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
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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
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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。
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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
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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。
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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
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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
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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
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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：
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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。
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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
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仿 真
切换面参数k、电压Vd与到达时间tr的关系:电阻一定，k值越大，对应的到达时间越长；对于一定的期望电压值Vd，R值越小，对应的到达时间越长
R、L、C参数对滑动模态动态品质的影响：R = 10Ω对应最佳阻尼比，超调量较小、到达时间短，到达滑动模时抖动明显。输出电压经电容滤波后变的十分平稳，达到了控制的目的；R 较大，超调量加大、抖动加剧，调整时间较长；R较小，到达时间长，输出电压需要一定的调整时间达到稳态，但波形不再平滑，有些微的抖震。
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切换面参数k、电压Vd与到达时间tr的关系
Buck切换面参数k、电压Vd与tr的关系
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切换面参数k、电压Vd与到达时间tr的关系
Buck切换面参数k、电压Vd与tr的关系
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R、L、C参数对滑动模态动态品质的影响
R = 3Ω
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R、L、C参数对滑动模态动态品质的影响
R = 10Ω
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R、L、C参数对滑动模态动态品质的影响
R = 30Ω
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结 论
本文以buck 变换器为例，讨论以期望输出电压为依据的切换面s(x)及控制律的设计，并分析滑动模态上动态品质，指出将最佳阻尼比作为电路参数设计的依据时，可保证DC-DC变换器在趋近运动阶段有较短的达到时间、滑动模态的超调量较小，系统具有良好的动态品质。仿真结果验证了理论分析，所得结论对DC/DC变换器的变结构控制具有实际意义。
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本文欣赏结束
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红藕香残玉簟秋，轻解罗裳，独上兰舟。
云中谁寄锦书来？雁字回时，月满西楼。
谢谢欣赏！！