變換器的滑模變結(jié)構(gòu)控制與動態(tài)品質(zhì)應(yīng)用研究.ppt

DC-DC變換器的滑模變結(jié)構(gòu)控制及動態(tài)品質(zhì)研究,楊 蘋 華南理工大學(xué) 電力學(xué)院,摘 要,本文以buck變換器為例論述了利用滑模變結(jié)構(gòu)理論分析、設(shè)計DC/DC變換器的方法，討論了以期望輸出電壓為依據(jù)的切換面S(x)設(shè)計問題和滑動模態(tài)上動態(tài)品質(zhì)分析，推導(dǎo)出了到達(dá)時間的計算公式,為DC/DC變換器的控制器設(shè)計提供理論依據(jù)。,主 要 內(nèi) 容,研究背景 基于變結(jié)構(gòu)理論的DC-DC變換器建模 DC-DC變換器的滑模變結(jié)構(gòu)控制 性能分析 仿真 結(jié)論,研 究 背 景,本文著重探討DC/DC變換器的切換面設(shè)計及其動態(tài)品質(zhì)分析,功率變換器在工作過程中受開關(guān)量u的控制，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在兩個子拓?fù)溟g不斷變化，具有變結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。利用滑模變結(jié)構(gòu)控制理論對這類系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計具有重要意義。,當(dāng)控制量u等于1或0時，若DC-DC變換器工作在連續(xù)工作模式，則其模型為 在斷續(xù)工作模式中，DC-DC變換器有三個子拓?fù)?，不滿足假設(shè)條件，不能應(yīng)用滑模變結(jié)構(gòu)控制理論。,其中，u=1,0, , g為光滑矢量場。,基于變結(jié)構(gòu)理論的DC-DC變換器建模,DC-DC變換器的滑模變結(jié)構(gòu)控制,滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計包括：(1)尋求切換函數(shù)，使它確定的滑動模態(tài)漸進(jìn)穩(wěn)定且有良好的品質(zhì)；(2)尋求控制函數(shù)u+(x)和u-(x)，使切換面上布滿止點(diǎn)，形成滑動模態(tài)區(qū) 在尋求控制函數(shù)u+(x)和u-(x)，希望趨近階段近可能短,切換函數(shù)的選取,切換函數(shù)的選取應(yīng)反映控制目的，對于buck變換器，控制目的是得到一個穩(wěn)定的輸出電壓Vd，則選取切換函數(shù)為： 驗算后可知，切換函數(shù)滿足橫截條件和滑模運(yùn)動存在的充要條件,控制律的設(shè)計,由于變換器本身的特點(diǎn)，控制律u只能取0，1之一，不能利用指數(shù)趨近律的方法設(shè)計來提高趨近運(yùn)動的品質(zhì)。對于 DC/DC變換器的兩個對應(yīng)的開關(guān)邏輯，可由切換函數(shù)s=0和到達(dá)條件 確定為其中一種：,性 能 分 析,到達(dá)時間的估算 滑動模態(tài)動態(tài)品質(zhì)分析：為保證buck變換器在趨近運(yùn)動階段達(dá)到時間較短、滑動模態(tài)階段超調(diào)量較小，從而具有良好的動態(tài)品質(zhì)，變換器參數(shù)應(yīng)滿足 ，并將 作為電路參數(shù)設(shè)計的依據(jù)。,性 能 分 析,魯棒性：Buck變換器在控制作用下，由初始狀態(tài)開始向著切換面s = 0運(yùn)動，直到到達(dá)切換面，之后被約束在s(x) = 0的子空間中作滑模運(yùn)動。趨近運(yùn)動不具備魯棒性；在滑動模態(tài)階段，滑動模態(tài)的運(yùn)動微分方程對攝動和擾動有完全的魯棒性,仿 真,切換面參數(shù)k、電壓Vd與到達(dá)時間tr的關(guān)系:電阻一定，k值越大，對應(yīng)的到達(dá)時間越長；對于一定的期望電壓值Vd，R值越小，對應(yīng)的到達(dá)時間越長 R、L、C參數(shù)對滑動模態(tài)動態(tài)品質(zhì)的影響：R = 10對應(yīng)最佳阻尼比，超調(diào)量較小、到達(dá)時間短，到達(dá)滑動模時抖動明顯。輸出電壓經(jīng)電容濾波后變的十分平穩(wěn)，達(dá)到了控制的目的；R 較大，超調(diào)量加大、抖動加劇，調(diào)整時間較長；R較小，到達(dá)時間長，輸出電壓需要一定的調(diào)整時間達(dá)到穩(wěn)態(tài)，但波形不再平滑，有些微的抖震。,切換面參數(shù)k、電壓Vd與到達(dá)時間tr的關(guān)系,Buck切換面參數(shù)k、電壓Vd與tr的關(guān)系,切換面參數(shù)k、電壓Vd與到達(dá)時間tr的關(guān)系,Buck切換面參數(shù)k、電壓Vd與tr的關(guān)系,R、L、C參數(shù)對滑動模態(tài)動態(tài)品質(zhì)的影響,R = 3,R、L、C參數(shù)對滑動模態(tài)動態(tài)品質(zhì)的影響,R = 10,R、L、C參數(shù)對滑動模態(tài)動態(tài)品質(zhì)的影響,R = 30,結(jié) 論,本文以buck 變換器為例，討論以期望輸出電壓為依據(jù)的切換面s(x)及控制律的設(shè)計，并分析滑動模態(tài)上動態(tài)品質(zhì)，指出將最佳阻尼比作為電路參數(shù)設(shè)計的依據(jù)時，可保證DC-DC變換器在趨近運(yùn)動階段有較短的達(dá)到時間、滑動模態(tài)的超調(diào)量較小，系統(tǒng)具有良好的動態(tài)品質(zhì)。仿真結(jié)果驗證了理論分