（洛陽理工學院電氣工程與自動化系，河南 洛陽 471023）李春娟，何 墉

（青島軟控股份有限公司，山東 青島 266000）孫廣東

1 引言

滑?？刂谱鳛橐环N先進的非線性變結(jié)構(gòu)控制方法可以用于控制具有變結(jié)構(gòu)特性的DC/DC開關(guān)變換器。DC/DC變換器采用滑?？刂萍夹g(shù)[1]，控制器設(shè)計簡單，系統(tǒng)對外界干擾和系統(tǒng)參數(shù)的攝動具有很好的魯棒性，這種控制方法已得到廣泛地應(yīng)用，成為研究的熱點。文獻[2]介紹了Buck變換器的比例積分與滑模兩種方法實現(xiàn)雙閉環(huán)控制，文獻[3]采用雙滑模面的控制方法，文獻[4]采用積分重構(gòu)的方法設(shè)計控制器，但只考濾電壓擾動而沒有解決電源電壓衰減的問題。文獻[5]和文獻[6]分別設(shè)計了Buck變換器和Boost變換器的反步控制器，但是都是針對負載的不確定性而設(shè)計的，沒有考慮到輸入電壓存在波紋干擾的問題。文獻[7]采用準滑?？刂品椒p弱滑?？刂频亩秳?，但這是以增大系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為代價。文獻[8]在Buck變換器中應(yīng)用了平滑模反步控制，也削弱了滑?？刂频亩秳訂栴}但是所給出的控制器比較復雜。鑒于普通滑模控制器僅在滑動階段對干擾和不確定性具有不變魯棒性，而系統(tǒng)在到達階段對外界干擾和系統(tǒng)參數(shù)的攝動并不具有魯棒性的特點，本文設(shè)計了Buck變換器全局時變?？刂破饕蕴岣呦到y(tǒng)的魯棒性。

2 Buck變換器的平均模型

工作在連續(xù)導電模式下的BUCK變換器可以等效成兩種線性電路在開關(guān)控制下的高速切換電路，結(jié)構(gòu)如圖1所示。根據(jù)開關(guān)的不同狀態(tài)，可以用以下非線性微分方程組來建立模型。

圖1 Buck變換器電路

若設(shè)電容電壓為x1，電感電流為x2，有：

其中u=0，代表T關(guān)斷；μ=1，代表T導通。

在穩(wěn)態(tài)時， ， 。若 ，則有：

其中 和 為理想輸出電壓和電感電流值。

3 控制器設(shè)計

把Buck電路的平均模型如（7）式轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝荒芸刂茦藴市停D(zhuǎn)變?yōu)槿缦碌男问剑?/p>

其中x1和平均模型中的x1相同，均為輸出電壓，x2是x1的導輸入電壓的波紋干擾。選滑模面的形式如下：

其中參數(shù)k1，k2如式子（6）和（7）所示。

buck變換器的全局時變滑模控制律如下：

最后可以得到系統(tǒng)閉環(huán)方程為：

4 仿真結(jié)果

為了驗證上述滑?？刂频男Ч?，選取的Buck變換器的參數(shù)為：負載電阻 ，輸入電壓E=15V，電感L=20mH，電容C=68μF，控制系數(shù)選為C1=120。期望的輸出電壓由vd=5V跳變?yōu)関d=12V，在變換器的期望輸出電壓發(fā)生變化到再次穩(wěn)定的過程中，筆者對輸入電壓施加了波紋干擾。采用上面所設(shè)計的時變?nèi)只？刂破?，輸出電壓在較短的時間內(nèi)就達到了期望的電壓值，而且輸出的電壓曲線非常平滑，穩(wěn)態(tài)效果很理想。

圖2 系統(tǒng)輸出電壓圖

圖3 系統(tǒng)控制律

圖4 輸入電壓干擾

5 結(jié)論

對于輸入電壓含有紋波干擾的Buck變換器，文中給出了一種全局滑?？刂品桨敢韵？刂频牡竭_階段，提高了整個系統(tǒng)的魯棒性。在時變滑模控制設(shè)計中，首先根據(jù)極點配置的原理選擇滑模面的系數(shù)，然后再根據(jù)系統(tǒng)的初始狀態(tài)在控制系數(shù)中附加一部分時變的調(diào)節(jié)量，使得系統(tǒng)的初始狀態(tài)落在滑模面，當Buck變換器的期望輸出電壓變化時整個控制系統(tǒng)的變化是平滑的。這種滑?？刂破魇沟孟到y(tǒng)在整個動態(tài)過程中具有魯棒性。

其他作者：何墉（1980-），男，陜西寶雞人，碩士，助教，主要研究領(lǐng)域為滑?？刂?。孫廣東（1980-），男，山東青島人，碩士，工程師，主要研究領(lǐng)域為滑?？刂?。

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[4] 張黎, 丘水生. Buck變換器的積分重構(gòu)滑模控制[J]. 電機控制學報, 2006,10(1): 93-96.

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