基于滑模变结构控制的Buck型DC/DC变换器实验研究
发布时间：2021-02-27 02:18
设计一个滑模变结构控制器以实现变换器良好的输出性能。根据变换器的状态方程,建立系统的数学模型,以指数趋近律作为控制律,得到滑模控制器表达式,采用边界层滑模控制技术减小控制器的抖振,并利用李雅普诺夫函数验证系统的稳定性。Matlab仿真与实验平台实测结果表明,设计的滑模控制器与PID控制器相比具有响应快速、过冲小、鲁棒性强等优点。该实验可加强学生对滑模变结构控制与Buck变换器相关知识的理解,提高学生的实践动手能力以及实验积极性。
【文章来源】：实验技术与管理. 2017,34(11)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１Ｂｕｃｋ降压电路拓扑结构对变换器进行电路分析可得系统的状态表
统进行仿真，Ｂｕｃｋ变换器参数见表１。表１Ｂｕｃｋ变换器参数参数范围取值输入电压ｕｉ／Ｖ１２输出电压ｕｏ／Ｖ５输出电流ｉｏ／ｍＡ≤５００５００负载电阻Ｒ／Ω１０～２０１０开关频率ｆ／ｋＨｚ１００储能电感Ｌ／μＨ≥５８．３１００滤波电容Ｃ／μＦ≥６．２５４７０根据式（１），利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立系统仿真模型，对电容电压和电感电流做检测，检验仿真模型是否设计正确，Ｂｕｃｋ变换器仿真模型见图２。图２ＢｕｃＫ变换器仿真模型检测结果如图３所示，从图中可以看出检测结果达到预期效果，说明仿真模型建立正确。图３电容电压、电感电流变化曲线６７陈龙，等：基于滑模变结构控制的Ｂｕｃｋ型ＤＣ／ＤＣ变换器实验研究
函数）：ｓ（ｋ＋１）＝（１－Δｋ）ｓ（ｋ）－ε·ｓａｔ（ｓ（ｋ））（２１）由式（２０）和式（２１）得到离散滑模控制器为ｄ（ｋ）＝－［λＴＢ］－１［λＴ（ＡΔ＋Ｉ）ｘ（ｋ）＋λＴＮΔ－（１－Δｋ）ｓ（ｋ）＋ε·ｓａｔ（ｓ（ｋ））］（２２）取λ＝［０．１８０．８３．６］Ｔ，δ＝２００，ｋ＝１０．７，ε＝０．５，采样周期为５ｍｓ，对滑模控制与ＰＩＤ控制进行仿真。图４为两种控制器电压跟踪仿真对比曲线，仿真结果用表２中的数据进行说明。图４滑模控制与ＰＩＤ控制电压跟踪仿真曲线表２滑模和ＰＩＤ控制器电压跟踪仿真比较性能指标启动响应阶段上升时间／ｓ调节时间／ｓ电压超调量／％负载扰动阶段调节时间／ｓ电压扰动量／％稳态阶段相对误差／％ＰＩＤ０．０２９０．０２２４．５９０．０２８１．８００．１６滑模变结构０．０２２０．０１０１．５６０．０１７１．０７０．２５从表２中可以发现，在稳态阶段虽然滑模变结构控制的误差比ＰＩＤ控制稍大，但误差都保持在０．５％以内；在启动响应阶段滑模变结构控制的总调节时间（上升时间＋调节时间）比ＰＩＤ控制短１９ｍｓ，说明滑模控制器具有更快的响应速度，并且变结构控制下的电压超调量明显小于ＰＩＤ控制；在负载扰动阶段滑模变结构控制在有干扰的情况下具有更强的调节能力，调节时间比ＰＩＤ控制短１１ｍｓ，以及电压的扰动变化量更校至此，通过仿真结果表明在同等仿真环境下滑模变结构控制器的性能要优于ＰＩＤ控制器
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于数字PID的开关电源并联系统实验研究[J]. 芦守平,国强,刁鸣. 实验技术与管理. 2015(07)
[2]Matlab软件在自动控制原理实验中的应用[J]. 刘金颂,张庆阳,苏晓峰,杨蕾. 实验技术与管理. 2014(06)
[3]Boost变换器的PID型滑模控制[J]. 郭晨. 电子科技. 2013(07)
[4]数学建模及竞赛与本科生创新能力的培养[J]. 王汉萍,迟洁茹,于海生,庄晓东. 实验技术与管理. 2009(09)
[5]Buck DC/DC变换器输出电压纹波的仿真研究[J]. 肖永军,周传璘,曾庆栋. 实验技术与管理. 2009(02)
[6]断续导通模式Buck变换器跨周期调制离散解析模型[J]. 牛全民,张波,李肇基. 中国电机工程学报. 2008(12)
[7]滑模变结构控制理论及其算法研究与进展[J]. 刘金琨,孙富春. 控制理论与应用. 2007(03)
[8]Buck-Boost变换器的能量传输模式及输出纹波电压分析[J]. 刘树林,刘健,钟久明. 电子学报. 2007(05)
[9]“李雅普诺夫稳定性理论”的教学研究[J]. 齐晓慧. 电力系统及其自动化学报. 2005(03)
本文编号：3053529
【文章来源】：实验技术与管理. 2017,34(11)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１Ｂｕｃｋ降压电路拓扑结构对变换器进行电路分析可得系统的状态表
统进行仿真，Ｂｕｃｋ变换器参数见表１。表１Ｂｕｃｋ变换器参数参数范围取值输入电压ｕｉ／Ｖ１２输出电压ｕｏ／Ｖ５输出电流ｉｏ／ｍＡ≤５００５００负载电阻Ｒ／Ω１０～２０１０开关频率ｆ／ｋＨｚ１００储能电感Ｌ／μＨ≥５８．３１００滤波电容Ｃ／μＦ≥６．２５４７０根据式（１），利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立系统仿真模型，对电容电压和电感电流做检测，检验仿真模型是否设计正确，Ｂｕｃｋ变换器仿真模型见图２。图２ＢｕｃＫ变换器仿真模型检测结果如图３所示，从图中可以看出检测结果达到预期效果，说明仿真模型建立正确。图３电容电压、电感电流变化曲线６７陈龙，等：基于滑模变结构控制的Ｂｕｃｋ型ＤＣ／ＤＣ变换器实验研究
函数）：ｓ（ｋ＋１）＝（１－Δｋ）ｓ（ｋ）－ε·ｓａｔ（ｓ（ｋ））（２１）由式（２０）和式（２１）得到离散滑模控制器为ｄ（ｋ）＝－［λＴＢ］－１［λＴ（ＡΔ＋Ｉ）ｘ（ｋ）＋λＴＮΔ－（１－Δｋ）ｓ（ｋ）＋ε·ｓａｔ（ｓ（ｋ））］（２２）取λ＝［０．１８０．８３．６］Ｔ，δ＝２００，ｋ＝１０．７，ε＝０．５，采样周期为５ｍｓ，对滑模控制与ＰＩＤ控制进行仿真。图４为两种控制器电压跟踪仿真对比曲线，仿真结果用表２中的数据进行说明。图４滑模控制与ＰＩＤ控制电压跟踪仿真曲线表２滑模和ＰＩＤ控制器电压跟踪仿真比较性能指标启动响应阶段上升时间／ｓ调节时间／ｓ电压超调量／％负载扰动阶段调节时间／ｓ电压扰动量／％稳态阶段相对误差／％ＰＩＤ０．０２９０．０２２４．５９０．０２８１．８００．１６滑模变结构０．０２２０．０１０１．５６０．０１７１．０７０．２５从表２中可以发现，在稳态阶段虽然滑模变结构控制的误差比ＰＩＤ控制稍大，但误差都保持在０．５％以内；在启动响应阶段滑模变结构控制的总调节时间（上升时间＋调节时间）比ＰＩＤ控制短１９ｍｓ，说明滑模控制器具有更快的响应速度，并且变结构控制下的电压超调量明显小于ＰＩＤ控制；在负载扰动阶段滑模变结构控制在有干扰的情况下具有更强的调节能力，调节时间比ＰＩＤ控制短１１ｍｓ，以及电压的扰动变化量更校至此，通过仿真结果表明在同等仿真环境下滑模变结构控制器的性能要优于ＰＩＤ控制器
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于数字PID的开关电源并联系统实验研究[J]. 芦守平,国强,刁鸣. 实验技术与管理. 2015(07)
[2]Matlab软件在自动控制原理实验中的应用[J]. 刘金颂,张庆阳,苏晓峰,杨蕾. 实验技术与管理. 2014(06)
[3]Boost变换器的PID型滑模控制[J]. 郭晨. 电子科技. 2013(07)
[4]数学建模及竞赛与本科生创新能力的培养[J]. 王汉萍,迟洁茹,于海生,庄晓东. 实验技术与管理. 2009(09)
[5]Buck DC/DC变换器输出电压纹波的仿真研究[J]. 肖永军,周传璘,曾庆栋. 实验技术与管理. 2009(02)
[6]断续导通模式Buck变换器跨周期调制离散解析模型[J]. 牛全民,张波,李肇基. 中国电机工程学报. 2008(12)
[7]滑模变结构控制理论及其算法研究与进展[J]. 刘金琨,孙富春. 控制理论与应用. 2007(03)
[8]Buck-Boost变换器的能量传输模式及输出纹波电压分析[J]. 刘树林,刘健,钟久明. 电子学报. 2007(05)
[9]“李雅普诺夫稳定性理论”的教学研究[J]. 齐晓慧. 电力系统及其自动化学报. 2005(03)
本文编号：3053529
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