DC-DC变换器滑模变结构控制的研究

摘要

本文致力于滑模变结构控制方法在DC—DC变换器中应用的研究，对几种实用性强的滑模变结构控制方案进行了分析和讨论，其中，针对基于滞环调制的传统滑模变结构控制器切换频率不固定的问题，提出的一种基于PWM调制的滑模变结构控制方法是本文的重点。在理论分析的基础上进行了Matlab/Simulink仿真试验，仿真结果表明该滑模变结构控制方案能得到恒定的切换频率，同时有效地改善了变换器在输入和负载扰动时的动态性能和鲁棒性。 首先回顾了开关变换器的各种控制方法，并总结了各自具有的优缺点，重点介绍了滑模变结构控制理论及其在开关变换器中应用的研究动态，通过对国内外相关研究的分析，指出了目前滑模变结构控制开关变换器中存在的若干问题。 其次，对滑模变结构控制理论的相关基本概念和性质进行了专门介绍，并对滑模变结构控制与传统的线性控制相结合的方法进行了研究，仿真结果表明该方法有效地消除系统稳态误差，提高了滑模变结构控制的实用性。 再次，针对传统滑模变结构控制的切换频率不固定问题，提出了一种基于PWM调制的滑模变结构控制方法，通过此方法有效地降低了切换频率和简化前端和后级滤波电路的设计。然后，将此方法应用于DCM工作模式下DC—DC变换器的控制中，解决了传统滑模变结构控制因所得到的切换频率不固定而引起严重的开关损耗、电感和变压器磁芯损耗以及电磁干扰等问题，从而使得滑模变结构控制在功率变换器中的应用更加广泛。 最后，将滑模变结构控制与传统的PID控制在变换器中的应用效果进行了对比研究，仿真结果进一步证实了滑模变结构控制所表现出来的优势。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2 DC-DC变换器非线性控制方法

1.3滑模变结构控制在开关变换器中应用的发展概况

1.4开关变换器滑模变结构控制方法及存在的问题

1.5本文研究内容和结构安排

第2章滑模变结构控制方法研究

2.1滑模变结构控制的基本概念

2.2滑模变结构控制的性质

2.3滑模变结构控制与PWM控制的关系

2.4滑模变结构控制中存在的问题及其改进措施

2.5本章小结

第3章DC-DC变换器的比例积分滑模变结构控制

3.1引言

3.2 Buck变换器的滑模变结构控制

3.2.1 Buck变换器变结构模型

3.2.2 Buck变换器的滑模切换面

3.3比例积分滑模变结构控制

3.3.1切换面到达条件分析

3.3.2稳定性分析

3.4仿真实验

3.5本章小结

第4章基于PWM调制的DC-DC变换器滑模变结构控制

4.1引言

4.2变结构模型

4.3基于PWM调制的DC-DC变换器滑模变结构控制

4.3.1 切换面的存在条件

4.3.2 切换面系数的选择

4.3.3 基于PWM的滑模变结构控制器的控制方程推导

4.4仿真实验

4.5本章小结

第5章 电流断续模式PWM型DC-DC变换器滑模变结构控制

5.1引言

5.2 DCM模式DC-DC变换器状态空间模型

5.2.1 基于变结构理论的DCM模式下DC-DC变换器建模

5.3 DCM模式DC-DC变换器滑模变结构控制器的设计

5.3.1 Buck变换器的滑模变结构控制方程推导

5.3.2 Boost变换器的滑模变结构控制方程推导

5.3.3 Buck-Boost变换器的滑模变结构控制方程推导

5.4切换面的存在条件

5.4.1 Buck变换器滑模变结构控制器的切换面存在条件

5.4.2 Boost变换器滑模变结构控制器的切换面存在条件

5.4.3 Buck-Boost变换器滑模变结构控制器的切换面存在条件

5.5 滑模变结构控制DC-DC变换器DCM模式时的稳定性分析

5.6仿真实验

5.6.1 实验一：DCM模式PWM型DC-DC变换器滑模变结构控制仿真实验

5.6.2 实验二：两种模式下的PWM型DC-DC变换器滑模变结构控制的对比试验

5.7本章小结

第6章滑模变结构控制与PID控制的比较研究

6.1 引言

6.2 PID控制原理

6.3滑模变结构控制与PID控制的比较

6.3.1建模方式的比较

6.3.2控制效果的比较

6.4本章小结

第7章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录