[发明专利]MCZ硅单晶炉用超导磁体励磁高频开关电源的控制方法

权利要求书

1.MCZ硅单晶炉用超导磁体励磁高频开关电源的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：开关电源功率部分主电路输入端接入交流电压，经过前级整流模块后，接入DC/DC模块，最后通过滤波处理后输出直流电流；

步骤2：超导磁体等效为大电感负载，根据负载及各项参数建立模型；

步骤3：根据步骤2中的模型设计模糊滑模控制器，确定切换函数s中的系数和控制律，得到闭环控制系统；

步骤4：输出电流信号的隔离采集，采集步骤1输出的直流电流信号，作为反馈信号送给步骤3得到的模糊滑模控制器，将模糊滑模控制器求出控制量输出至PWM驱动器，通过隔离驱动电路控制MOSFET的开关；

步骤5：模糊滑模控制器所得的控制量的变化通过隔离驱动电路改变BUCK电路中功率器件的占空比来调节输出电流的大小；当输出电流高于给定值时，减少周期内开通时间，减小占空比；当输出电流低于给定值时，增加周期内的开通时间，增大占空比，通过占空比保证电流的平稳输出；

其中步骤2中通过关键参数建立模型，具体参数包括：V_in为输入直流电压，L₁为滤波电感，L₂为负载电感，C为滤波电容，R为负载电阻，I_o为输出电流，I_ref为给定电流，d为占空比；具体按照以下步骤实施：

输入占空比与输出电流的状态平均模型：

建立误差状态方程：

求得：

其中步骤3和步骤4根据步骤2中的模型设计模糊滑模控制器，确定切换函数s中的系数和系统控制率，得到控制系统，具体按照以下步骤实施：

K₁、K₂、K₃分别为误差、微分及二阶微分对滑模面的权值，e为采集部分得到的电流与给定值做差求出的偏差、为e的一阶导数、为e的二阶导数，定义切换函数为：

由步骤2中的建立的模型代入上式得：

确定参数为：

得：

等效控制项为：

切换控制率取：

d_sw＝εsgn(s)，ε＞0 (9)；

d_eq为等效控制项，d_sw为滑模切换项，等效滑模控制率为：

m＝d_eq+d_sw (10)；

改进后控制率为：

其中：

式(11)中w为比例项对等效控制量进行调节，切换项采用增量模式对误差进行补偿，Δd_sw为滑模切换项的增量；

滑模控制器采用等速趋近律，存在待确定参数ε，该参数是滑模切换项的系数，若参数ε固定，数值较大时，在滑模状态会产生较大抖振，而较小时会以较慢的速度趋近于平衡点，实际在控制过程中该参数应该是一个逐渐减小的量，即以较快的速度逼近给定值，到达预定值后能以较小的抖振幅值维持在滑动模态，因此，采用单输入单输出模糊控制器调整参数ε以满足控制要求，利用加权平均法对输出进行清晰化；

定义一个Lyapounov函数

式(4)中参数K₁K₂K₃则有：

s＝K₁x₁+K₂x₂+K₃x₃≈K₁x₁ (14)；

将式(11)带入式(4)中

其中为累加项，则有稳定性得证。