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1、滑模变结构控制在DC-DC电子变换器中的应用,2016-11-3,1.滑模变结构控制基本概念 2.滑膜变结构控制发展历史 3.DC-DC变换器 4.Buck直流变换器的滑模变结构控制,DC-DC变换简介,DC-DC变换是将不可调的直流电压转变为可调的或固定的直流电压，是一种用开关调节方式控制电能变换电路。,发展方向,高效率、高性能、高可靠性、低成本、小体积,衡量优劣,输入与输出间是否有电气隔离,隔离式：输入端与输出端完全电气隔离，以磁耦合方式传递能量,非隔离式：输入端与输出端电气想通，没有隔离,降压电路（Buck）、升压电路（Boost）、升降压电路（Buck-Boost） Cuk、Sepic
2、,单端：正激（Foward）、反激（Flyback） 双端：推挽（Push pull）、半桥（Half Bridge）、全桥（Full Bridge）,DC-DC拓扑分类,三种基本的DC-DC拓扑比较,基本的DC-DC拓扑包括Buck、Boost、Buck-Boost三种，其余的拓扑均由它们演变而成。,DC-DC变换器建模方法,针对不同的拓扑结构和控制算法，需要建立合适类型的建模方法。在直流开关变换器的各种建模方法中，比较常用的有以下几种：,小信号建模：着重于求解分析低频交流小信号在幵关变换器中的工作 状态，可以用于分析设计变换器的数学特性。 大信号建模：包括相平面分析法、解析分析法、大信号等
3、效模型分析 法、幵关信号流分析法、次谐波模型分析法、通用平均 分析法、KBM分析法，主要运用于开关变换器的仿真以 及小信号模型不适合的、其他的特性系统。 电路平均法：以时间平均等效电路法、三端开关电路器件模型法以及 能量守恒法则为代表，主要用于PWM波控制的直流开关 变换器的连续工作模式。,DC-DC变换器控制策略： 常用的控制策略主要可以分为线性控制策略和非线性控制策略。,一、线性控制策略,单闭环电压控制：引入输出电压的误差信号改变占空比，控制结构简单，电路的动态响应超调较大，而且受环路增益带宽大小的限制使系统的动态时间较长。 双闭环控制：内环为电流反馈，外环采用电压反馈方式。可以控制系统可
4、以从电路获取更多的反馈信息，综合电压、电流两方面的变化趋势计算出控制率。双闭环反馈控制比单闭环电压控制可以获得更好地控制效果，但同时双闭环控制系统的控制器设计更为复杂。 前馈控制方法：把输入电压作为控制参数的一部分引入控制器的设计。可以在输入扰动对系统产生影响之前就对控制变量做出相应的调整，有效地对系统的输入扰动做出补偿。缺点如不能补偿负载变化所引起的扰动等。 结论：线性扰动具有结构简单，操作方便等优点，在工程上有广泛的应用。但是工程上实际控制的系统又有很强的非线性特性。,二、非线性控制策略,滑模控制：它所控制的系统具有结构不固定的特点，控制策咯也会随着系统结构的改变发生变化。而对于开关变换器
5、在开关导通和断开的两种情况下，开关变换器的系统结构不同，所以滑模控制的控制策略很适合开关变换器的自身特点。滑模控制以其良好的鲁棒性成为开关变换器有效的控制方法。 自适应控制方法：实时的更新控制器参数，满足了系统的稳定性和精确性的要求，具有较强的抗干扰能力，但是由于开关变换器的开关频率较高，控制率更新的实时性是自适应控制方法的一个难点。 模糊控制：不需要建立被控系统的数学模型，直接运用语言的形式表达控制器设计者的直觉和经验。模糊控制的主要过程分三部分：模糊化，模糊规则推理，去模糊化。模糊控制的优势在于不需要系统的准确数学模型，而是主要依靠控制器设计者的经验，所以很适合于直流开关变换器这种非线性的
6、系统。同时模糊控制存在一些缺点，比如，控制器函数选择没有具体依据，从而没有设计和分析控制器的系统方法，不能保证规则库的完整性。 结论：在控制算法方面，PID控制，滑模控制，模糊控制等都己广泛应用于变换器的研究中，对于反步法，自适应控制，单周控制，神经网络控制，模糊控制等的研究尚在进一步进行之中。,1.滑模变结构控制基本概念 2.滑膜变结构控制发展历史 3.DC-DC变换器 4.Buck直流变换器的滑模变结构控制,开关导通,开关关断,Buck直流变换器,开关导通,开关关断,微分方程,列写微分方程,取状态变量,状态空间方程,确定状态空间方程,以状态偏差的线性组合建立滑模面函数,根据滑动模态的存在性和可达性条件,建立滑模面函数,选择开关函数,滑模运动区在两条直线之间,为使选择的线性滑模面函数全部在滑模区， 应与 平行,化简,需满足,引入等效控制量,代入,