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1、12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,答辩人 ：孙明志,指导教师 ：郑艳 副教授,Buck变换器的滑模控制研究,12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,绪论,Buck变换器的工作原理与数学模型,Buck变换器的自适应积分滑模控制,Buck变换器的自适应动态滑模控制,结论与展望,12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,课题背景及研究意义,由于开关
2、电源在重量、体积、 能耗等方面都比线性电 源有显著减少，因此开关电源的应用得到了迅速推广， 但 是常用的PID控制系统对系统参数的变化比较敏感，当负载 大范围变化时，开关变换器存在动态响应速度慢、 输出波 形有畸变等缺点。 而滑模控制的变换器具有稳定范围宽、动态响应快、 鲁棒性强等优点，成为研究的热点。,12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,Buck变换器的工作原理与数学模型,12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,Buck变
3、换器的工作原理,图2.1Buck变换器电路,12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,开关T导通时,图 2.2 开关T导通时的Buck电路图,12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,开关T关断时,图2.3 开关T关断时的Buck电路图,12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,Buck变换的数学模型,为考虑了负载变化的不确定参数且假设,(2.1),取
4、x1为误差电压，x2为电容电流,其中,(2.2),12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,Buck变换器的自适应积分滑模控制,12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,考虑如下不确定的二阶系统,(3.1),问题描述,积分型切换函数设计为,(3.2),(3.3),12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,滑动模态方程为,(3.5),积分滑模控制器设计,
5、(3.6),稳定性分析,(3.7),12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,设计自适应律为,(3.9),(3.8),稳定性分析,(3.10),自适应积分滑模控制,控制器设计,(3.11),12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,的摄动，原系统变为,考虑系统参数,(3.12),其中,将式(3.8),(3.12)代入,可得,改进的自适应积分滑模控制器,(3.13),12/12/2018,The College of Informat
6、ion Science and Engineering,改进的控制器为,(3.14),设计自适应律为,(3.15),(3.16),12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,稳定性分析,(3.17),(3.18),12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,Buck变换器的自适应积分滑模控制器,(3.21),仿真研究,(3.22),Buck变换器改进的自适应积分滑模控制器,系统参数,12/12/2018,The College of I
7、nformation Science and Engineering,图3.1 输出电压x1的变化曲线 图3.2 输出电压x1的局部放大图,结论：积分滑模控制的快速性明显好于常规滑模控制并且有 效地消除了静差,12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,图3.3 输出电压x1的变化曲线 图3.4 输出电压x1的变化曲线,结论：当负载变化时，自适应积分滑模控制有效提高了系统 的快速性，增强对负载变化的鲁棒性。,负载R=100,负载R=1,12/12/2018,The College of Information Sc
8、ience and Engineering,图3.5 自适应积分滑模控制 图3.6 改进的自适应积分滑模控制 输出电压x1的变化曲线 输出电压x1的变化曲线,1V阶跃扰动时,12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,图3.7 输出电压x1的变化曲线 图3.8 输出电压x1的放大图,1V正弦扰动时,结论：改进后的自适应积分滑模的稳态性能明显的提高,12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,Buck变换器的自适应动态滑模控制,12/12
9、/2018,The College of Information Science and Engineering,考虑如下线性二阶系统,(4.1),定义切换函数为,(4.2),问题描述,由,求得等效控制为,(4.3),12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,(4.4),滑动模态方程为,采用等速趋近律,则动态控制律为,(4.5),(4.6),12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,考虑不确定二阶系统,(4.8),滑动模态方程变为,
10、(4.7),此时，不确定参数 被引入到滑动模态方程中，对系统 的性能产生影响。,12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,定义切换函数,(4.9),其中,为对系统中未知参数,的估计,自适应动态滑模控制器的设计,滑动模态方程为,(4.10),12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,改进的控制器的设计,定义含不确定参数的状态,的观测器为,其中,(4.11),(4.12),自适应律为,(4.13),动态滑模控制律,12/12/2018,
11、The College of Information Science and Engineering,稳定性分析,(4.14),(4.15),12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,Buck变换器的自适应动态滑模控制器,仿真研究,系统参数为,12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,负载R=100,图4.1 动态滑模控制输出电压x1 图4.2 自适应动态滑模控制 的变化曲线 输出电压x1的变化曲线,12/12/2018,The C
12、ollege of Information Science and Engineering,图4.3 输出电压x1的变化曲线 图4.4 输出电压x1的变化曲线图,负载R=1,负载R=10K,结论：负载变化时，自适应动态滑模控制的动态性能明显优于 动态滑模控制，提高了系统对负载变动的鲁棒性,12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,图4.5 控制量d(t)的变化曲线,负载R=100,12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,图4.6
13、观测器跟踪误差变化曲线,负载R=1,12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,结论与展望,12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,结论 改进的自适应积分滑模控制器，消除了Buck变换器输出电压的静差，提高了输出电压的精度 。解决了设计中必须知道负载上界的约束，提高了负载变化时系统的性能。 动态滑模控制可以使Buck变换器中控制量的抖振大幅降低，但削弱抖振的同时也削弱了系统的鲁棒性。 Buck变换器的自适应动态滑模控制，在削弱系统抖振的同时，有效弥补了鲁棒性损失，提高了负载变化时系统的性能。,12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,展望 1. 将本文所给出的控制策略应用到其它变换器中 2. 将本文所给出的控制策略推广到离散时间系统,12/12/2018,The College of Information Science and Engineering,谢谢大家！,
