基于状态空间平均技术的 Buck 转换器建模与控制

本研究采用状态空间平均技术对直流-直流 Buck 转换器进行建模、控制设计与性能分析。Buck 转换器是现代电力电子中用于调节直流电压的关键器件，广泛应用于可再生能源和电动汽车系统。本文首先介绍 Buck 转换器的基本工作原理，强调通过闭环控制系统实现电压调节的必要性。推导状态空间平均模型以简化非线性开关动力学，便于更有效的分析和控制器设计。获得从占空比到输出电压的小信号传递函数，以支持控制开发。此外，探索了基于频域方法的比例-积分（PI）控制。通过 Bode 图、阶跃响应和性能指标评估了 PI 控制器，揭示了超调、稳定时间和稳态误差之间的权衡。对受控 Buck 转换器进行完整仿真，验证其能够在宽输入电压变化下维持稳定的输出电压。结果表明，状态空间平均技术在控制设计中的有效性，以及反馈系统在电力电子转换器中的鲁棒性。