自适应滑模控制在Buck-Boost变换器中的应用
发布时间：2021-07-20 03:34
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...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－４基于Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的仿真电路??Ｆｉｇｕｒｅ?２－４?Ｔｈｅ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?Ｃｉｒｃｕｉｔ?ｏｆ?Ｓｉｍｕｌｉｎｋ??
图２－６输出电压基于Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的仿真结果??Ｆｉｇｕｒｅ?２－６?Ｔｈｅ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｒｅｓｕｌｔ?ｏｆ?ｏｕｔｐｕｔ?ｖｏｌｔａｇｅ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?Ｓｉｍｕｌｉｎｋ??对比图２－５和图２－６，可以看出输出电压最终都稳定在－２０Ｖ，达到了期望值??匕／＝一２〇７，说明两种方法都是可行有效的。具体分析来看，相同实验参数的条件??下，基于实际物理电路的仿真结果稍微更好，因为它的快速性要更好，震荡次数??也相对少。但是，这也只针对开环仿真才可以得出这个结论。后面的闭环仿真采??用哪种方法还要具体情况具体分析。??２．５本章小结??第二章的主要内容是对研宄对象Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ变换器的详细介绍。首先，以??Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ变换器的电路结构图为基本模型，分析了电路中各个元器件的具体功??能和变换器的工作原理。结合变换器的变结构特性，根据电路在一个通断周期内??不同时间段电路模型不同的特性，可以把电路模型分成两个工作方式来讨论。由??于当变换器处于稳态时
图３－５滑动阶段的低频分量??Ｆｉｇｕｒｅ?３－５?Ｔｈｅ?ｌｏｗ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｌｉｄｉｎｇ?ｐｈａｓｅ??图３．５的速度量为平行于滑模面的速度分量Ｖ＞Ｖ２是向原点收敛的速度分量，??也是我们期望存在的速度分量，它同时可以被理解为下文将提到的等效控制量，??在许多文献中均采用等效控制量代替总的控制量作为实际控制器应用到变换器中，??是很重要的速度分量。??３．１．３滑模控制器的设计??在现有的研宄方法中，有很多文献中都采用了忽略高频分量的影响，把低频??分量当做总的控制量的方法，其中低频分量也叫做等效控制分量。这种方法是等??效控制法，把低频控制量等效为总的控制量，适用于简单系统，具有易于设计的??优点。此外，为了得到更加好的控制效果，可以结合趋近律的知识，在等效控制??基础上，再设计一个控制器分量，两部分结合起来作为总的控制器。下面将详细??论述这两种方法。??３．１．３．１等效控制器??滑模运动的控制量《是非线性的
【参考文献】：
期刊论文
[1]Design of Second Order Sliding Mode and Sliding Mode Algorithms:A Practical Insight to DC-DC Buck Converter[J]. Seyed Mehdi RakhtAla,Monazzahalsadat Yasoubi,Hassan HosseinNia. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2017(03)
[2]基于优选小波基和模糊SOM网络的模拟电路故障诊断[J]. 徐志成,王宏,徐长英,邓芳明,何怡刚. 测控技术. 2016(11)
[3]用低压MOS管设计高压开关电源的实现方法[J]. 宋志强,王军,丁传东. 西华大学学报(自然科学版). 2006(06)
[4]电压反馈型BUCK变换器环路补偿设计[J]. 章赛军,杨永宏,柯建兴,李达义. 通信电源技术. 2004(06)
[5]非线性无源控制原理及在电力电子变换器中的应用[J]. 王江,曾启明. 控制理论与应用. 2004(04)
[6]三相电压型变换器电流控制技术的实验研究[J]. 刘培国,戴珂,熊健. 通信电源技术. 2003(01)
本文编号：3292037
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－４基于Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的仿真电路??Ｆｉｇｕｒｅ?２－４?Ｔｈｅ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?Ｃｉｒｃｕｉｔ?ｏｆ?Ｓｉｍｕｌｉｎｋ??
图２－６输出电压基于Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的仿真结果??Ｆｉｇｕｒｅ?２－６?Ｔｈｅ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｒｅｓｕｌｔ?ｏｆ?ｏｕｔｐｕｔ?ｖｏｌｔａｇｅ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?Ｓｉｍｕｌｉｎｋ??对比图２－５和图２－６，可以看出输出电压最终都稳定在－２０Ｖ，达到了期望值??匕／＝一２〇７，说明两种方法都是可行有效的。具体分析来看，相同实验参数的条件??下，基于实际物理电路的仿真结果稍微更好，因为它的快速性要更好，震荡次数??也相对少。但是，这也只针对开环仿真才可以得出这个结论。后面的闭环仿真采??用哪种方法还要具体情况具体分析。??２．５本章小结??第二章的主要内容是对研宄对象Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ变换器的详细介绍。首先，以??Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ变换器的电路结构图为基本模型，分析了电路中各个元器件的具体功??能和变换器的工作原理。结合变换器的变结构特性，根据电路在一个通断周期内??不同时间段电路模型不同的特性，可以把电路模型分成两个工作方式来讨论。由??于当变换器处于稳态时
图３－５滑动阶段的低频分量??Ｆｉｇｕｒｅ?３－５?Ｔｈｅ?ｌｏｗ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｌｉｄｉｎｇ?ｐｈａｓｅ??图３．５的速度量为平行于滑模面的速度分量Ｖ＞Ｖ２是向原点收敛的速度分量，??也是我们期望存在的速度分量，它同时可以被理解为下文将提到的等效控制量，??在许多文献中均采用等效控制量代替总的控制量作为实际控制器应用到变换器中，??是很重要的速度分量。??３．１．３滑模控制器的设计??在现有的研宄方法中，有很多文献中都采用了忽略高频分量的影响，把低频??分量当做总的控制量的方法，其中低频分量也叫做等效控制分量。这种方法是等??效控制法，把低频控制量等效为总的控制量，适用于简单系统，具有易于设计的??优点。此外，为了得到更加好的控制效果，可以结合趋近律的知识，在等效控制??基础上，再设计一个控制器分量，两部分结合起来作为总的控制器。下面将详细??论述这两种方法。??３．１．３．１等效控制器??滑模运动的控制量《是非线性的
【参考文献】：
期刊论文
[1]Design of Second Order Sliding Mode and Sliding Mode Algorithms:A Practical Insight to DC-DC Buck Converter[J]. Seyed Mehdi RakhtAla,Monazzahalsadat Yasoubi,Hassan HosseinNia. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2017(03)
[2]基于优选小波基和模糊SOM网络的模拟电路故障诊断[J]. 徐志成,王宏,徐长英,邓芳明,何怡刚. 测控技术. 2016(11)
[3]用低压MOS管设计高压开关电源的实现方法[J]. 宋志强,王军,丁传东. 西华大学学报(自然科学版). 2006(06)
[4]电压反馈型BUCK变换器环路补偿设计[J]. 章赛军,杨永宏,柯建兴,李达义. 通信电源技术. 2004(06)
[5]非线性无源控制原理及在电力电子变换器中的应用[J]. 王江,曾启明. 控制理论与应用. 2004(04)
[6]三相电压型变换器电流控制技术的实验研究[J]. 刘培国,戴珂,熊健. 通信电源技术. 2003(01)
本文编号：3292037
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