基于PWM調制的滑?？刂圃贐uck變換器中的應用

1、基于PWM調制的滑模控制在Buck變換器中的應用論文導讀：滑模變結構控制是帶滑動模態(tài)的變結構控制，它對外部擾動和負載變化無關，使系統(tǒng)的快速響應和穩(wěn)態(tài)響應提高、對參數(shù)變化及擾動不靈敏，被國內外專家一致認為是較有前途的變控制控制方法。在上述文獻的根底上，本章以Buck變換器為研究對象，詳細介紹基于PWM調制的具有固定頻率的滑模變結構控制器設計過程，并利用Matlab中的Simulink對其進行全面的仿真研究。關鍵詞：滑模變結構控制，PWM，Buck變換器滑模變結構控制是帶滑動模態(tài)的變結構控制，它對外部擾動和負載變化無關，使系統(tǒng)的快速響應和穩(wěn)態(tài)響應提高、對參數(shù)變化及擾動不靈敏，被國內外專家一致認為是

2、較有前途的變控制控制方法。但是，一般在分析DC-DC變換器的滑模變結構控制方法時，并未考慮到切換頻率有限時系統(tǒng)的響應，并且由等價控制得到滑模運動方程是理想方程，此時系統(tǒng)要求工作在無限開關頻率狀態(tài)下。而在實際應用中，由于開關器件本身特性，切換頻率不可能是無限的，為了滿足實際開關器件的最高頻率限制，必須人為地降低變換器的切換頻率。通常的解決方法是采用滯環(huán)調制法，即在切換面的兩側引入兩個一定寬度的對稱滯環(huán)帶，從而有效地降低切換頻率。顯然，這種方法所得到的切換頻率并不是固定的，給前端輸入以及后級輸出濾波電路的設計帶來困難。為此，文獻【1】提出了一種能夠隨切換頻率變化而變化的自適應滯環(huán)帶，這種方法需要增

3、加輔助電路，因此增加了整個電路的本錢，對于低廉的電壓變換設備來說不太劃算。此外，由于在切換函數(shù)上疊加了斜波或時間函數(shù)等輔助信號，導致變換器系統(tǒng)的瞬態(tài)響應特性嚴重惡化。另外的解決方法是通過改變調制方式，將PWM調制應用于滑模變結構控制中，就可構建一個基于PWM調制的固定頻率的滑模變結構控制器，由滑模變結構理論推導而來的等效控制信號作為調制信號，并與一固定頻率的斜波信號進行比擬以獲得與斜波同頻率的開關控制信號。免費。文獻【2】首次提出滑模變結構控制的等效控制信號與PWM控制的占空比信號D等價的思想，但缺乏相應的理論證明。之后，HeberttSira-Ramirez在文獻利用幾何方法進行了理論證明，

4、建立了非線性系統(tǒng)中變結構控制策略與脈寬調制方式建立的滑模之間的關系，并應用該項結果設計了DC-DC開關變換器的滑模區(qū)域;與此同時,Martinez等人也進行了相應的理論研究，所以在滑模變結構控制中應用PWM調制方式是可行的。在上述文獻的根底上，本章以Buck變換器為研究對象，詳細介紹基于PWM調制的具有固定頻率的滑模變結構控制器設計過程，并利用Matlab中的Simulink對其進行全面的仿真研究。2 Buck變換器的滑模變結構模型在設計滑模變結構控制器之前，首先要構建變換器的狀態(tài)空間描述方程，本文引用一種二階PID滑模變結構電壓控制器數(shù)學模型，與普通的滑模變結構電壓控制器只有電壓誤差及其變化

5、項不同，該模型為減小直流穩(wěn)態(tài)誤差而增加電壓誤差積分項，其具體控制狀態(tài)變量可表示為: (1)其中 為參考電壓；為輸出電壓；為反應網絡分壓比。結合Buck變換器電路特點以及工作原理，上式可以寫為: (2)其中，表示功率開關器件，其值取0或1將式4中系數(shù)矩陣以及代入上式得: 其中，為連續(xù)函數(shù)，且有。將式6代入得:對式7兩邊同乘以得:其中。在切換頻率足夠大時，有又，故有： 其中，為控制信號，為三角波峰值。注：，滑模變結構控制器具體設計步驟如下：1.選擇期望的調節(jié)時間以及阻尼類型和阻尼比的大?。?.根據(jù)和和，算得控制參數(shù)、；3.檢驗切換面系數(shù)是否滿足切換面存在條件，如不滿足那么重新調整調節(jié)時間以及阻尼類

6、型和阻尼比的大小。免費。這里取變換器電路參數(shù)：輸入電壓，電容，電感，電容寄生電阻，電感寄生電阻，負載電阻，。同時取調節(jié)時間以及選擇臨界阻尼狀態(tài)，假設控制器輸出最大負載電流本文將PWM調制技術與滑模變結構控制方法相結合，利用由滑模變結構理論而推導來的等效控制信號作為調制信號，與一固定頻率的斜波信號進行比擬，從而獲得與斜波同頻率的開關控制信號，并將其應用于開關變換器這類特殊的非線性系統(tǒng)控制中。免費。解決了由滑模變結構控制所得到的開關頻率不固定而引起嚴重的開關損耗、電感和變壓器磁心損耗以及電磁干擾等問題。數(shù)值仿真結果說明在系統(tǒng)啟動時，輸出電壓和電感電流波形都具有良好的動態(tài)特性。在系統(tǒng)負載經受外界擾動

7、的情況下，輸出電壓能夠具有良好的穩(wěn)定的魯棒性，從而說明基于PWM調制滑模變結構控制方案在開關變換器中的應用是可行的。參考文獻【1】 Tan S C，Lai Y M，Tse C K. An adaptive sliding mode controller for Buck converter incontinuous conduction mode . In proceeding of IEEE Applied Power ElectronicsConference and Exposition (APEC) . 2004，1395-1400【2】 Venkataraman R，Sabanovic