自适应滑模控制在Buck-Boost变换器中的应用

摘要

近几十年来，电力电子技术不断发展，尤其是开关型DC-DC（直流-直流）变换器，得到了广泛的应用。DC-DC变换器是把某一数值的直流电压变换为另一数值的直流电压。目前各类DC-DC变换器已经大量地用于理论研究和工农业应用中，其中，应用的工业场合主要是各大电力供电系统，包括汽车、船舶、飞机和计算机的供电等。随着变换器市场需求量的增大，对变换器控制算法的优化研究也变得愈加重要。
　　本文以Buck-Boost型变换器为研究对象，目标是设计出控制器实现对变换器的输出控制，保证变换器的输出电压能够维持在期望的输出范围内。文中分别讨论电感、电容为时变参数和输入电压、负载电阻值为不确定参数这两种情况对输出电压的影响，分别设计出相应地自适应滑模控制算法。具体研究内容为:
　　首先，详细地介绍研究Buck-Boost型变换器的电路结构、工作原理和建模过程。
　　其次，分析电路中的参数不确定对输出电压特性的影响，设计出自适应滑模控制器，旨在消除电路时变性参数对变换器输出的影响，实现输出电压维持在期望范围内的目标。最后通过仿真结果，验证控制器的有效性。
　　再次，由于滑模算法、PID等算法无法补偿系统中带有未知参数的不确定，因此提出了基于Luenberger观测器的自适应滑模控制算法。考虑了当变换器输入电压和外加负载阻抗其一未知或全部未知的情况，通过自适应滑模控制器的设计，使闭环系统的输出电压维持在期望范围内。
　　最后，搭建了Buck-Boost型变换器实验平台。实验平台共包括六个部分，通过编写LabVIEW程序和FPGA程序进行了实验验证。通过观察实验结果，进一步验证了控制器有效性。

目录

声明

致谢

摘要

1．1研究背景介绍

1．2变换器的研究现状与发展趋势

1．2．1研究背景介绍

1．2．2发展趋势分析

1．3研究内容介绍

1．4论文架构介绍

2 Buck-Boost型变换器的基本知识

2．2 Buck-Boost型变换器的工作原理

2．3 Buck-Boost型变换器模型的建立

2．4 Buck-Boost型变换器的开环仿真

2．5 本章小结

3 带干扰的Buck-Boost型变换器的控制

3．1 滑模控制

3．1．1滑模控制的简介

3．1．2滑模控制的基本思想

3．1．3滑模控制器的设计

3．2干扰边界值已知时控制器设计在Buck-Boost变换器中的应用

3．2．I 模型建立

3．2．2滑模控制器设计

3．2．3滑模控制的稳定性分析

3．2．4仿真结果与分析

3．3 干扰边界值未知时控制器设计在Buck—Boost变换器中的应用

3．3．1模型建立

3．3．2 自适应滑模控制器设计

3．3．3 自适应滑模控制的稳定性分析

3．3．4仿真结果与分析

3．4本章小结

4带未知参数的Buck-Boost型变换器的控制

4．2 负载电阻未知时控制器设计在Buck-Boost变换器中的应用

4．2．1控制器设计

4．2．2稳定性分析

4．2．3仿真结果分析

4．3负载电阻和输入电压未知时控制器设计在变换器中的应用

4．3．1控制器设计

4．3．2稳定性分析

4．3．3仿真结果分析

4．4本章小结

5 Buck-Boost型变换器的实验验证

5．1 Buck-Boost实验平台介绍

5．2硬件平台搭建

5．3 LabVIEW程序开发

5．3．1开发环境介绍

5．3．2 LabVlEW上位机开发

5．3．3 FPGA程序开发

5．4实验结果与分析

5．4．1 带干扰系统实验结果与分析

5．4．2带未知参数系统实验结果与分析

5．5 本章小结

6 结论

参考文献

作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果

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