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摘 要

Abstract IV

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2数字型开关功率放大器的工作原理及特点 1

1.3国内外数字型开关功率放大器研究现状 3

1.3.1国外数字型开关功率放大器研究现状 3

1.3.2国外数字型开关功率放大器研究现状 5

1.4论文主要工作及内容安排 6

第二章 数字型开关功率放大器的建模 8

2.1引言 8

2.2三电平调制原理 8

2.2.1传统两电平调制原理 8

2.2.2三电平调制原理 10

2.3基于Simulink的数字磁悬浮轴承开关功率放大器建模 13

2.3.1FPGA工作原理 13

2.3.2开关功率放大器的建模 14

2.4仿真及验证 16

2.5本章小结 18

第三章 开关功率放大器基于干扰观测器延时补偿控制 19

3.1引言 19

3.2含有延时环节的开关功率放大器 19

3.2.1延时产生原因分析 19

3.2.2时间延时的等效变换 21

3.4仿真及结果 23

3.5本章小结 24

第四章 其他延时补偿方法对比及多角度分析 25

4.1引言 25

4.2其他延时控制方法对比 25

4.2.1史密斯预估补偿控制器 25

4.2.2 ADRC自抗扰控制器 28

4.3 经济性分析 30

4.4 本章小结 30

第五章 总结与展望 31

5.1工作总结 31

5.2工作中的不足与展望 31

参考文献 32

致谢 36

数字型开关功率放大器的延时补偿控制研究

摘 要

数字型开关功率放大器在磁悬浮系统中得到了广泛的应用，其控制效果得到了业内一致的认同。在开关功放的工作状态中，控制环节难免会产生延时，影响系统稳定和控制效果。

本文第一章介绍了数字型开关功率放大器的研究背景及意义、工作特点及工作原理，并对工作芯片进行了简单的对比。优点主要体现在具有强大的抗干扰能力，噪声容限大且具备实现复杂算法的硬件条件，能够实现重复编程等。因此传统的模拟型开关功率放大器逐渐被数字开关功放所取代。但是调制时间、转换时间等等因素包括控制器计算时间的存在，在包含了开关功率放大器的环路上时间延时的不断叠加的出现时不可避免的，其大小取决于时间延时的大小，控制系统的稳定性受到其影响较大，如果系统的延时较大系统的稳定性也会因此受到较大程度的影响，综上所述系统的延时补偿是不可或缺的。

第二章在磁轴承开关功放的基础上，增加了数字芯片FPGA，并对该组合工作原理进行了研究，首先论述传统两态调制和三态调制的区别，在此基础上加上建立了相关的数学模型。

第三章在进行了数学分析之后得到特征多项式绘制了奈奎斯特图，分析了时间延时的稳定性，提出了一种干扰观测器并用之对延时扰动进行补偿，进行了相应的仿真，最后验证了干扰观测器的有效性。

第四章中对其他延时控制方法与第三章所提出的构造干扰观测器方法进行了对比分析，并进行非技术因素多角度分析，得出最后结论

第五章是完成本次设计任务之后的总结以及对本课题研究中不足之处的展望。

关键词：开关功率放大器 三电平调制 干扰观测器 延时补偿；

Research on Delay Compensation Control of

Digital Switching Power Amplifier

Abstract

It has been widely used which called Digital switching power amplifiers in magnetic levitation systems, and in industry ,their control effects have been unanimously recognized. In the working state of the switching power amplifier, the control link will inevitably cause a delay, affecting the system stability and control effect.

In the first chapter, Digital switching power amplifiers have the advantages of strong anti-interference ability, large noise tolerance, easy implementation of complex algorithms, and repeatable programming. Therefore, they gradually replace analog switching power amplifiers. However, due to the existence of conversion time, controller calculation time, modulation time and other factors, the accumulation of time delays inevitably occurs on the switching power amplifier loop. Time delays will reduce the stability margin of the switching power amplifier and affect the stability of the control system If it is serious, it will cause the magnetic bearing system to oscillate or even destabilize the bearing rotor system, so the effect of time delay needs to be compensated.

In the second chapter, on the basis of the magnetic bearing switch amplifier, the digital chip FPGA is added, and the working principle of the combination is studied. First, i disscussed the diffrence within .traditional two-state and three-satate modulation. On this basis, the relevant mathematical model is established.

The third chapter uses Nyquist diagram to analyze the stability of time delay, designs the interference observer to compensate for the delay, and carries out the corresponding simulation. Finally, the effectiveness of the interference has been verified.

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