基于滑模控制感应加热电源的电流仿真分析
摘 要:分析采用准滑模控制方案的感应加热串联谐振逆变器,建立逆变器的负载回路离散数学模型,其中包括切换面参数的选取、到达条件的证明和稳定性分析。仿真结果表明,滑模控制方法可有效改善系统动态特性和增强其对外部干扰的鲁棒性,证明其控制方案的可行性和正确性。
1 引 言
本文介绍一种应用软开关技术的感应加热逆变电源控制器。运用软开关技术,功率器件在电流过零点时进行切换,电流控制器采用离散时间状态。在电路参数有规律的采样中,输出电流可以离散化,得到离散数学模型。针对感应加热电源逆变控制器,提出了一种准滑模控制策略。该控制方案的优点有:设计的系统控制简单,容易满足实际的工业应用,可进行数字化处理;设计的系统控制对逆变器参数变化不敏感;控制系统可以实现全范围的系统操作。
采用滑模控制方式的逆变器与传统控制方式相比,具有良好的动态特性、鲁棒性以及在电源和负载大范围变化时能保证系统稳定性的优点。滑模控制方式要求全状态变量反馈,且需要相应的基准参考量,增加电路设计的复杂性,所以一般的滑模控制方式大多停留在理论分析和仿真阶段。
滑模控制与常规控制的根本区别在于控制的不连续性,即一种使系统“结构”随时间变化的开关特性。由于功率变换器中开关元件的存在,使滑模变结构控制理论得到广泛应用。
3 滑模变结构电流控制策略
本节讨论一种应用比例积分滑模的电流控制技术[1]。目的是使在稳态下输出电流峰值的绝对值Io有一个较小的电流偏移量时,能够较为准确地跟随于期望的参考电流Iref,在阶跃输入时可以有快速的瞬态响应和较小的超调量。
引入滑模变结构控制理论(the theory of VariableStructure Control,VSC)。所谓滑模变结构控制是:当系统状态运动到某特定点,使得由状态决定的切换函数值发生变化,系统运动方程由一种形式转换为另一种形式,即结构发生变化。在不断的结构变化中,系统以滑模形式运动至平衡点,由于逆变器内在的开关原理,使其非常适合滑模控制。它的突出优点是滑动模态可以具有对系统摄动、不确定性以及干扰的“完全自适应性”。由于电容和电感变化较小,可忽略其对滑模面的影响,故滑模控制策略有较好的适用性。电流控制的离散滑动模型可由式(8)表述。
滑模切换函数的选取影响系统的动态品质,本文采用电流误差积分滑模面[2],切换函数可表述如下:
5 结 语
针对串联谐振感应加热电源逆变器,建立逆变器的负载回路离散数学模型,分析比例积分滑模控制电流控制器切换面参数的选择条件、可达性和滑模存在性及稳定性;选择适当的增益后,可使滑模控制对输出负载变化具有良好的快速性和鲁棒性。根据此模型,使基于DSP控制策略容易实现
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