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1、滑模变结构控制在DC-DC电子变换器中的应用 2016-11-3 1.滑模变结构控制基本概念 2.滑膜变结构控制发展历史 3.DC-DC变换器 4.Buck直流变换器的滑模变结构控制 DC-DC变换简介 DC-DC变换是将不可调的直流电压转变为可调的或固定的直 流电压，是一种用开关调节方式控制电能变换电路。 发展方向 高效率、高性能、高可靠性、低成本、小体积 衡量优劣 输入与输出 间是否有电 气隔离 隔离式：输入端与输出端完全电气隔离，以磁耦合方式传递能量 非隔离式：输入端与输出端电气想通，没有隔离 降压电路（Buck）、升压电路（Boost）、升降压电路（Buck-Boost） Cuk、Se
2、pic 单端：正激（Foward）、反激（Flyback） 双端：推挽（Push pull）、半桥（Half Bridge）、全桥（Full Bridge ） DC-DC拓扑分类 三种基本的DC-DC拓扑比较 基本的DC-DC拓扑包括Buck、Boost、Buck-Boost 三种，其余的拓扑均由它们演变而成。 类型BuckBoostBuck-Boost 主要特点 DC-DC变换器建模方法 针对不同的拓扑结构和控制算法，需要建立合适类型的建模方法。 在直流开关变换器的各种建模方法中，比较常用的有以下几种： 小信号建模：着重于求解分析低频交流小信号在幵关变换器中的工作 状态，可以用于分析设计变换
3、器的数学特性。 大信号建模：包括相平面分析法、解析分析法、大信号等效模型分析 法、幵关信号流分析法、次谐波模型分析法、通用平均 分析法、KBM分析法，主要运用于开关变换器的仿真以 及小信号模型不适合的、其他的特性系统。 电路平均法：以时间平均等效电路法、三端开关电路器件模型法以及 能量守恒法则为代表，主要用于PWM波控制的直流开关 变换器的连续工作模式。 DC-DC变换器控制策略： 常用的控制策略主要可以分为线性控制策略和非线性控制策略。 一、线性控制策略 1. 单闭环电压控制：引入输出电压的误差信号改变占空比，控制结构简单，电路 的动态响应超调较大，而且受环路增益带宽大小的限制使系统的动态时
4、间较 长。 2. 双闭环控制：内环为电流反馈，外环采用电压反馈方式。可以控制系统可以从 电路获取更多的反馈信息，综合电压、电流两方面的变化趋势计算出控制率。 双闭环反馈控制比单闭环电压控制可以获得更好地控制效果，但同时双闭环控 制系统的控制器设计更为复杂。 3. 前馈控制方法：把输入电压作为控制参数的一部分引入控制器的设计。可以在 输入扰动对系统产生影响之前就对控制变量做出相应的调整，有效地对系统的 输入扰动做出补偿。缺点如不能补偿负载变化所引起的扰动等。 结论：线性扰动具有结构简单，操作方便等优点，在工程上有广泛的应用。 但是工程上实际控制的系统又有很强的非线性特性。 二、非线性控制策略 1
5、. 滑模控制：它所控制的系统具有结构不固定的特点，控制策咯也会随着系统结构的改变发 生变化。而对于开关变换器在开关导通和断开的两种情况下，开关变换器的系统结构不同 ，所以滑模控制的控制策略很适合开关变换器的自身特点。滑模控制以其良好的鲁棒性成 为开关变换器有效的控制方法。 2. 自适应控制方法：实时的更新控制器参数，满足了系统的稳定性和精确性的要求，具有较 强的抗干扰能力，但是由于开关变换器的开关频率较高，控制率更新的实时性是自适应控 制方法的一个难点。 3. 模糊控制：不需要建立被控系统的数学模型，直接运用语言的形式表达控制器设计者的直 觉和经验。模糊控制的主要过程分三部分：模糊化，模糊规则
6、推理，去模糊化。模糊控制 的优势在于不需要系统的准确数学模型，而是主要依靠控制器设计者的经验，所以很适合 于直流开关变换器这种非线性的系统。同时模糊控制存在一些缺点，比如，控制器函数选 择没有具体依据，从而没有设计和分析控制器的系统方法，不能保证规则库的完整性。 结论：在控制算法方面，PID控制，滑模控制，模糊控制等都己广泛应用于变换器的研究中， 对于反步法，自适应控制，单周控制，神经网络控制，模糊控制等的研究尚在进一步进行之 中。 1.滑模变结构控制基本概念 2.滑膜变结构控制发展历史 3.DC-DC变换器 4.Buck直流变换器的滑模变结构控制 开关导通开关关断 Buck直流变换器 开关导通开关关断 微分方程 列写微分方程 取状态变量 状态空间方程 确定状态空间方程 以状态偏差的线性组合建立滑模面函数 根据滑动模态的存在性和可达性条件 建立滑模面函数 选择开关函数 滑模运动区在两条直线之间 为使选择的线性滑模面函数全部在滑模区， 应与 平行 化简 需满足 引入等效控制量 代入
