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Buck变换器滑模变结构控制

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高级工程师
  • 2017-5-2 18:04:09
对于非线性系统控制来说,有很多的控制方法,其中滑模变结构控制就是一种比较实用的方法。该方法具有抗扰动、在滑模面不变的动态特性等优点被广泛用在电机、开关电源等控制上。其中主要的设计步骤主要有两点:
    1、选择控制率U(x)
    2、选择切换函数S(x)
其中最重要的就是要满足全局条件:
       图片2.bmp
下面以Buck电路为例进行说明:
滑模结构控制VSS(Variable-Structure Control System with sliding Modes),是一种非线性理论,对具有不确定动态特性的非线性系统而言,这种控制策略能使系统沿设计的“滑动模态”轨迹运动。该结构具有算法简单、对模型要求低、闭环系统对干扰信号以及控制对象本身的摄动鲁棒性强等特点[1]。近十年来,已得到控制界的广泛关注及实际应用[2]。
电力电子开关变换器的电路本质是离散、耦合的、动态的非线性系统,现在大部分开关变换器采用线性化的控制技术,控制规律采用PI控制。但PI控制对系统参数变化比较敏感,特别是开关变换器带非线性负载时响应速度慢,波形易发生畸变[3]。随着人们对开关变换器性能的要求逐渐提高,非线性系统的线性控制难以满足要求。而滑模结构控制对开关变换器非线性具有天然的适用性。因此,本文以Buck变换器为研究对象,利用滑模变结构理论对其进行控制分析。其分析方法也可推广到其他开关变换器中。
1 VSS的基本问题
要实现VSS,必须满足以下条件[1]:
3.jpg

VSS的动态响应可分为正常运动段和滑模运动段。因此VSS的设计主要包括两方面内容:选择合适的滑模面s(x);寻找合理的控制函数u+(x)和u-(x)。
2 Buck变换器的VSS分析
2.1 Buck变换器的基本拓扑结构

图1为Buck变换器的拓扑图,根据全控型电力电子器件的导通与否,系统具有两种工作模式,即电感电流连续模式及电流断续模式[4]。本文以电感电流工作在连续模式下,分析其工作过程。假设各电子元器件均为理想器件,取x1=iL,x2=uo,则Buck变换器的状态空间方程为:


4.jpg
5.jpg
6.jpg
7.jpg

8.jpg
9.jpg
10.jpg
本文应用滑模结构控制方法,对非线性的Buck系统进行控制分析。仿真结果表明,相对于常规线性控制滑模结构控制方法具有响应速度快、跟随性能好、抗干扰能力强的特点。文中推导的广义滑模区域条件及等效控制条件对Buck滑模变结构控制提供了一定的理论指导。
参考文献
[1] 王丰尧. 滑模变结构控制[M]. 北京: 机械工程出版社,1998.
[2] 周宇飞, 丘水生, 伍言真. 开关变换器的时变滑模控方法研究[J].电力电子技术, 2000,4(8):22-25.
[3] 张随保. 开关变换器中滑模控制技术研究[D]. 西安:西安理工大学,2008.
[4] 胡跃明. 变结构控制理论与应用[M].北京:科学出版社,2003.
[5] 王兆安,黄俊. 电力电子技术[M]. 北京: 机械工程出版社,2000.


liaozhaocheng
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版主
  • 2017-5-2 18:49:41
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多谢分享。
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高级工程师
  • 2017-5-3 07:07:49
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客气了,我也是最近看到觉得讲的不错。
gxg1122
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副总工程师
  • 2017-5-13 16:53:24
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滑模结构控制控制,受教了。
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高级工程师
  • 2017-5-14 09:53:10
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谢谢,我也是刚刚接受。互相学习
admin
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管理员
  • 2017-5-16 17:18:43
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欢迎楼主继续更新。。。。
Cascaded
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LV6
高级工程师
最新回复
  • 2017-5-17 21:42:28
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以后我会不定时更新的。
wangdongchun
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  • 2017-5-3 20:39:53
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