Buck逆变器的二阶滑模控制研究

发布时间：2017-08-28 10:25

  本文关键词：Buck逆变器的二阶滑模控制研究

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【摘要】：逆变器是通过功率开关器件有规律的导通和关断,将直流电转化为交流电的装置。随着电力电子技术的快速发展,大功率开关器件和集成控制电路技术的成熟,逆变器的应用非常广泛。随着各行各业的发展,对电能质量的要求越来越高。在很多场合要求逆变器的输出电压波形能够精确地跟踪给定参考电压,且具有快速的动态响应。为了让逆变器能够适应更高的应用需求,论文研究了Buck逆变器控制系统的二阶滑模控制算法,提高其动态响应速度和对参数变化及负载扰动的鲁棒性。本文研究和设计工作如下:(1)分析了Buck逆变器的工作原理,建立了其数学模型,提出了一种基于有限状态机结构的二阶滑模控制算法。通过建立状态机的有效状态与逆变器主电路开关状态的映射关系,根据不同的外部切换条件,实现状态机输出控制的切换,实现对逆变器输出电压的调节。(2)分析了Buck逆变器输出电压与电感电流的相平面轨迹,计算了功率开关的最优切换点,获得了系统的最优相平面轨迹。建立了系统滑模面,根据逆变器输入电压、参考电压和滑模量,推导出二阶滑模控制器的自适应参数。通过引入磁滞参数限制逆变器开关频率。结合控制器的自适应参数,分析了系统稳态运动轨迹和电压跟踪性能。通过仿真,验证了该算法的有效性和可靠性。(3)设计Buck逆变器控制系统硬件电路,搭建了一台功率为720VA的试验样机。分别在线性和非线性负载情况下,对逆变器控制系统的启动、负载扰动过程进行了实验验证,获得了较好的控制效果。仿真和实验结果表明,论文提出的二阶滑模控制算法实现了Buck逆变器的快速和稳定控制。与现有算法相比,提出的控制算法能够在不检测电流或者不需要积分器的前提下,对参考电压任意初始位置实现快速无超调控制。在负载扰动情况下,提出的控制算法仅仅通过一个切换动作即可将输出电压调整到参考位置,实现了输出电压调节的最优跟踪轨迹。通过对多种非线性负载的电压跟踪测试,证明了算法的鲁棒性。因此,提出的二阶滑模控制算法,能够有效地对输出电压进行跟踪控制,提高了Buck逆变器的快速响应能力和对负载扰动的鲁棒性。
【关键词】：逆变器 二阶滑模控制 非线性控制 正弦信号发生器
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM464
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题研究背景及意义8
• 1.2 国内外逆变器的发展现状和趋势8-10
• 1.3 逆变器控制技术的研究现状10-13
• 1.3.1 PID控制10
• 1.3.2 无差拍控制10-11
• 1.3.3 双环控制11
• 1.3.4 边界控制11-12
• 1.3.5 滑模控制12
• 1.3.6 脉冲宽度调制(PWM)12-13
• 1.4 论文的主要研究内容及结构13
• 1.5 本章小结13-14
• 2 Buck逆变器控制系统14-23
• 2.1 Buck逆变器控制系统结构14
• 2.2 逆变器的分类14-17
• 2.2.1 推挽逆变电路拓扑15
• 2.2.2 半桥逆变电路拓扑15-16
• 2.2.3 全桥逆变电路拓扑16-17
• 2.3 滑模控制17-18
• 2.4 高阶滑模18-22
• 2.4.1 高阶滑模的定义18
• 2.4.2 二阶滑模控制18-19
• 2.4.3 二阶滑模控制算法19-22
• 2.5 本章小结22-23
• 3 Buck逆变器的二阶滑模控制23-33
• 3.1 Buck逆变电路拓扑23
• 3.2 二阶滑模控制器的有限状态机结构23-25
• 3.3 相轨迹的收敛行为分析25-27
• 3.4 自适应参数的设计和系统稳态分析27-32
• 3.4.1 自适应参数的设计27-30
• 3.4.2 系统稳态分析30-32
• 3.5 本章小结32-33
• 4 Buck逆变器控制系统仿真33-41
• 4.1 电路参数设计33-34
• 4.2 Buck逆变器控制系统仿真模型34-35
• 4.3 仿真结果及分析35-39
• 4.4 本章小结39-41
• 5 Buck逆变器控制系统的实现41-53
• 5.1 Buck逆变器控制系统试验样机41-42
• 5.2 系统硬件设计42-46
• 5.2.1 Buck逆变器42
• 5.2.2 驱动电路42-43
• 5.2.3 反馈信号调理电路及AD通道43-45
• 5.2.4 供电电源电路45-46
• 5.3 有限状态机控制器FPGA的实现46-47
• 5.4 实验结果及分析47-52
• 5.5 本章小结52-53
• 6 结论与展望53-54
• 6.1 论文工作总结53
• 6.2 展望53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-59
• 附录59
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文及专利59

【参考文献】

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本文编号：747592