源变换器从周期1经历倍周期分岔进入周期2和周期4,然后由于边界碰撞分岔过渡到阵发混沌态,接着通过切分岔进入周期3,最后再次由于边界碰撞分岔进入混沌态.
    Z-source converter can have a high voltage transmission ratio, reduce the losses of switching devices, and improve the efficiency of the system, etc., because of embedding the Z-source network into the system, which makes it find wide applications in DC conversion, inverters, etc. Nonlinear dynamics of the peak-current-mode controlled synchronous switching Z-source converter is studied for the first time so far as we know. The discrete iterated mapping model under continuous current mode is established, while the effects of the reference current on the stability of the system are analyzed by using the trajectories of eigenvalues, and the steady state operation parameter domain is schemed. Period-doubling bifurcation, border-collision bifurcation, tangent bifurcation and intermittent chaos are found in this converter based on the bifurcation diagram and the Lyapunov exponent diagram, and the evolvement and mechanism of the border-collision bifurcation and chaos are analyzed. Finally, the circuit simulation and the experimental results show that the theoretical analysis is correct. Results obtained indicate that with the increase of the reference current, the peak-current-mode controlled synchronous switching Z-source converter goes from period 1 into period 2 and period 4 through the period-doubling bifurcation, and moves into the intermittent chaos due to the border-collision bifurcation. Then the system exhibits a period-3 behaviour because of the tangent bifurcation. Finally, the converter moves into chaos due to the border-collision bifurcation again.
    • 基金项目: 广东省引进创新科研团队项目(批准号:201001D0104713329)和中央高校基本科研业务经费(批准号:ZYGX2013J114)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Guangdong Innovative Research Team Program, China (Grant No. 201001D0104713329) and the Fundamental Research Fund for the Central Universities, China (Grant No. ZYGX2013J114).
    [1]

    Liu H C, Yang S, Wang G L, Li F 2013 Acta Phys. Sin. 62 150505 (in Chinese) [刘洪臣, 杨爽, 王国立, 李飞 2013 62 150505]

    [2]

    Li G L, Li C Y, Chen X Y, Mu X M 2012 Acta Phys. Sin. 61 170506 (in Chinese) [李冠林, 李春阳, 陈希有, 牟宪民 2012 61 170506]

    [3]

    Zhou G H, Bao B C, Xu J P, Jin Y Y 2010 Chin. Phys. B 19 050509

    [4]

    Ma W, Wang M Y, Nie H L 2011 Acta Phys. Sin. 60 100202 (in Chinese) [马伟, 王明渝, 聂海龙 2011 60 100202]

    [5]

    Dai D, Ma X, Zhang B, Tse C K 2011 Chaos Soliton. Fract. 44 464

    [6]

    Wang X M, Zhang B 2009 Proceedings of the CSEE 29 22 (in Chinese) [王雪梅, 张波 2009 中国电机工程学报 29 22]

    [7]

    Xie F, Yang R, Zhang B 2011 IEEE Trans. Circuits Syst. I 58 2269

    [8]

    Liu F 2008 Chin. Phys. B 17 2394

    [9]

    Yang P, Xu J P, He S Z, Bao B C 2013 Acta Phys. Sin. 62 160501 (in Chinese) [杨平, 许建平, 何圣仲, 包伯成 2013 62 160501]

    [10]

    Zhou G H, Xu J P, Bao B C, Zhang F, Liu X S 2010 Chin. Phys. Lett. 27 090504

    [11]

    Wang F Q, Zhang H, Ma X K 2008 Acta Phys. Sin. 57 1522 (in Chinese) [王发强, 张浩, 马西奎 2008 57 1522]

    [12]

    Wang F Q, Zhang H, Ma X K 2008 Acta Phys. Sin. 57 2842 (in Chinese) [王发强, 张浩, 马西奎 2008 57 2842]

    [13]

    Peng F Z 2003 IEEE Trans. Industry Appl. 39 504

    [14]

    Wang L M, Qiang Z M, Peng F Z 2005 Electrotech. Appl. 24 123 (in Chinese) [王利明, 钱照明, 彭方正 2005 电气应用 24 123]

    [15]

    Guo K, Chen Y, Zhou L, Dai L 2011 Appl. Mech. Mater. 44 1677

  • [1]

    Liu H C, Yang S, Wang G L, Li F 2013 Acta Phys. Sin. 62 150505 (in Chinese) [刘洪臣, 杨爽, 王国立, 李飞 2013 62 150505]

    [2]

    Li G L, Li C Y, Chen X Y, Mu X M 2012 Acta Phys. Sin. 61 170506 (in Chinese) [李冠林, 李春阳, 陈希有, 牟宪民 2012 61 170506]

    [3]

    Zhou G H, Bao B C, Xu J P, Jin Y Y 2010 Chin. Phys. B 19 050509

    [4]

    Ma W, Wang M Y, Nie H L 2011 Acta Phys. Sin. 60 100202 (in Chinese) [马伟, 王明渝, 聂海龙 2011 60 100202]

    [5]

    Dai D, Ma X, Zhang B, Tse C K 2011 Chaos Soliton. Fract. 44 464

    [6]

    Wang X M, Zhang B 2009 Proceedings of the CSEE 29 22 (in Chinese) [王雪梅, 张波 2009 中国电机工程学报 29 22]

    [7]

    Xie F, Yang R, Zhang B 2011 IEEE Trans. Circuits Syst. I 58 2269

    [8]

    Liu F 2008 Chin. Phys. B 17 2394

    [9]

    Yang P, Xu J P, He S Z, Bao B C 2013 Acta Phys. Sin. 62 160501 (in Chinese) [杨平, 许建平, 何圣仲, 包伯成 2013 62 160501]

    [10]

    Zhou G H, Xu J P, Bao B C, Zhang F, Liu X S 2010 Chin. Phys. Lett. 27 090504

    [11]

    Wang F Q, Zhang H, Ma X K 2008 Acta Phys. Sin. 57 1522 (in Chinese) [王发强, 张浩, 马西奎 2008 57 1522]

    [12]

    Wang F Q, Zhang H, Ma X K 2008 Acta Phys. Sin. 57 2842 (in Chinese) [王发强, 张浩, 马西奎 2008 57 2842]

    [13]

    Peng F Z 2003 IEEE Trans. Industry Appl. 39 504

    [14]

    Wang L M, Qiang Z M, Peng F Z 2005 Electrotech. Appl. 24 123 (in Chinese) [王利明, 钱照明, 彭方正 2005 电气应用 24 123]

    [15]

    Guo K, Chen Y, Zhou L, Dai L 2011 Appl. Mech. Mater. 44 1677

  • [1] 赵武, 张鸿斌, 孙超凡, 黄丹, 范俊锴. 受垂直激励和水平约束的单摆系统亚谐共振分岔与混沌.  , 2021, 70(24): 240202. doi: 10.7498/aps.70.20210953
    [2] 王斌, 薛建议, 贺好艳, 朱德兰. 基于线性矩阵不等式的一类新羽翼倍增混沌分析与控制.  , 2014, 63(21): 210502. doi: 10.7498/aps.63.210502
    [3] 丁虎, 严巧赟, 陈立群. 轴向加速运动黏弹性梁受迫振动中的混沌动力学.  , 2013, 62(20): 200502. doi: 10.7498/aps.62.200502
    [4] 孟宗, 付立元, 宋明厚. 一类非线性相对转动系统的组合谐波分岔行为研究.  , 2013, 62(5): 054501. doi: 10.7498/aps.62.054501
    [5] 刘洪臣, 王云, 苏振霞. 单相三电平H桥逆变器分岔现象的研究.  , 2013, 62(24): 240506. doi: 10.7498/aps.62.240506
    [6] 张方樱, 杨汝, 龙晓莉, 谢陈跃, 陈虹. V2控制Buck变换器分岔与混沌行为的机理及镇定.  , 2013, 62(21): 218404. doi: 10.7498/aps.62.218404
    [7] 刘洪臣, 杨爽. 单相H桥逆变器单极性正弦脉宽调制下的分岔及混沌行为研究.  , 2013, 62(21): 210502. doi: 10.7498/aps.62.210502
    [8] 刘洪臣, 杨爽, 王国立, 李飞. 基于开关电感结构的混合升压变换器非线性现象研究.  , 2013, 62(15): 150505. doi: 10.7498/aps.62.150505
    [9] 胡文, 赵广浩, 张弓, 张景乔, 刘贤龙. 时标正弦动力学方程稳定性与分岔分析.  , 2012, 61(17): 170505. doi: 10.7498/aps.61.170505
    [10] 李海滨, 王博华, 张志强, 刘爽, 李延树. 一类非线性相对转动系统的组合共振分岔与混沌.  , 2012, 61(9): 094501. doi: 10.7498/aps.61.094501
    [11] 古华光, 朱洲, 贾冰. 一类新的混沌神经放电的动力学特征的实验和数学模型研究.  , 2011, 60(10): 100505. doi: 10.7498/aps.60.100505
    [12] 陈章耀, 毕勤胜. Jerk系统耦合的分岔和混沌行为.  , 2010, 59(11): 7669-7678. doi: 10.7498/aps.59.7669
    [13] 张晓芳, 陈章耀, 毕勤胜. 非线性电路通向混沌的演化过程.  , 2010, 59(5): 3057-3065. doi: 10.7498/aps.59.3057
    [14] 包伯成, 康祝圣, 许建平, 胡文. 含指数项广义平方映射的分岔和吸引子.  , 2009, 58(3): 1420-1431. doi: 10.7498/aps.58.1420
    [15] 于万波, 魏小鹏. 一个小波函数指数参数变化的分岔现象.  , 2006, 55(8): 3969-3973. doi: 10.7498/aps.55.3969
    [16] 张 维, 周淑华, 任 勇, 山秀明. Turbo译码算法的分岔与控制.  , 2006, 55(2): 622-627. doi: 10.7498/aps.55.622
    [17] 马西奎, 杨 梅, 邹建龙, 王玲桃. 一种时延范德波尔电磁系统中的复杂行为(Ⅰ)——分岔与混沌现象.  , 2006, 55(11): 5648-5656. doi: 10.7498/aps.55.5648
    [18] 李 明, 马西奎, 戴 栋, 张 浩. 基于符号序列描述的一类分段光滑系统中分岔现象与混沌分析.  , 2005, 54(3): 1084-1091. doi: 10.7498/aps.54.1084
    [19] 郝建红, 丁 武. 行波管放大器中辐射场的极限环振荡和混沌.  , 2003, 52(4): 906-910. doi: 10.7498/aps.52.906
    [20] 罗晓曙, 汪秉宏, 陈关荣, 全宏俊, 方锦清, 邹艳丽, 蒋品群. DC-DC buck变换器的分岔行为及混沌控制研究.  , 2003, 52(1): 12-17. doi: 10.7498/aps.52.12
计量
  • 文章访问数:  5777
  • PDF下载量:  614
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-02-03
  • 修回日期:  2014-03-06
  • 刊出日期:  2014-06-05

/

返回文章
返回
Baidu
map