基于滑模变结构控制的buck型dcdc变换器实验研究

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1、基于滑模变结构控制的Buck型DC/DC变换器实验研宄杭州电子科技大学电子信息学院摘要：设计一个滑模变结构控制器以实现变换器良好的输出性能。根据变换器的状态方程，建立系统的数学模型，以指数趋近律作为控制律，得到滑模控制器表达式，采用边界层滑模控制技术减小控制器的抖振，并利用李雅普诺夫函数验证系统的稳定性。Matlab仿真与实验平台实测结果表明，设计的滑模控制器与PID控制器相比具有响应快速、过冲小、鲁棒性强等优点。该实验可加强学生对滑模变结构控制与Buck变换器相关知识的理解，提高学生的实践动手能力以及实验积极性。关键词：Buck变换器;滑模控制;指数趋近律;实验教学;作者简介：陈龙(1

2、979一)，男，山东宁阳，硕士，副教授，研究方向为嵌入式系统设计与应用、滑模变结构控制、神经网络与机器学习.E-mail:chenlong@hdu.edu.cn收稿日期：2017-04-11基金：浙江省2013年高等教育课堂教学改革项目“《数字逻辑电路》课堂教学改革的研究与实践”(kg2013125)ResearchonexperimentofBucktypeDC/DCconverterbasedonslidingmodevariablestructurecontrolChenLongLuWangSchoolofE1ectronicInformation,HangzhouDianziUn

3、iversity;Abstract：Aslidingmodecontrollerisdesignedtoachievethegoodoutputperformanceoftheconverter.Accordingtothestateequationoftheconverter,themathematicalmodelofthesystemisestablished,andtheexponentialreachinglawisusedasthecontrollawtoobtaintheexpressionoftheslidingmodecontroller.Theboundarylaye

4、rslidingmodecontroltechnologyisadoptedtoreducethechatteringofthecontroller,andtheLyapunovfunctionisusedtoverifythestabilityofthesystem.ThemeasuredresultsoftheMatlabsimulationandexperimentalplatformshowthatthedesignedslidingmodecontrollerhastheadvantagesoffastresponse,smallovershoot,strongrobustne

5、ss,etc.,comparedwiththePIDcontroller.Thisexperimentcanstrengthenthestudents’understandingoftherelatedknowledgeabouttheslidingmodevariablestructurecontrolandBuckconverter,andimprovetheirpracticalabilityandexperimentalenthusiasm.Keyword：Buckconverter;slidingmodecontrol;exponentialapproachinglaw;exp

6、erimentalteaching;Received：2017-04-11随着技术的不断进步，开关电源得到了广泛的使用，特别是电子、通信、军事等领域［卜2］。DC/DC变换器作为开关电源的重要组成部分，现在对它的研究主要分为2个方向：一是研宄出新的拓扑结构来提高变换器的转换效率;二是通过提出新的控制方法和优化算法来改善变换器的转换性能H1。针对DC/DC变换器为非线性系统的特点，传统的线性控制方法如PID控制对其控制效果不理想，所以出现了许多非线性控制方法，滑模变结构控制就是其中之一m。滑模变结构控制具体表现为不连续，随着时间的改变具有像开关一样变化的特点M。这与DC/DC变换器通过控制

7、开关管的导通与关断来实现电能转换的特性相契合，所以在很多DC/DC变换器的研宄中都有滑模变结构控制的应用。本文以Buck变换器为实验研究对象，通过对其进行建模，设计一种合理的三阶（PID型）滑模变结构控制器［7-8］，并对控制器进行仿真和实验，以此来验证控制器设计的合理性。该实验用于教学可以加深学生对滑模变结构控制以及Buck变换器的理解和认识，提高学生的数学建模和实践能力m。1Buck变换器滑模控制器设计1.1Buck变换器系统模