一种基于积分重构的开关变换器滑模控制方法
张 黎1,2,丘水生1
(1•华南理工大学,广东广州510640; 2•重庆通信学院,重庆400035)
摘 要:分析了常见的滑模控制方案的特点及其在实际应用于DC/DC开关变换器中存在的问题,提出了将基于积分重构与滑模控制相结合的控制方案用于连续导电模式下的Buck开关变换器的输出电压稳定控制,构建了相应的滑模面和控制规律。该方法只需要反馈输出电压和开关位置作为控制输入量,省略测量电感电流,具有降低成本和方便电路实现的优点。同时给出了采用基于积分重构的滑模控制方案建立的滑模切换面上的滑模存在区域和在相平面上该切换面的吸引区域,并通过基于平衡点附近的小信号线性化进行稳定性分析,得到系统局部渐近稳定的充分条件。
仿真结果给出了启动和负载变化时的输出电压和电感电流的波形,表明此方法具有良好的启动性能和动态特性以及对负载大幅度突然变化具有稳定鲁棒性等特点。
关键词:开关;变换器;积分重构;滑模控制;鲁棒性
引 言
滑模控制作为一种非线性变结构控制方法已经应用于具有变结构特性的DC/DC开关变换器中[1~5]。由于滑模控制要求全状态反馈来构建滑模切换面,增加了检测电路的复杂度,使多数滑模控制方案只是停留在理论分析阶段,实用性较差。本文引用积分重构与滑模控制相结合的方法[6],并将其应用于Buck变换器的控制中。通过积分重构可以估计状态变量,从而在构建滑模切换面时无需测量某些难以实际测量的状态变量,增强控制方案的实用性。同时,为了补偿传统滑模控制方法存在的输出稳态误差,在滑模切换面中引入输出电压误差积分项。给出了基于积分重构的滑模控制Buck变换器滑模区域和状态空间中切换面吸引区域,证明了平衡点的渐近稳定性,并通过仿真验证了理论分析结果。
1 Buck变换器的传统滑模控制方案
1.1 Buck变换器的变结构模型
工作在连续导电模式下的Buck变换器可以等效成两种线性电路在开关控制下的高速切换,电路结构如图1所示。根据开关的不同位置,可以用以下非线性微分方程组来建立模型。
4 结 论
本文将积分重构技术与滑模控制方法相结合,应用于Buck变换器的控制中,解决了滑模控制开关变换器要求反馈电感电流所带来的问题,通过反馈输出电压和控制输入来重构电感电流,从而构造新的滑模切换面。理论分析给出了切换面上滑模存在区域和状态空间中的切换面吸引区域,以及在此滑模面上的状态轨迹在小信号条件下渐近稳定于平衡点的条件。仿真结果表明提出的积分重构滑模控制方案可以提高系统动态性能并增强鲁棒性,是一种切实可行的新控制方案。
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