DC-DC变换器的滑模控制研究

论文摘要

DC-DC变换器是一种直流电变换装置,能够快速有效地将输入直流电压变换到理想的输出直流电压,实现输出电压的可控调节。由于DC-DC变换器具有能量利用率高、电子元件少等优点,在很多行业中得到广泛应用。DC-DC变换器是一个非线性时变系统,建模、稳定性分析和输出动态品质的分析一直是一个研究热点。在各种动态品质中,系统输出的快速性和鲁棒性尤为重要。滑模控制对于系统参数摄动和外干扰具有很强的鲁棒性,得到广泛的应用。为了提高系统输出响应的快速性和鲁棒性,本文针对最DC-DC变换器设计了快速滑模控制器全程鲁棒滑模控制器。本文的主要内容如下:针对最基本的DC-DC变换器—Buck变换和Boost变换器,分别分析了变换器电路的工作原理,并建立了状态空间数学模型。为了提高系统相应的快速性,针对电源端含有纹波干扰的Buck变换器给出了一种非奇异终端滑模控制器,以加快系统的响应速度和消除系统的奇异现象。此外给出了自适应非奇异终端滑模控制器和自适应律,通过在线对干扰上界进行估计解决了干扰上界未知的问题。为了减小系统的抖振现象,提出了一种改进的终端滑模控制器,不但减弱了系统抖振强度而且保留了终端滑模快速性的优点,同时给出了减小稳态误差的方法。实际的控制系统大多采用计算机控制。为了实现计算机控制,针对电源端含有纹波干扰的Buck变换器提出了离散时间全程滑模控制器,实现了全程鲁棒控制,提高了系统输出电压的鲁棒性。为了减弱系统的抖振现象,给出了一种改进的离散趋近律,通过改进的趋近律设计的控制器不但减弱了系统的抖振现象而且减小了系统稳态误差。Boost变换器的状态空间平均模型是一个仿射非线性模型。针对这类非线性系统,提出了一种精确化建立T-S模糊模型的方法,给出了一种基于T-S模糊模型的积分滑模控制器,并将滑模控制方法推广于控制矩阵不相等的T-S模糊系统中,使系统状态在初始时刻就落在滑模面上,实现了全程滑模控制,提高Boost变换器电压输出的鲁棒性。最后对本文的研究内容进行了总结,并对未来的研究方向进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 滑模控制理论的基本原理与发展现状
• 1.2.1 滑模控制理论的基本原理
• 1.2.2 滑模控制理论的发展阶段
• 1.2.3 滑模控制系统的不变性
• 1.2.4 滑模控制系统的抖振问题
• 1.2.5 滑模控制理论的主要研究方向
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 基本DC-DC变换器建模
• 2.1 引言
• 2.2 Buck变换器原理与数学模型
• 2.2.1 Buck变换器的工作原理
• 2.2.2 Buck变换器的状态空间平均模型
• 2.3 Boost变换器原理与数学模型
• 2.3.1 Boost变换器的工作原理
• 2.3.2 Boost变换器的状态空间平均模型
• 2.4 小结
• 第三章 BUCK变换器的非奇异终端滑模控制
• 3.1 引言
• 3.2 问题描述
• 3.3 非奇异终端滑模控制器设计
• 3.3.1 非奇异终端滑模面设计
• 3.3.2 滑模控制器设计
• 3.3.3 自适应滑模控制器设计
• 3.3.4 改进的滑模控制器设计
• 3.4 Buck变换器的非奇异终端滑模控制器设计及仿真研究
• 3.5 小结
• 第四章 BUCK变换器的离散时间全程滑模控制
• 4.1 引言
• 4.2 问题描述
• 4.3 离散时间全程滑模控制器设计
• 4.3.1 全程滑模面设计
• 4.3.2 全程滑模控制器设计
• 4.4 Buck变换器的离散全程滑模控制器设计及仿真研究
• 4.5 小结
• 第五章 基于T-S模糊模型的BOOST变换器积分滑模控制
• 5.1 引言
• 5.2 问题描述
• 5.2.1 T-S模糊模型描述
• 5.2.2 模糊T-S模型的建立
• 5.3 基于T-S模型的积分滑模控制器设计
• 5.3.1 积分滑模面设计
• 5.3.2 基于T-S模糊模型的积分滑模控制器设计
• 5.3.3 基于T-S模糊模型的鲁棒积分滑模控制器设计
• 5.4 Boost变换器的积分滑模控制器设计及仿真研究
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢