滑模控制在DC-DC變換器中的應(yīng)用-滑模建模講述

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2016-11-31.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）、升壓電路（Boost）、升降壓電路（Bu

2、ck-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?fù)浞诸惾N基本的DC-DC拓?fù)浔容^ 基本的DC-DC拓?fù)浒˙uck、Boost、Buck-Boost三種，其余的拓?fù)渚伤鼈冄葑兌?。類型BuckBoostBuck-Boost主要特點(diǎn)DC-DC變換器建模方法 針對不同的拓?fù)浣Y(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

3、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(yùn)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

4、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?？梢栽谳斎霐_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(bǔ)償。缺點(diǎn)如不能補(bǔ)償負(fù)載變化所引起的擾動等。 結(jié)論：線性擾動具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在工程上有廣泛的應(yīng)用。但是工程上實(shí)際控制的系統(tǒng)又有很強(qiáng)的非線性特性

5、。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(diǎn)，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?？刂频目刂撇呗院苓m合開關(guān)變換器的自身特點(diǎn)?；？刂埔云淞己玫聂敯粜猿蔀殚_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(shí)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(qiáng)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(shí)時性是自適應(yīng)控制方法的一個難點(diǎn)。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(yùn)用語言的形式表達(dá)控制器設(shè)計者的直覺和經(jīng)

6、驗(yàn)。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(yàn)，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(diǎn)，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，滑模控制，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(jìn)一步進(jìn)行之中。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)控制開關(guān)導(dǎo)通開關(guān)關(guān)斷

7、Buck直流變換器直流變換器開關(guān)導(dǎo)通開關(guān)關(guān)斷ccLLci nd vviCd tRd iLvvud t微分方程0, 1u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 refccxvvxxv 1122000111refinxxuvvxxLCRCLCLC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) 12S xkxx121 refccxvvxxv 根據(jù)滑動模態(tài)的存在性和可達(dá)性條件 0, 00, 0S xif S xS xif S x建立滑模面函數(shù)建立滑模面函數(shù)1211(x)()refinvvSxkxuLCRCLCLC 選擇開關(guān)函數(shù)0, (x)01, (x)0SuS11221211:()11:()0refinrefvvkxkxLCRCLCLCvkxkxLCRCLC滑模運(yùn)動區(qū)在兩條直線之間222040RLCkLkRLR 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=0kxx12kk和11LCkkRC24LR C化簡需滿足1