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1、DC-DC变换器的滑模变结构控制及动态品质研究,杨 苹华南理工大学 电力学院,摘 要,本文以buck变换器为例论述了利用滑模变结构理论分析、设计DC/DC变换器的方法，讨论了以期望输出电压为依据的切换面S(x)设计问题和滑动模态上动态品质分析，推导出了到达时间的计算公式,为DC/DC变换器的控制器设计提供理论依据。,主 要 内 容,研究背景基于变结构理论的DC-DC变换器建模DC-DC变换器的滑模变结构控制性能分析仿真结论,研 究 背 景,本文着重探讨DC/DC变换器的切换面设计及其动态品质分析,功率变换器在工作过程中受开关量u的控制，使系统结构在两个子拓扑间不断变化，具有变结构的特点。利用滑
2、模变结构控制理论对这类系统进行分析和设计具有重要意义。,当控制量u等于1或0时，若DC-DC变换器工作在连续工作模式，则其模型为在断续工作模式中，DC-DC变换器有三个子拓扑，不满足假设条件，不能应用滑模变结构控制理论。,其中，u=1,0,g为光滑矢量场。,基于变结构理论的DC-DC变换器建模,DC-DC变换器的滑模变结构控制,滑模变结构控制器设计包括：(1)寻求切换函数，使它确定的滑动模态渐进稳定且有良好的品质；(2)寻求控制函数u+(x)和u-(x)，使切换面上布满止点，形成滑动模态区在寻求控制函数u+(x)和u-(x)，希望趋近阶段近可能短,切换函数的选取,切换函数的选取应反映控制目的，
3、对于buck变换器，控制目的是得到一个稳定的输出电压Vd，则选取切换函数为：验算后可知，切换函数满足横截条件和滑模运动存在的充要条件,控制律的设计,由于变换器本身的特点，控制律u只能取0，1之一，不能利用指数趋近律的方法设计来提高趋近运动的品质。对于 DC/DC变换器的两个对应的开关逻辑，可由切换函数s=0和到达条件 确定为其中一种：,性 能 分 析,到达时间的估算滑动模态动态品质分析：为保证buck变换器在趋近运动阶段达到时间较短、滑动模态阶段超调量较小，从而具有良好的动态品质，变换器参数应满足，并将 作为电路参数设计的依据。,性 能 分 析,鲁棒性：Buck变换器在控制作用下，由初始状态开
4、始向着切换面s=0运动，直到到达切换面，之后被约束在s(x)=0的子空间中作滑模运动。趋近运动不具备鲁棒性；在滑动模态阶段，滑动模态的运动微分方程对摄动和扰动有完全的鲁棒性,仿 真,切换面参数k、电压Vd与到达时间tr的关系:电阻一定，k值越大，对应的到达时间越长；对于一定的期望电压值Vd，R值越小，对应的到达时间越长R、L、C参数对滑动模态动态品质的影响：R=10对应最佳阻尼比，超调量较小、到达时间短，到达滑动模时抖动明显。输出电压经电容滤波后变的十分平稳，达到了控制的目的；R 较大，超调量加大、抖动加剧，调整时间较长；R较小，到达时间长，输出电压需要一定的调整时间达到稳态，但波形不再平滑，
5、有些微的抖震。,切换面参数k、电压Vd与到达时间tr的关系,Buck切换面参数k、电压Vd与tr的关系,切换面参数k、电压Vd与到达时间tr的关系,Buck切换面参数k、电压Vd与tr的关系,R、L、C参数对滑动模态动态品质的影响,R=3,R、L、C参数对滑动模态动态品质的影响,R=10,R、L、C参数对滑动模态动态品质的影响,R=30,结 论,本文以buck 变换器为例，讨论以期望输出电压为依据的切换面s(x)及控制律的设计，并分析滑动模态上动态品质，指出将最佳阻尼比作为电路参数设计的依据时，可保证DC-DC变换器在趋近运动阶段有较短的达到时间、滑动模态的超调量较小，系统具有良好的动态品质。仿真结果验证了理论分析，所得结论对DC/DC变换器的变结构控制具有实际意义。,本文欣赏结束,红藕香残玉簟秋，轻解罗裳，独上兰舟。云中谁寄锦书来？雁字回时，月满西楼。谢谢欣赏！,
