Buck变换器多幂次趋近律滑模控制研究

Buck变换器多幂次趋近律滑模控制研究

Research on Sliding Mode Control with Multipower Approaching Law for Buck Converter

中文关键词:  滑模控制  Buck变换器  多幂次趋近律  PI控制

作者                  单位                                                                                                E-mail
肖蕙蕙               重庆理工大学电气与电子工程学院， 重庆 400054
                         重庆市能源互联网工程技术研究中心， 重庆 400054
陈敏                  重庆理工大学电气与电子工程学院， 重庆 400054
                         重庆市能源互联网工程技术研究中心， 重庆 400054
陈艳                  重庆理工大学电气与电子工程学院， 重庆 400054                             chenyan2012@cqut.edu.cn
                         重庆市能源互联网工程技术研究中心， 重庆 400054
崔森                  重庆理工大学电气与电子工程学院， 重庆 400054
                         重庆市能源互联网工程技术研究中心， 重庆 400054
居鑫                  重庆理工大学电气与电子工程学院， 重庆 400054
                         重庆市能源互联网工程技术研究中心， 重庆 400054

中文摘要:
为使Buck变换器输出电压响应速度快、增强系统鲁棒性及控制精度，削弱传统滑模控制的抖振现象，提出了一种基于多幂次趋近律的滑模控制策略。根据Buck变换器工作模式，利用状态空间平均化法建立了数学模型，并基于多幂次趋近律设计了对应的滑模控制器。仿真和实验结果表明，相对于传统PI控制策略，采用基于多幂次趋近律的滑模控制策略可使Buck变换器动态响应更快，鲁棒性更好。

内容节选：
Buck 变换器在直流变换器中是开关电源最核心的拓扑结构，目前对其研究比较广泛，控制技术比较成熟。 文献[1]提出最优 PID 控制器设计，达到了比较理想的效果；文献[2]利用前馈型电压改善了系统抗负载跳变能力。 但是大多是停留在线性控制的层面，而在开关变换器电路中电感、电容和开关等器件均是非线性元件，其本质是离散、耦合、动态的非线性系统。 因此有必要对 Buck 变换器采用非线性控制。
滑模控制是一种非线性控制方法，其非线性表现为控制律中含有非线性环节，其特点是具有良好的鲁棒性， 有利于改善非线性开关变换器的鲁棒性。 文献[3]提出基于 PWM 技术的滑模控制器，解决 Buck 变换器滑模变结构控制性能受元器件开关速度影响的问题；文献[4]提出了三阶滑模控制策略，改善了系统的稳态性能，同时具有良好的动态性能；文献[5-7]利用切换函数直接转换成固定频率的开关控制信号的定频调制方法，改善了开关频率随输入电压或负载变化而变化的问题等。 但是传统的滑模变结构控制存在抖振问题[8]，国内外学者对此进行了大量的研究，其中趋近律控制能够加快趋近速度，并且有效地减弱抖振。 文献[9-10]提出了经典的指数趋近律，一定程度地削弱了抖振；文献[11]首次提出了双幂次滑模趋近律，使系统状态量快速收敛，提高了趋近速率，但并没有给出趋近速率的表达式或定性分析；文献[12]提出多幂次趋近律，通过 3 个不同的趋近律，在系统的趋近过程分阶段调节，大幅度提高了趋近速率，且无抖振现象。
因此，本文在此基础上提出基于多幂次趋近律的滑模控制策略， 实现对 Buck 变换器输出电压的控制，相对传统的 PI 控制，该方法使得动态响应更快，提高了系统的鲁棒性。

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