Buck型变换器滑模控制技术及其发展综述
摘 要:介绍了滑模控制技术的基本概念。以Buck型变换器为例,对包括变频滑模控制技术和定频滑模控制技术在内的滑模控制技术作了综合论述。运用相平面法形象地描述了滑模运动,并采用映射法把三维轨迹化为两维情况,简化了分析过程。最后预测了滑模控制技术的发展趋势及今后研究的重点问题。
前 言
滑模变结构控制(简称滑模控制),因其动态响应快、鲁棒性强及稳定范围宽等特点而被广泛应用于电力电子变换器中[1, 2],尤其在具有滑模面完全可达性的Buck型变换器中更是得到深入的研究。
目前,国内外已有很多关于Buck型滑模控制器的研究:从1阶滑模控制到3阶滑模控制、从变频滑模控制到定频滑模控制、从直流变换器应用到交流变换器等等,这些都说明了滑模控制技术的重要性和实际应用的迫切性。
为了使电力电子技术工作者,尤其是滑模控制技术研究者能够对滑模控制技术及其现状有系统性的认识,本研究以Buck型变换器为例,对滑模控制技术作综合叙述,并系统地介绍现有的滑模控制技术,分析各自的优缺点;提出以实际应用为出发点的解决对策。
1 滑模控制技术基本概念
滑模控制是一种不连续性控制,即一种使系统“结构”随时变化的开关特性。这种特性会使系统“结构”根据系统当前的状态(如偏差及其各阶导数或积分等)有目的地不断变化,迫使系统在相应条件下沿所设计的轨迹作小幅度、高频率的上下运动,即滑模运动。正是这种滑模运动,使得系统对参变量的扰动和负载的变换都具有不敏感性,因此具有良好的动态和稳态特性[3]。要使滑模运动存在,关键要满足3个目标[4]:①滑模的可达性;②滑模的存在性;③滑模的稳定性。
设一单输入n阶系统,其状态空间方
(2)RTW-SMC为基于给定三角波的定频滑模控制,其通过结合滑模面函数环路(SMC环)和给定三角波环路(RTW环)产生定频控制,即滑模面函数与正负变化的三角波比较获得开关信号。
前者的优点在于不受输入电压扰动的影响,但一定程度上会受输出负载变化的影响,而且前者只考虑滑动过程的情况,并未反映到达过程的特性,而大的系统扰动,像启动过程都存在到达过程,所以,这种控制的动态响应是存在局限性的。而后者的优点在于设计简单,而且反映了到达过程的特性,但忽略了输入电压变化的影响,当输入电压大范围扰动时,后者的控制会不准。所以在实际应用场合,要考虑两者的优缺点,针对不同的场合选用不同的控制方法。
4 结束语
随着滑模控制技术的成熟,该技术势必要应用于实际中,但还有两个问题需要解决:
(1)启动电感电流过大。主要原因在于启动时存在到达过程。如果引入全滑模控制技术,即消除滑模控制的到达过程使全程都具滑动模态,就能顺利解决问题。实际上若电路上引入软启动电路,其功效就相当于全滑模控制技术。
(2)怎样用于隔离型电路。该问题关键在于占空比的限制,以免变压器饱和。以双管正激变换器为例,可以在主电路中加入限流保护电路,然后选用两组独立电源用光耦驱动两管;若选择变压器驱动两管,则驱动变压器的电流容量必须大于主电路的限流值在其上的等效换算,或者驱动电路中再额外增加限流电路。
这两个问题将是滑模控制技术今后的研究重点。]
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