滑?？刂圃贒C-DC變換器中的應(yīng)用-滑模建模

1、滑模變結(jié)構(gòu)控制在滑模變結(jié)構(gòu)控制在dc-dc電子變換器中的應(yīng)用電子變換器中的應(yīng)用 2016-11-3 1.滑模變結(jié)構(gòu)控制基本概念 2.滑膜變結(jié)構(gòu)控制發(fā)展歷史 3.dc-dc變換器 4.buck直流變換器的滑模變結(jié)構(gòu)控制 dc-dc變換簡介 dc-dc變換是將不可調(diào)的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榭烧{(diào)的或固定的直 流電壓，是一種用開關(guān)調(diào)節(jié)方式控制電能變換電路。 發(fā)展方向 高效率、高性能、高可靠性、低成本、小體積 衡量優(yōu)劣 = 性能 價值 體積 成本 消耗功率 輸入與輸出 間是否有電 氣隔離 隔離式：輸入端與輸出端完全電氣隔離，以磁耦合方式傳遞能量 非隔離式：輸入端與輸出端電氣想通，沒有隔離 降壓電路（buck）、

2、升壓電路（boost）、升降壓電路（buck-boost） cuk、sepic 單端：正激（foward）、反激（flyback） 雙端：推挽（push pull）、半橋（half bridge）、全橋（full bridge） dc-dc拓撲分類 三種基本的dc-dc拓撲比較 基本的dc-dc拓撲包括buck、boost、buck-boost三 種，其余的拓撲均由它們演變而成。 類型buckboostbuck-boost 主要特點 dc-dc變換器建模方法 針對不同的拓撲結(jié)構(gòu)和控制算法，需要建立合適類型的建模方法。 在直流開關(guān)變換器的各種建模方法中，比較常用的有以下幾種： 小信號建模：著重于

3、求解分析低頻交流小信號在幵關(guān)變換器中的工作 狀態(tài)，可以用于分析設(shè)計變換器的數(shù)學(xué)特性。 大信號建模：包括相平面分析法、解析分析法、大信號等效模型分析 法、幵關(guān)信號流分析法、次諧波模型分析法、通用平均 分析法、kbm分析法，主要運用于開關(guān)變換器的仿真以 及小信號模型不適合的、其他的特性系統(tǒng)。 電路平均法：以時間平均等效電路法、三端開關(guān)電路器件模型法以及 能量守恒法則為代表，主要用于pwm波控制的直流開關(guān) 變換器的連續(xù)工作模式。 dc-dc變換器控制策略： 常用的控制策略主要可以分為線性控制策略和非線性控制策略。 一、線性控制策略 1.1. 單閉環(huán)電壓控制單閉環(huán)電壓控制：引入輸出電壓的誤差信號改變占

4、空比，控制結(jié)構(gòu)簡單，電 路的動態(tài)響應(yīng)超調(diào)較大，而且受環(huán)路增益帶寬大小的限制使系統(tǒng)的動態(tài)時間較 長。 2.2. 雙雙閉環(huán)控制閉環(huán)控制：內(nèi)環(huán)為電流反饋，外環(huán)采用電壓反饋方式?？梢钥刂葡到y(tǒng)可以 從電路獲取更多的反饋信息，綜合電壓、電流兩方面的變化趨勢計算出控制率。 雙閉環(huán)反饋控制比單閉環(huán)電壓控制可以獲得更好地控制效果，但同時雙閉環(huán)控 制系統(tǒng)的控制器設(shè)計更為復(fù)雜。 3.3. 前饋控制方法前饋控制方法：把輸入電壓作為控制參數(shù)的一部分引入控制器的設(shè)計?？梢?在輸入擾動對系統(tǒng)產(chǎn)生影響之前就對控制變量做出相應(yīng)的調(diào)整，有效地對系統(tǒng) 的輸入擾動做出補償。缺點如不能補償負載變化所引起的擾動等。 結(jié)論：線性擾動具有結(jié)

5、構(gòu)簡單，操作方便等優(yōu)點，在工程上有廣泛的應(yīng)用。 但是工程上實際控制的系統(tǒng)又有很強的非線性特性。 二、非線性控制策略 1.1. 滑?？刂苹？刂疲核刂频南到y(tǒng)具有結(jié)構(gòu)不固定的特點，控制策咯也會隨著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改變發(fā) 生變化。而對于開關(guān)變換器在開關(guān)導(dǎo)通和斷開的兩種情況下，開關(guān)變換器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同， 所以滑模控制的控制策略很適合開關(guān)變換器的自身特點?；？刂埔云淞己玫聂敯粜猿蔀?開關(guān)變換器有效的控制方法。 2.2. 自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制方法方法：實時的更新控制器參數(shù)，滿足了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性的要求，具有較 強的抗干擾能力，但是由于開關(guān)變換器的開關(guān)頻率較高，控制率更新的實時性是自適應(yīng)控 制方法的一個

6、難點。 3.3. 模糊控制模糊控制：不需要建立被控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，直接運用語言的形式表達控制器設(shè)計者的直 覺和經(jīng)驗。模糊控制的主要過程分三部分：模糊化，模糊規(guī)則推理，去模糊化。模糊控制 的優(yōu)勢在于不需要系統(tǒng)的準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型，而是主要依靠控制器設(shè)計者的經(jīng)驗，所以很適合 于直流開關(guān)變換器這種非線性的系統(tǒng)。同時模糊控制存在一些缺點，比如，控制器函數(shù)選 擇沒有具體依據(jù)，從而沒有設(shè)計和分析控制器的系統(tǒng)方法，不能保證規(guī)則庫的完整性。 結(jié)論：在控制算法方面，pid控制，滑?？刂?，模糊控制等都己廣泛應(yīng)用于變換器的研究中， 對于反步法，自適應(yīng)控制，單周控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，模糊控制等的研究尚在進一步進行之中。 1.

7、滑模變結(jié)構(gòu)控制基本概念 2.滑膜變結(jié)構(gòu)控制發(fā)展歷史 3.dc-dc變換器 4.buck直流變換器的滑模變結(jié)構(gòu)控制 開關(guān)導(dǎo)通開關(guān)關(guān)斷 buck直流變換器直流變換器 開關(guān)導(dǎo)通開關(guān)關(guān)斷 cc l l ci n d vv ic d tr d i lvvu d t 微分方程 0, 1 u 開關(guān)關(guān)斷 ，開關(guān)導(dǎo)通 列寫微分方程列寫微分方程 取狀態(tài)變量 121 refcc xvvxxv 11 2 2 0001 11 refin xx u vv x x lcrclclc 狀態(tài)空間方程 確定狀態(tài)空間方程確定狀態(tài)空間方程 以狀態(tài)偏差的線性組合建立滑模面函數(shù) 12 s xkxx 121 refcc xvvxxv 根據(jù)

8、滑動模態(tài)的存在性和可達性條件 0, 0 0, 0 s xif s x s xif s x 建立滑模面函數(shù)建立滑模面函數(shù) 12 11 (x)() ref in v v sxkxu lcrclclc 選擇開關(guān)函數(shù) 0, (x)0 1, (x)0 s u s 112 212 11 :() 11 :()0 ref in ref v v kxkx lcrclclc v kxkx lcrclc 滑模運動區(qū)在兩條直線之間 2 22 0 40 rlcklkr lr lc 為使選擇的線性滑模面函數(shù)全部在滑模區(qū)， 應(yīng)與 平行 12=0 kxx 12 kk和 1 1 lc k k rc 2 4lr c 化簡 需滿足 12 11 () ref eq in v lc uxk