[发明专利]一种降压变换器的无抖振滑模控制方法有效

专利信息
申请号: 201610051865.X 申请日: 2016-01-26
公开(公告)号: CN105576972B 公开(公告)日: 2018-06-01
发明(设计)人: 马莉;王常青;丁世宏 申请(专利权)人: 江苏大学
主分类号: H02M3/156 分类号: H02M3/156
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 212013 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 降压变换器 抖振 滑模控制 电力电子变换器 滑模控制理论 直流输入电压 滑模控制器 传统滑模 电压输出 方法控制 负载电阻 开关器件 目标电压 输出电压 系统整体 状态模型 抗扰动 鲁棒性 扰动 导通 定频 二阶 关断 稳态 输出 响应
【权利要求书】:

1.一种降压变换器的无抖振滑模控制方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤1,建立包含不确定因素的降压变换器的平均状态空间模型;

du C d t di L d t = - 1 ( C + Δ C ) ( R + Δ R ) 1 C + Δ C - 1 L + Δ L 0 u C i L + 0 U i + ΔU i L + Δ L d ]]>

式中,R为负载电阻,L为电感,C为电容,uC是电容C两端的电压,iL是电感电流,Ui为输入电压,ΔC、ΔL、ΔUi、ΔR分别为电容C、电感L、输入电压Ui、负载电阻R的不确定因素,d是开关量,其取值为0或1,表示开关管的断开或闭合状态;

步骤2,设计降压变换器的无抖振滑模控制算法;包括:

步骤2.1,分离步骤1所述的平均状态空间模型的不确定因素,得到:

du C d t = 1 C ( i L - u C R ) + θ 1 di L d t = 1 L ( dU i - u C ) + θ 2 ]]>

式中,

步骤2.2,定义输出电压偏差为x1=u0-Uref,其中Uref为输出直流电压参考值,u0为降压变压器的输出电压;

对x1求导得到电压偏差变化率x2

x 2 = x · 1 = - 1 R C u c + 1 C i L + θ 1 ; ]]>

再对x2求导得到:

x · 2 = 1 C ( di L d t - 1 R du c d t ) = ( 1 R 2 C 2 - 1 L C ) u C - 1 RC 2 i L + θ 2 C - θ 1 R C + θ · 1 + U i L C d ; ]]>

步骤2.3,设计滑模面函数s=x1+x2,并求导得到:

s · = x 2 + x · 2 = ( 1 R 2 C 2 - 1 R C - 1 L C ) u C + ( 1 C - 1 RC 2 ) i L + θ 2 C - ( 1 - 1 R C ) θ 1 + θ · 1 + U i L C d ; ]]>

再求导得到:其中,

a ( t , x ) = ( - 1 R 3 C 3 + 1 R 2 C 2 + 2 RLC 2 - 1 L C ) u C + ( 1 R 2 C 3 - 1 RC 2 - 1 LC 2 ) i L + ( U i L C - U i RLC 2 ) d + ( 1 R 2 C 2 - 1 R C - 1 L C ) θ 1 + ( 1 C - 1 RC 2 ) θ 2 + ( 1 - 1 R C ) θ · 1 + 1 C θ · 2 + θ ·· 1 , ]]>

b ( t , x ) = U i L C ; ]]>

步骤2.4,设计二阶滑模虚拟控制器:

v = - β 2 [ σ ( s · 1 / γ 1 + β 1 1 / γ 1 σ ( s ) ) ] γ 2 - a ‾ b ‾ s i g n ( s · 1 / γ 1 + β 1 1 / γ 2 σ ( s ) ) ; ]]>

其中,γ1=τ+1,b分别为a(t,x),b(t,x)的上界值和下界值,σ(x)称为饱和函数,并定义为β2>β1>1;

步骤2.5,对步骤2.4所述虚拟控制器积分得到实际控制器:

u = ∫ v d t = - β 2 ∫ [ σ ( s · 1 γ 1 + β 1 1 γ 1 σ ( s ) ) ] γ 2 d t - ∫ a ‾ b ‾ s i g n ( s · 1 γ 1 + β 1 1 γ 2 σ ( s ) ) d t ; ]]>

上述中,输入电压Ui、开关、电感和电容依次组成串联回路,电阻并联接在电容的两端;t表示时间。

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