范昭君

摘 要：本文設計雙積分滑模控制器是基于CCM模式下Buck變換器，首先計算出該方法的滑模可達性條件及其控制器方程，并論述了該種方法的穩(wěn)定性，最后采用SIMULINK對該控制器在Buck電路中的應用進行了仿真，證明該方法具有良好的動態(tài)性能、魯棒性。

關(guān)鍵詞：雙積分滑模控制;Buck變換器;CCM;SIMULINK

目前，PID控制技術(shù)是電力電子變換器的主要控制方法，但該方法有以下幾點不足：1）對系統(tǒng)參數(shù)的變化比較敏感，2）當負載大范圍變化時，開關(guān)變換器動態(tài)響應速度慢、輸出波形有畸變等缺點[1]。最近幾年，為了提高變換器的各項性能，在電力電子變換器領(lǐng)域掀起了研究各種先進控制策略的風潮。電力電子開關(guān)變換器是非線性的，滑?？刂剖欠蔷€性控制器，他們具有天然的適用性，采用滑?？刂频淖儞Q器具有魯棒性強、動態(tài)響應速度快、控制實現(xiàn)簡單等一系列優(yōu)點，因此成為研究的熱點。

1 BUCK 變換器的組成及基本原理

1.1 BUCK 變換器組成

BUCK 變換器是由MOSFET，二極管D，電感L，電容C等元件組成，該電路主要實現(xiàn)直流電壓Us 到直流電壓Uo的轉(zhuǎn)換[2]。

1.2 BUCK變換器的工作原理

在CCM下運行的BUCK變換器，即輸出電感L的電流在整個開關(guān)管Sw關(guān)斷周期中都存在。調(diào)節(jié)開關(guān)器件Sw的通斷周期，可以調(diào)整負載側(cè)輸出電流和電壓的大小[3，4]。

負載側(cè)輸出電壓的平均值為：

2 間接滑?？刂频腂UCK變換器的設計

由于傳統(tǒng)的滑?？刂茷榱讼拗崎_關(guān)頻率會采用滯環(huán)控制，但因此也會造成穩(wěn)態(tài)誤差。為了解決這一問題，引入積分滑?？刂破?。被控變量為電壓誤差信號x1，電壓信號的變化率x2，電壓誤差的積分x3，電壓誤差的雙積分x4，它們可以表示為：

3 仿真結(jié)果

為驗證控制系統(tǒng)的可靠性，對于BUCK變換器的參數(shù)為下，輸入電壓值為24V，輸出電壓值為12V，MOSET的開關(guān)頻率為20KHZ，電阻阻值為3歐姆，取L為50e-06H，C為4.36e-02F。

取參考電壓Vref為2.5V， =0.208，滑模系數(shù) ， 所以，K1=0.327，K2=53.78，根據(jù)系統(tǒng)的抗干擾能力的強弱，經(jīng)過仿真對比可得出：K3=2000（此時，系統(tǒng)的抗干擾能力最強）。

根據(jù)以上參數(shù)，可得以下仿真結(jié)果如下圖所示：

圖4? PID控制的BUCK變換器（a）

滑模控制的BUCK變換器（b）

圖5PID控制的BUCK變換器（a）

滑?？刂频腂UCK變換器（b）

根據(jù)仿真結(jié)果可得，滑?？刂频腂UCK變換器，系統(tǒng)的超調(diào)較小，調(diào)節(jié)時間較快，穩(wěn)態(tài)誤差較小，大約穩(wěn)定在11.5左右，而PID控制的BUCK變換器，系統(tǒng)的超調(diào)較大，調(diào)節(jié)時間較長，穩(wěn)態(tài)誤差較大，輸出的電壓大約穩(wěn)定在11.4左右。

4 結(jié)論

本文研究雙積分滑?？刂圃贐uck變換器中的應用，由于傳統(tǒng)的滑?？刂茷榱讼拗崎_關(guān)頻率會采用滯環(huán)控制，但因此也會造成穩(wěn)態(tài)誤差。為了解決這一問題，引入積分滑?？刂破?，

最后通過SIMULINK對該控制器在Buck電路中的應用進行了仿真，證明該方法具有良好的動態(tài)性能、魯棒性。

參考文獻：

[1]劉斌.基于Buck型變換器的滑模變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)研究[D].浙江大學，2007.

[2]汪垚.一種基于滑模變結(jié)構(gòu)控制的Buck變換器設計[J].農(nóng)村經(jīng)濟與科技，2018，29（16）：297-298+262.

[3]丁昱文，鄒海榮，丁家圣，周建達.DC-DC降壓變換器的滑?？刂蒲芯縖J].信息技術(shù)，2017（06）：137-141.

[4]汪習成.帶恒功率負載的數(shù)字Buck變換器的研究[D].廣西大學，2017.