基于能量环流和滑模控制的高动态响应变换器研究.pdf

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1、硕士学位论文基于能量环流和滑模控制的高动态响应变换器研究RESEARCHONHIGHDYNAMICRESPONSECONVERTERBASEDONENERGYRECOVERYANDSLIDINGMODECONTROL马铭锴哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM46学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文基于能量环流和滑模控制的高动态响应变换器研究硕士研究生：马铭锴导师：徐殿国教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔

2、滨工业大学ClassifiedIndex:TM46U.D.C:621.3AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheacademicdegreeofMasterofEngineeringRESEARCHOFHIGHDYNAMICRESPONSECONVERTERBASEDONENERGYRECOVERYANDSLIDINGMODECONTROLCandidate：MAMingSupervisor：Prof.XUDianguoAca

3、demicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要随着新能源技术的发展，各类应用对开关电源的稳定性、动态响应速度以及鲁棒性提出了更高的要求，即开关电源的动态响应速度较快且卸载时过冲较小，并

4、在较大范围内可以稳定工作，具有一定的鲁棒性。为此本文在BUCK电路作为主拓扑的基础上设计了一个以能量环流结构作为辅助电路、同时基于滑模控制理论设计系统控制回路的解决方案，使其符合课题要求。针对卸载过冲的问题，本文给出了利用基于能量环流结构的辅助电路来控制BUCK变换器的解决方案，并分析了能量环流结构的原理。在SABER中根据电路基本需求设计仿真电路结构，并进行频域和时域切载仿真实验，将基于PI控制的带能量环流结构的BUCK电路和传统的BUCK变换器进行对比，验证了以能量环流结构作为辅助电路的BUCK变换器相比传统的

5、BUCK变换器具有快速的动态响应速度、过冲较小等优点。基于能量环流结构的辅助电路使得系统输出动态响应在一定程度提高并减小了过冲，但同时其抗干扰能力较差，为解决该问题，本文提出了用滑模控制来设计控制回路的方案。根据滑模控制理论的特点和数学描述，以及滑模控制所需的条件，本文基于BUCK电路建立了系统的空间状态模型，通过前文得到的三个条件进行约束，计算出了满足滑模控制要求的滑模控制律，并根据电路设计计算参数。按照所设计的控制器本文进行了频域仿真分析，验证了系统的稳定性。为同时满足输出响应速度快、卸载过冲小、抗扰能力强的特

6、点，本文将辅助电路和滑模控制相结合，利用环流结构的工作特点设计所需的状态空间方程并建立数学模型，将基于能量环流的BUCK变换器的作为滑模控制的研究对象，根据建立好的数学模型进行滑模律的推导和滑模控制器的设计，并分别在频域和时域内进行仿真实验，以验证方案的可行性。在通过仿真实验进行验证之后，对实物电路进行了设计和搭建。计算并选取了主电路的参数，然后对各个部分的电路进行细化分析。为了验证基于滑模控制的带能量环流结构辅助电路的BUCK变换器的优良动态特性和稳定性，引入了负载扰动，最终验证了本文所设计的开关电源具备卸载过冲

7、小、输出动态响应速度快、稳定性强的特点。关键词：能量环流；辅助电路；滑模控制；BUCK变换器；动态响应-I-AbstractAbstractWiththedevelopmentofpowerelectronicstechnology,therequirementforpowersuppliesofelectronicdeviceschangesrapidly.Andpowersupplieswithafastdynamicresponsespeed,anexcellentunloadingtransientresp

8、onseandrobustnesshavebeenconsideredmoreimportant.Forthisreason,aconvertorbasedontheBUCKcircuitwithanauxiliarycircuitandcontrolledbyslidingmodecontroltechnologyisdesignedtomeetthede