准滑模控制开关DC-DC变换器分析_

摘要：准滑模控制的滑模系数和边界层的选取因缺乏明确的关系式而难以确定，该文以相变量系统模型为基础，详细分析了准滑模控制方法的特性和在Buck变换器控制中的应用；研究了准滑模控制的边界层、滑模系数、准滑动模态区相互之间的定量数学关系，所获得的研究结果可以指导我们有效的选取滑模系数和边界层厚度。计算机仿真和实验结果表明准滑模控制器可以获得更加平滑的占空比，有利于减小输出电压的纹波，抑制系统抖振。
关键词：相变量系统；状态空间平均；准滑模控制；理想滑模控制
滑模控制技术是设计具有鲁棒性的控制系统的一种有效控制策略，变结构系统的滑模控制具有极高稳定度和快速暂态响应速度。相比线性控制
技术，滑模控制技术更适合用于开关变换器的控制，以克服开关变换器的周期性时变特性，改善变换器的瞬态和稳态品质。
由于实际的开关变换器的工作频率为有限值，这大大削弱了滑模控制系统的鲁棒性。在开关变换器的滑模控制系统的设计中，如何设计保留滑模控制优点的滑模控制器成为重要的研究课题。通过提高工作频率可以确保滑模控制的优势，但开关变换器工作频率的提高则会带来开关损耗、电磁干扰、电路板设计困难等问题。研究了降低滑模控制开关变换器开关工作频率的方法，但有限的开关频率将引起滑模控制开关变换器的稳态输出电压误差。采用滑模相似控制技术并结合模糊控制设计的滑模控制器消除了稳态误差，但必须采用数字控制技术实现。
为了在降低变结构系统的切换频率的同时，避免或减小抖振，同时平滑占空比，有学者提出了准滑模控制技术。本文将对准滑模控制开关DC-DC
变换器进行分析，研究稳态输出电压误差与边界层的定量数学关系，并对此定量关系进行计算机仿真和实验验证。本文以Buck变换器为例，详细介绍了准滑模控制开关DC-DC变换器的分析方法，推导了滑模系数的约束关系。
准滑模控制是理想滑模控制的1种具体实现方式，其目的是削弱滑模控制系统的固有抖振。准滑模控制的原理是：系统的控制在边界层外部产生切换，在内部由切换函数的高增益反馈构成。准滑模控制也存在3要素：准滑动模态的存在性、能达性和稳定性。当边界层厚度为零时，准滑模控制成为理想滑模控制。
本文从准滑模控制的角度出发，以相变量系统模型为基础，详细讨论了Buck变换器的准滑模控制方法，研究了边界层、滑模系数和准滑动模态区相互之间的定量数学关系，研究了滑模系数和边界层与准滑模控制Buck变换器稳态误差之间的定量数学关系，所获得的研究结果可以指导我们有效的选取滑模系数和边界层厚度。计算机仿真和实验结果表明准滑模控制器可以输出更加平滑的控制量(占空比)，有利于减小输出电压的纹波，抑制系统抖振。

文章来自：滑模机械网

文章作者：信息一部

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