固定频率buck变换器的二阶滑模控制

摘要

随着社会的发展，对能源的需求不断增大，人们对风能，太阳能等新型可再生能源进行了很多研究并投入了应用，但可再生能源的电源系统往往存在负载扰动大，供电不稳定，准确建模困难等问题。而在现代的各种电子产品设计中，需要体积更小，质量更高的稳定电源。开关电源DC-DC变换器可以通过提高工作频率的方式来减小电路中储能元件体积，使得DC-DC变换器的体积更小，质量更轻，因此在各个领域受到了广泛的应用。由于滑模控制具有动态响应快，对于非线性系统的不确定性具有很强的鲁棒性的特点，被广泛应用于DC-DC变换器的控制中。传统的滑模控制系统处于稳态时，系统状态会在滑模面附近进行高速切换，不仅难以确定电路的工作频率，还会给DC-DC变换器电路引入大量的电磁噪声。为了限制传统滑模控制过高的开关频率，常常引入滞回参数，将开关频率限制在一定范围以内。但滑模控制开关频率不确定的问题并没有得到解决，当变换器电路参数变化或者负载受到扰动时，开关频率不能保持恒定。使得滤波电路的设计十分困难。因此，需要对DC-DC变换器进行固定频率的滑模控制。　　在DC-DC变换器控制中，寄生参数也会对控制器的控制效果产生不确定的影响，为了实现更好的控制，本文对同步buck变换器输出电容的寄生参数在二阶滑模控制器中的影响做了详细的分析，在此基础上，结合二阶滑模控制器中开关频率f和调节开关频率的滞回参数δ之间的关系，提出了一种二阶滑模固定频率控制的方法，通过控制滞回参数使buck变换器的开关频率稳定在期望值附近，不但调节速度快，而且能够克服同步buck变换器输出电容上寄生参数的影响。论文的主要的研究内容和工作如下：　　①针对二阶滑模控制器，在不考虑寄生参数的情况下，分析buck变换器中开关频率f和滞回参数δ之间的关系；　　②分析buck变换器输出电容上寄生参数对二阶滑模控制器的影响。针对寄生电感可能造成的超调，提出了一种改进的二阶滑模控制器，有效地抑制了输出电压的超调量；　　③在考虑寄生参数的情况下，根据buck变换器开关频率f和滞回参数δ的对应关系，提出了一种滞回参数的调节方法，实现对buck变换器的固定频率控制。仿真结果表明，提出的算法不但能够实现变换器固定频率的控制，而且具有较好的鲁棒性。

目录

1 绪论

1.1.1 固定频率控制的研究背景

1.1.2 固定频率控制的研究意义

1.2 固定频率控制的研究现状

1.3 论文主要研究内容及结构

2 Buck变换器的二阶滑模控制

2.1二阶滑模控制

2.2 Buck 变换器建模

2.3 SOSM控制器

2.4 本章小结

3 时滞参数与寄生参数对控制器性能的影响分析

3.1.1 f-δ关系的分析

3.1.2 f-δ关系的仿真验证

3.2 寄生参数对二阶滑模控制的影响

3.2.1 寄生参数对 buck变换器的二阶滑模控制影响

3.2.2 改进的二阶滑模控制器

3.3 仿真分析

4.3 本章小结

5 总结和展望

5.1 全文工作总结

5.2 后续工作展望

参考文献

附录

致谢