变换器的滑模变结构控制及动态品质研究1

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1、DC-DC变换器的滑模变结构控制及动态品质研究杨苹华南理工大学电力学院摘要本文以buck变换器为例论述了利用滑模变结构理论分析、设计DC/DC变换器的方法，讨论了以期望输出电压为依据的切换面S(x)设计问题和滑动模态上动态品质分析，推导出了到达时间的计算公式,为DC/DC变换器的控制器设计提供理论依据。主要内容研究背景基于变结构理论的DC-DC变换器建模DC-DC变换器的滑模变结构控制性能分析仿真结论研究背景本文着重探讨DC/DC变换器的切换面设计及其动态品质分析功率变换器在工作过程中受开关量u的控制，使系统结构在两个子拓扑间不断变化，具有变结构的特点。利用滑模变结构控制理论对这类系统进行分

2、析和设计具有重要意义。当控制量u等于1或0时，若DC-DC变换器工作在连续工作模式，则其模型为在断续工作模式中，DC-DC变换器有三个子拓扑，不满足假设条件，不能应用滑模变结构控制理论。其中，u={1,0},,g为光滑矢量场。基于变结构理论的DC-DC变换器建模DC-DC变换器的滑模变结构控制滑模变结构控制器设计包括：(1)寻求切换函数，使它确定的滑动模态渐进稳定且有良好的品质；(2)寻求控制函数u+(x)和u-(x)，使切换面上布满止点，形成滑动模态区在寻求控制函数u+(x)和u-(x)，希望趋近阶段近可能短切换函数的选取切换函数的选取应反映控制目的，对于buck变换器，控制目的是得到一

3、个稳定的输出电压Vd，则选取切换函数为：验算后可知，切换函数满足横截条件和滑模运动存在的充要条件控制律的设计由于变换器本身的特点，控制律u只能取0，1之一，不能利用指数趋近律的方法设计来提高趋近运动的品质。对于DC/DC变换器的两个对应的开关逻辑，可由切换函数s=0和到达条件确定为其中一种：性能分析到达时间的估算滑动模态动态品质分析：为保证buck变换器在趋近运动阶段达到时间较短、滑动模态阶段超调量较小，从而具有良好的动态品质，变换器参数应满足，并将作为电路参数设计的依据。性能分析鲁棒性：Buck变换器在控制作用下，由初始状态开始向着切换面s=0运动，直到到达切换面，之后被约束在s(x)=0

4、的子空间中作滑模运动。趋近运动不具备鲁棒性；在滑动模态阶段，滑动模态的运动微分方程对摄动和扰动有完全的鲁棒性仿真切换面参数k、电压Vd与到达时间tr的关系:电阻一定，k值越大，对应的到达时间越长；对于一定的期望电压值Vd，R值越小，对应的到达时间越长R、L、C参数对滑动模态动态品质的影响：R=10Ω对应最佳阻尼比，超调量较小、到达时间短，到达滑动模时抖动明显。输出电压经电容滤波后变的十分平稳，达到了控制的目的；R较大，超调量加大、抖动加剧，调整时间较长；R较小，到达时间长，输出电压需要一定的调整时间达到稳态，但波形不再平滑，有些微的抖震。切换面参数k、电压Vd与到达时间tr的关系Buck切换

5、面参数k、电压Vd与tr的关系切换面参数k、电压Vd与到达时间tr的关系Buck切换面参数k、电压Vd与tr的关系R、L、C参数对滑动模态动态品质的影响R=3ΩR、L、C参数对滑动模态动态品质的影响R=10ΩR、L、C参数对滑动模态动态品质的影响R=30Ω结论本文以buck变换器为例，讨论以期望输出电压为依据的切换面s(x)及控制律的设计，并分析滑动模态上动态品质，指出将最佳阻尼比作为电路参数设计的依据时，可保证DC-DC变换器在趋近运动阶段有较短的达到时间、滑动模态的超调量较小，系统具有良好的动态品质。仿真结果验证了理论分析，所得结论对DC/DC变换器的变结构控制具有实际意义。