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全局滑模控制Buck变换器研究

倪雨  
【摘要】: 滑模控制系统具有卓越的鲁棒性和动态特性,特别适合于具有变结构特性的开关变换器的控制。但传统滑模控制开关变换器属于控制量(占空比)受限的滑模控制系统,滑模区域的大小与开关变换器的电路参数和滑模系数有关:滑模区与滑模系数大小成反比,而滑动模态品质却与滑模系数成正比,从而使得鲁棒性和动态速度成为一对矛盾,导致滑模系数难以设计。 本论文主要研究滑模控制开关DC-DC变换器的设计方法,首次将全局滑模控制用于开关DC-DC变换器设计,在确保滑模控制的鲁棒性和良好滑模品质的同时,给出了两种简单的滑模控制器设计方法。 本文主要研究内容包括: (1)针对控制受限滑模控制系统的特点,研究了传统一阶滑模控制开关变换器的滑模区域与主电路参数和滑模系数的关系,研究具有工程实用价值的传统一阶滑模控制器的设计方法; (2)根据全局滑模控制的原理,分析了全局滑模控制的全局鲁棒性的主要特点及其在开关DC-DC变换器控制中的应用。进行了全局滑模控制与传统滑模控制开关DC-DC变换器的仿真比较研究,验证了全局滑模控制开关DC-DC变换器的可行性和优越性; (3)针对全局滑模控制的全局切换面所具有的时变特性,研究了其数字实现的特点,对离散全局滑模控制开关DC-DC变换器进行了研究,并进一步研究了离散趋近律法和全局衰减律法,提供了全局滑模控制器的设计方法; (4)为了合理的选取滑模系数,在主电路参数和负载电流阶跃变化量给定的前提下,研究了Buck变换器的最优负载瞬态特性及主要特性参数,研究了一种简单的滑模系数设计方法,仿真验证了最优负载瞬态特性的存在性和滑模系数设计方法的正确性。 (5)研究了瞬态初值赋定这一全局切换函数实现的关键问题,分析了不同负载条件下Buck变换器的稳态运行特性,获得了全局滑模控制开关DC-DC变换器的稳态和瞬态的临界值,为瞬态初值的及时准确赋定建立了基础,提出了一种全局切换函数的实现方法。


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