基于分数阶理论的基本直流变换器的滑模控制研究

发布时间：2019-11-02 12:48

【摘要】：直流变换器是一种直流电压变换装置,能够快速地将输入直流电压变换为理想的输出直流电压,由于直流变换器具有能量利用率高、电子元件少等优点,因而在办公自动化、家用电器、工业仪器仪表、空间飞行器等多个领域得到了广泛的应用。但其本身作为一种时变、非线性系统,其控制是非线性且不连续的,对系统参数变化及负载变化比较敏感。而且,直流变换器控制系统有动态响应速度慢、抗干扰能力差等缺点。为了提高系统输出响应的快速性和鲁棒性,本文基于分数阶理论,针对直流变换器设计了滑模控制器。主要研究内容如下：首先,针对基本直流变换器——Buck变换器和BooSt变换器,利用状态空间平均法,建立了整数阶状态空间平均模型。但基于电感和电容不是整数阶而是分数阶的事实,直流变换器实际上是分数阶系统。因此,利用状态空间平均法和分数阶微积分算子,建立了分数阶状态空间平均模型。同时,为便于控制器设计,将直接得到的Boost变换器的分数阶非线性模型作进一步处理,利用反馈线性化,将其变换为分数阶线性模型。另外,通过理论证明和Matlab/Simulink仿真结果验证了对直流变换器建立分数阶模型的必要性和正确性。其次,针对电源端含有纹波干扰和负载变化的Buck变换器和Boost变换器,基于分数阶滑模面,设计了滑模控制器,加快了系统的响应速度,增强了系统的鲁棒性。此外,通过添加一线性项,使得系统状态在初始时刻即落在滑模面上,实现了全局鲁棒控制。仿真结果验证了该控制器的有效性。再次,针对电源端含有纹波干扰和负载变化的Buck变换器和Boost变换器,在不确定性和干扰上界未知情况下,基于分数阶滑模面,设计了自适应滑模控制器,通过在线对参数不确定和干扰的上界进行估计,消除了不确定性和干扰上界已知的条件。该控制器不仅保留了系统输出快速性的优点,实现了全局滑模控制,提高了系统的鲁棒性,还有效削弱了控制器的抖振。仿真结果验证了该控制器的有效性。最后,对全文工作进行总结,并对未来的研究方向做出展望。
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM46

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本文编号：2554500