文档介绍：DC-DC变换器的滑模变结构控制及动态品质研究
杨苹
华南理工大学电力学院
摘要
本文以buck变换器为例论述了利用滑模变结构理论分析、设计DC/DC变换器的方法,讨论了以期望输出电压为依据的切换面S(x)设计问题和滑动模态上动态品质分析,推导出了到达时间的计算公式,为DC/DC变换器的控制器设计提供理论依据。
主要内容
研究背景
基于变结构理论的DC-DC变换器建模
DC-DC变换器的滑模变结构控制
性能分析
仿真
结论
研究背景
本文着重探讨DC/DC变换器的切换面设计及其动态品质分析
功率变换器在工作过程中受开关量u的控制,使系统结构在两个子拓扑间不断变化,具有变结构的特点。利用滑模变结构控制理论对这类系统进行分析和设计具有重要意义。
当控制量u等于1或0时,若DC-DC变换器工作在连续工作模式,则其模型为
在断续工作模式中,DC-DC变换器有三个子拓扑,不满足假设条件,不能应用滑模变结构控制理论。
其中,u={1,0}, , g为光滑矢量场。
基于变结构理论的DC-DC变换器建模
DC-DC变换器的滑模变结构控制
滑模变结构控制器设计包括:(1)寻求切换函数,使它确定的滑动模态渐进稳定且有良好的品质;(2)寻求控制函数u+(x)和u-(x),使切换面上布满止点,形成滑动模态区
在寻求控制函数u+(x)和u-(x),希望趋近阶段近可能短
切换函数的选取
切换函数的选取应反映控制目的,对于buck变换器,控制目的是得到一个稳定的输出电压Vd,则选取切换函数为:
验算后可知,切换函数满足横截条件和滑模运动存在的充要条件
控制律的设计
由于变换器本身的特点,控制律u只能取0,1之一,不能利用指数趋近律的方法设计来提高趋近运动的品质。对于 DC/DC变换器的两个对应的开关逻辑,可由切换函数s=0和到达条件确定为其中一种:
性能分析
到达时间的估算
滑动模态动态品质分析:为保证buck变换器在趋近运动阶段达到时间较短、滑动模态阶段超调量较小,从而具有良好的动态品质,变换器参数应满足,并将作为电路参数设计的依据。
性能分析
鲁棒性:Buck变换器在控制作用下,由初始状态开始向着切换面s = 0运动,直到到达切换面,之后被约束在s(x) = 0的子空间中作滑模运动。趋近运动不具备鲁棒性;在滑动模态阶段,滑动模态的运动微分方程对摄动和扰动有完全的鲁棒性