滑模变结构控制Buck变换器的控制

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变结构控制Buck变换器直流电动机调速

（．ｌｔｍｃａｉａｄＡｔａｏｅａｍｎ，ＦｊｎＵｉｒｔｏｅｈｏｇ，ｕｈｕ３０１，ｈｎ；１ＥｅｒｅｈｎｎｕｍｔｎＤｐｒｅｔＲａｎｖｓｙｆｃｎｌｙＦｚｏ５０４ＣｉｃｏｃｏｉｔｉｅｉＴｏａ
速控制环。通过仿真和比较表明，这种变结构控制降压调速，可得到平滑无级调速；上升时间、调整时
间均很小；很强的鲁棒性；枢电流和电磁转矩冲击可控制在允许值内。有电关键词：变结构控制；Ｂｃｕｋ变换器；降压调速
ｏｉｈａｏｔｈｕｒｎｓｔｅｆｅｂｃａａｔｒｆｒｔｅｉｎｒｌｐ，ｎｈｔｅｌｉｇｓｒａｅｏｆｗｈｃｄｐｓｔｅｃｒｅｔａｈｅｄａｋｐｒｍｅｅｏｈｎｅｏａｄｔｅｏｈｒｓｉｎｕｃｆｄｆ
中图分类号：Ｍ３１２Ｔ０．文献标识码：Ａ
Байду номын сангаас
ＶＳｂｃｏｖｒｅｏ — ｔｒｓｅｄｒｇｌｔｏＣｕｋｃｎｅｔｒｆｒｄｃｍｏｏｐｅｅｕａｉｎ
ＬｎＤｉｇｉｏ一，Ｚｈｎｏｉ２ｉｎｘａｅｇＹａｌｎ
０引言
目前，直流电动机降压调速主要采用全控型
ｗｈｃｄｐｓｔｅｒｔｔｎｌｐｅ８ｔｅｏｔｒｌｐｃｎｒ１ｈｒｕｈｔｅｓｍｕａｉｎａｄｃｍｐｒｏ．ｔｉｉｈａｏｔｈａｉａｅｄａｈｕｅｏｔ．Ｔｏｇｈｉｌｔｎｏａｓｎｉｓｏｏｓｏｏｏｉｄｍｎｔｔｄｔｉｃｎｒｌｔｔｇａａｚｍｏｔｎｉｉｌａａｌｐｅｅｌｉｎｗｔｈｉｅｔｅｏｓａｅｈｓｏｔｒｅｙ１ｒｌｅｓｏｈｉｆｔｙｖｒｅｓｅｄｒｇａｏｉｔｅｒｍｅｒｏｓａ３ｅｉｎｎｅｉｂｕｔｈｓｉａｄｔｅａｉｎｎｉｅｎｈｒｎｄ．Ｔｅｃｎｒｌｔｔｇｓｃａａｔｒｅｙｓｎｂｓｅｓａｄｔｅｎｈｌｍｅｔｍｅｂｉｇｓｏｅｅｈｏｔｒｅｉｈｒｃｅｚｄｂｔｇｒｕｔｓｎｇｔｔｏｓａｙｉｏｒｏｎｈ

Buck变换器的全局最优滑模控制器设计

１去一
扰。再定义坐标变换如下：
＋
（）４
其中．平均与模型中相同均为的，输出压，：的数，△＝， △ 输入电压的波纹干电是导竺ＬＣ
｛Ｘ，１【２２一２
其中＝Ｖ，２＝０，原系统转换为误差系统：ｆ／，
１Ｂｃ蔓ｕＩ换器的平均模型
工作在连续导电模式下的Ｂｃ变换器可以等效ｕｋ
陵毒㈣■ ＬＲＤｃＴＢｃｕ
器电路
其中 “＝，代表Ｔ断；Ｏ关
＝，代表Ｔ导通。ｌ ≈ ，ｘ ≈ 可得Ｂｃ变换器的状态空ｌ２２，ｕｋ
（＝Ａ（＋Ｂｕｔ一）Ａｕｔ，）ｅｔ）（（＋Ｂ（））。
根据滑模不变性原理分析Ｂｃ变换器全局最优滑模控制的鲁棒性，对于标称误差系统有：ｕｋ
（）７
）印一ｆ））。邶
定义系统二次最优指标：
＝Ｐ１
（５）
１，＋Ｖ）Ｅ’ ＩＰＨｄ＋一一去－ＡＰ！（ｚ一／
显系（入压波干满匹条，以成＝，中＝－，＝Ｅ然统）电的纹扰足配件可写Ｂ其ｉｊ △ ，６输ｏ．￣
因为电压波动干扰 △ 是有界的，所以存在正常数使得 △ ≤ Ｙ。Ｅｏ为设计方便将系统写为向量形式：
ＶＯ．０１Ｎｏ３２．
Ｓｅ．２１ｐ００
Ｂｃ变换器的全局最优滑模控制器设计ｕｋ

基于Buck变换器的全局时变滑模控制器设计

基金项目：河南省教育厅自然科学研究计划项目（编号２０Ｂ１０６０８５０１）
源电压衰减的问题。文献【】５和文献［１别设计了Ｂｕｋ换器和６分ｃ变Ｂｏｔｏｓ变换器的反步控制器，但是都是针对负载的不确定性而设计
ｒｓｌ．ｅｕｔｓ
２Ｂｃ变换器的平均模型ｕｋ
工作在连续导电模式下的ＢＫ变换器可以等效成两种线性ＵＣ电路在开关控制下的高速切换电路，结构如图ｌ所示。根据开关的
不同状态，可以用以下非线性微分方程组来建立模型。
ＫｅｒｓＧｌｂｌｉ — ａｙｎｌｉｇｍｏｅｃｎｒｌＢｃｏｖｒｒＲｏｕｔｙｗｏｄ：ｏａｍｅｖｒｉｇｓｉｎｄｏｔｏ；ｕｋｃｎｅｔ；ｂｓｔｄｅ
Ｌ
Ｅ
．
Ｉ『
Ｕ
ｌ引言
为代价。文献［】Ｂｃ变换器中应用了平滑模反步控制，也削弱８在ｕｋ了滑摸控制的抖动问题但是所给出的控制器比较复杂。鉴于普通
滑模控制器仅在滑动阶段对干扰和不确定性具有不变鲁棒性，而
Ａｂｓｒｃ：ｏｖｈｒｂｅｔａｈｅｐｒｏｒｎｅｏｏｓｓｂｄｔａｔＴｏｓｌｅｔｅｐｏｌｍｈｔｔｅｆｍａｃｆｒｂｕｔｗａａ
滑模控制作为一种先进的非线性变结构控制方法可以用于控制具有变结构特性的ＤｃＤ开关变换器。ＤＣＤＣ换器采用滑模／ｃ／变

Buck三电平变换器的PWM滑模控制

Buck三电平变换器的PWM滑模控制黄勤;罗成渝;凌睿【摘要】针对Buck三电平变换器飞跨电容电压闭环与输出电压闭环相互耦合的问题，利用解耦控制技术分别独立地设计控制器对两个闭环进行控制。

其中，为了降低对参数变化和负载扰动的敏感性，设计基于PWM的滑模变结构控制器对输出电压进行控制。

仿真试验结果表明，与传统PWM控制器相比，该方法在保持对飞跨电容电压进行有效控制的同时能减小输出电压的超调量，缩短调节时间。

%For the mutual coupling problem of flying capacitor voltage and output voltage in three-level Buck converter, decoupling technology is used to design controllers to control two closed loops. In order to reduce the sensitivity to parameter variations and load disturbances, a Sliding Mode Controller based on PWM(PWM-SMC)is designed to control output voltage. Simulation results show that, comparing to the traditional PWM controller, the proposed controller not only con-trols effectively the flying capacitor voltage, but also shortens overshoot of output voltage and cuts down time of adjust-ment process.【期刊名称】《计算机工程与应用》【年(卷),期】2015(000)011【总页数】5页(P256-260)【关键词】三电平变换器;解耦控制;滑模变结构控制;脉宽调制【作者】黄勤;罗成渝;凌睿【作者单位】重庆大学自动化学院，重庆 400030;重庆大学自动化学院，重庆400030;重庆大学自动化学院，重庆 400030【正文语种】中文【中图分类】TP2731 引言在高输入/输出电压的功率变换场合，具有合适耐压值的功率开关器件的选取往往比较困难。

全局滑模控制Buck变换器研究的开题报告

全局滑模控制Buck变换器研究的开题报告一、选题背景和意义：随着电子技术的不断发展，越来越多的电子设备开始广泛应用于我们的生活中，而这些设备需要不断的能量供应。

而Buck变换器作为一种常见的DC-DC转换器，能够实现输入电压的降压，从而为各种电子设备提供稳定的电源。

因此，研究Buck变换器的控制方法对于电子设备的稳定运行具有重要意义。

但是，Buck变换器的控制方法存在着一些问题，比如传统的PID控制方法需要对系统进行线性化处理，计算量较大，控制精度无法满足一些特殊应用需求。

因此，使用全局滑模控制方法来对Buck变换器进行控制，不仅能够简化计算，还能够提高控制的精度和鲁棒性，具有很大的研究价值。

二、研究内容和目标：本课题主要研究基于全局滑模控制方法的Buck变换器控制。

具体包括以下内容：1. Buck变换器的建模和分析，特别是针对Buck变换器的非线性特性进行分析。

2. 全局滑模控制理论的原理和应用。

理论基础主要包括：滑模控制基本概念，滑模面的设计和滑模控制律的推导等。

3. 基于全局滑模控制理论的Buck变换器控制方法研究。

主要包括：控制律的设计和滑模面的设计，以及控制参数的优化调节等。

4. 在仿真环境下验证全局滑模控制方法的控制效果，特别是在扰动抗干扰性和适应性方面的优势。

本课题的目标是：通过研究全局滑模控制方法在Buck变换器控制中的应用，建立一种可行、高效的Buck变换器控制方法，提高控制精度和鲁棒性，在各种应用场合中得到广泛的应用。

三、研究方法和步骤：本课题的研究方法主要包括理论分析和仿真验证两个方面。

具体步骤如下：1. Buck变换器的建模和分析：通过对Buck变换器的电路结构和工作原理进行分析，建立其数学模型。

2. 全局滑模控制理论的研究：阅读相关文献，学习滑模控制的基本概念和理论原理。

3. 基于全局滑模控制的Buck变换器控制方法研究：根据滑模控制理论，设计适用于Buck变换器的控制律和滑模面。

断续导通模式的Buck变换器反步滑模控制

电流断续导通模式下的数学模型，用反步滑模法设计了闭环控制器。基于系统生成器提出了采数字控制器的实现方法，分析了其负载扰动和电源扰动特性。与Ｐ控制方式相比较．ＢｃＩ在ｕｋ变换器的启动阶段，采用反步滑模控制器的系统输出电压的上升速度快、节时间短、调小。调超
ＳＥａ —ｉ，ＣＮＪ－ｎＨＮＹｎｘａＨＥｉｊｎｕ
（ｎｔｕｅｏｌｔｃｌｕｍｔｎＪｎｎｎＵｉｅｓｙＷｕｉ１１２Ｃｉ）ＩｓｔｔｆｅｒａＡｔａｉ，ｉｇａｎｖｒｉ，ｘ２４２，ｈｎｉＥｃｉｏｏａｔａ
Ａｂｔａｔ：Ｔａｉｇａｃｕｎｆｔｅｎｎｉｅｒｃｒｃｅｓｉｓｏｃｏｖｎｅ，ａｃｏｅｏｐｃｎｒｌｅｓｒｃｋｎｃｏｔｏｈｏｌｎａｈａａｔｒｔｆＢｕｋｃｎｅｒｌｓｄｌｏｏｔｏｌｒｉｃｕｉｇｃｓｅｉｇｓｉｉｇｍｏｅｍｅｈｄｉｒｐｓｄｔｍｐｒｖｔｏｔｏｅｆｒｎｃｓＴｈｉ— ｓｎａｋｔｐｐｎｌｎｄｔｏｓｐｏｏｅｏｉｏｅｉｓｃｎｒｌｐｒｏｍａｅ．ｄｅｄｓ
非线性控制提供了新思路。
关键词：ｕｋ变换器；续导通模式；步滑模法；Ｂｃ；断反系统生成器
中图分类号：Ｐ３１９Ｔ９．
文章编号：０５— ８０２０）６— ７４— ５１０９３（０８００５０

Buck变换器的鲁棒终端滑模控制

【一：（ｖ去＋ｕ￣－去／
－
Ａ，满足如下关系：（ｋ＞０（＝１２为设计系数，ＩＢＩ６ｉ，））
设计指数型快速终端滑模面形式如下：
Ａｅ，１ｇＳ足１ｋＩ）ｎ１，一ｓ（）ｌ，ｘ／
ｎ
（）２１
Ｐ＝５，ｏ１ｑ＝７，１ｑ＝３。系统的仿真图如下：
记Ｍ＝Ａ（／。ＩＡ（ｅ／。ｌ的ｌｆ：ＲＣ为ｌｔＲＣ／ＩＲ）Ｒ）ＩＢ
｛１＋［
］｝
（２２）
＿＿ ●
引理【存在连续的函数（）ｔ且满足下面两个条件：
卢Ｒｅ（／一ｔＢ。）ＡＥ
（７１）
控制理论与应用
ＣｏｎｒｌＴｈｏｒｎｐｌａｉｎｔｏｅｙａｄＡｐｉｔｏｓｃ
《动化技术与应用》２１自０２年第３ｌ卷第１期
远掸李业晋话夫函数如Ｆ：
ｌ，＝
ｆ芸里一ｅＰ１
－
ｅｋ－ｌ
盖、Ｐ。叫）（卅９ ’ ）
一Leabharlann 詈＋“当０时Ｊ
ｏ从而系统的状态有可能在ｏ，
由于Ｔ很小，稳态时，认为毫＝０，２＝０。若
ＸＶ则有：ｌｄ，
ｚ＝＝
，
分析
考虑到Ｂｃｕｋ电路在实际工作中负载不确定性这一
Ｂｕｋ变换器终端滑模回彤式如Ｆ：ｃ
１：ｅ。。。。ｆ＝１Ａ十卢Ｂ。ｓｎ＋１

Buck直流变换器的滑模变结构控制研究

１Ｓ的基本问题ＶＳ
要实现ＶＳ，须满足以下条件［：Ｓ必１１
ｊ
定动态特性的非线性系统而言，种控制策略能使系统这
沿设计的“ 动模态 ” 迹运动。该结构具有算法简单、滑轨
（）足滑动模态存在的条件，：ｉ１满即ｌｍ
于常规线性控制。关键词：Ｂｃ变换器；滑模变结构；ＰＩｕｋＳＭ
中图分类号：Ｔ４Ｍ３１文献标识码：Ａ文章编号：０５－９８２１）９０８－３２８７９（０００－０３０
ＴｅｒｓａｃｆｔｅｓｉｉｇｍｏｅｃｎｒｌｆｒＢｕｋｃｎｅｔｒｈｅｅｒｈｏｈｌｎｄｏｔｏｏｃｏｖｒｅｄ
Ａｂｔｃ：Ｓｉｉｇｓｒｔｌｎｍｏｅｕｆｃｕｃｉｎａｄｃｎｒｌｎｕｃｉｎａｅｄｓｕｓｄ．Ｔｅｏｄｔｎｏｈｍａｉｍｅｅａｌｉｇａｄｄｓｓｒｅｆｎｔｎｏｔｌｇｆｎｔｒｉｓｅａｏｏｉｏｃｈｃｎｉｏｆｔｅｉｘｍｕｇｎｒｌｓｉｎｄ
Ｋｙｗｏｄｅｒｓ：Ｂｃｏｖｒｅ；ｖｒｂｅｔｃｕｅｃｎｒｌｓｓｅｗｔｌｉｇｍｏｅ；ＰＩｕｋｃｎｅｔｒａａｌ－ｓｕｔｒｏｔｙｔｍｉｓｉｎｄｓＳＭｉｒｏｈｄ

Buck型变换器滑模控制技术及其发展综述

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，采并
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。
关键词：模变结构控制；向Ｂｃ滑双ｕｋ变换器；模面滑
目前，内外已有很多关于Ｂｃ国ｕｋ型滑模控制器的研
究：１阶滑模控制到３阶滑模控制、变频滑模控从从
维普资讯
第２４卷第７期
２００７年７月
机
电
工
程
Ｖｏ．４Ｎｏ．１２７
ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ＆ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＡＧＡＺＩＭＮＥ
Ｊ１０７ｕ．２０
Ｂｃｕｋ型变换器滑模控制技术及其发展综述木
ｗｓｄｓｒｅｙｐａｅｔｊｃｒｖｉｌ．Ｔｉｐｉｅａａｓ，ｔｅ — ｉｅｓｎｔｊｃｒｔｎｆｒｔｔｅｔｏｏｅａｅｃｉｄｂｈｓｒｅｔｙｉｄｂａｏｖｙｏｓｌｙｔｎｌｉｈｅｄｍｎｉｒｅｔｒｓｍｓｉｏｈｎｍｆｈｙｓｒｏａｏｙａｏｎｗ
ＬＩＢｉ，ＤＵｉｎｇＵｎＬａ，ＸＶｅ，ＭＡａＦｉＨｏ
（．ｏｅｅｏｌｔｃｌｎｉｅｉＺｅａｇＵｉｒｔ，ａｇｈｕ３０２，ｈｎ；１ＣｌｇＥｅｒａｇｎｒｇ，ｈｆｎｎｅｉＨｎｚｏ０７ＣｉｌｆｃｉＥｅｎｉｖｓｙ１ａ２ＺｅａｇＩｓｔｅｃａｉｌＥｅｔｃｌｎｉｅｒｇＣ．Ｌｄ，Ｈｎｚｏ０９ｈｎ）．ｈｊｎｎｔｕＭｅｎａ＆ｌｒａｇｎｅｉｏ，ｔ．ａｇｈｕ３００，ＣｉａｉｉｔｏｆｈｃｃｉＥｎ１

Buck变换器滑模控制的研究与实现

(2) 参考电压 Uf=12 V，负载电阻 R=10 Ω 不变，输入电压在 14 V≤Ui≤26 V 范围变化，测试了 7 种情况输出电压的稳态值如表 3 所示。输出电压最大稳态误差为 0.11 V，只偏离了参考电压值的 0.92%，整体来看输出电压对输入电压的变化率(dUo/dUi)平均约为 14.17 mV/V。
S (t ) = C (α e + e )
(9)
仍选取 α =1/RC，由式(4)、 (9)可得：
S (t ) =
1 (U − U ) + CU R
(10)
相应控制量变为：
(6)
u=
1 [U − Lε sgn( S (t )) − LKS (t )] kU
(11)
式中： ε =5 000， K=50 000。
图１控制系统结构图Ｆｉｇ．１Ｄｉａｇｒａｍｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ
的输入电压、输出电压、输出参考电压、滑模控制器的输出。 Buck 变换器对输出的传递函数为:
G (s ) =
式中： R, L, C 为电路参数,如系统结构图所示， d 为 PWM 脉冲占空比。PWM 调制器的传动函数为：
参考文献：
[1] 李乔，蔡丽娟，周桂． DC／DC 变换器的变结构控制应用现状 [J]．电力电子技术， 2002(4)： 75-78． [2] GUPTA P, PATRA A.Hybrid sliding mode control of DC-DC power converter circuits[J]. IEEE, 2003, 1: 259-263. [3] TAN S C, LAI Y M, TSE C K.General design issues of sliding-mode controllers in DC-DC converters [J]. IEEE Trans Power Electron, 2005, 20(2): ４Ｎｏ．２

一种基于滑模变结构控制的Buck变换器设计

Buck型电路已被广泛用于我们的日常生活中，特别是在手机、GPS（Global Positioning System，简称GPS）和其他移动多媒体设备上。

移动互联网的普及使得电子器件对电源的要求越来越高，近年来，许多学者被高性能降压转换器电路的研究所吸引，特别是控制技术的创新在其上面的应用。

由于其效率高、体积小、操作简单结构等诸多优点，同步Buck变换器已经在信息通讯、IT 行业、航空航天、数字系统和我们的日常生活中得到了广泛的应用。

随着时代对高性能Buck变换器的需求，最近几年Buck变换器的控制技术已成为研究重点。

其中，滑模控制理论和技术在Buck电路中的应用已经实现较好的结果。

滑模控制比较突出的特点就是可以很好地应对系统的不确定性, 对系统外部的干扰以及动态因素都有比较出色的鲁棒性, 尤为可贵的是，其对非线性系统的控制效果表现出色。

而且由于变结构控制系统具有抗干扰性强、算法比较简单、跟随性好的特点，因此在控制领域有着比较广泛的应用。

又因为滑模变结构控制系统对其外部参数的变化具有良好的鲁棒性，因而在DC / DC（Direct Current/Direct Current,简称DC / DC）变换器中得到了广泛的应用。

从理论上讲，这种控制方法需要器件拥有无限迅速的切换速度，由于这个原因，大多数的滑模控制系统都采用滞环技术来限制开关器件的频率，但是，滞环带的宽度很难确定。

由于开关频率的不确定，对于输入、输出来说，过滤并获得未失真的信号将会变得很难。

因此，为了限制开关频率，该理论分为两个步骤。

首先，采用迟滞滑模控制来限制开关器件的频率，但滞环带宽的不确定性也导致了开关频率的不确定性，因此在实际应用中存在一定的困难。

关于这一点，有相关研究人员提出了一种固定频率的滑模控制技术。

根据该技术，本文提出了一种基于滑模控制的控制技术，并将其应用于Buck变换器。

这种方法使用滑动控制器来调整PWM（Pulse Width Modulation，简称PWM）占空比，从而实现控制并保持变频器输出电压稳定，达到开关频率固定的要求。

基于buck型变换器的滑模变结构控制技术研究

３．５仿真与实验结果为验证理论，用Ｍａｔｌａｂ对滑模控制的双向Ｂｕｃｋ变换器进行仿真。

主电路参数为：Ｋ＝２００Ｖ，Ｌ＝２２０ｐＨ，Ｃ＝１００妒，Ｒ＝２５Ｑ，ｖｏ＝１００Ｖ。

（ａ）“－ｌ，ｕ＝Ｏ（ａ）ｋｊ＝ＩｌＲ，ｋ２＝Ｃ，岛却（ｃ）ｋｌ＝１０／Ｒ，，虹＝Ｃ，ｋ３＝Ｏ圈３．１２状态变量轨迹图∞ｈ＝ｌ倔铲ｋ３＝ｏ（ｄ）ｔｔ＝４ｎ他妊Ｃ玲啦围３．＇３二阶滑模状态变量轨迹图（ａ）ｔ１２１巩张好＝ｌ厄（ｂ）七Ｉ＝ＩＯ／Ｒ，ｋ，．ｚ＝Ｃ，ｋ：｝＝ｌｌＬ（ｃ）屯２ｌＯＩＲ，ｋ，ｆＣ，ｋ３＝５１Ｌ囱３．１４三阶滑模状态变量轨迹图仿真结果如图３．１２、３．１３、３．１４所示。

其中图３．１２（ａ）为开关恒开到恒关的状态轨迹图，图３．１２（ｂ）为一阶滑模控制时的状态轨迹图，图３．１３为不同滑模系数的四种二阶滑模控制状态轨迹图，图３．１４为不同滑模系数的三阶滑模控制状态轨迹平面图和三维图。

仿真结果与理论相符合，但滑模控制的优点主要体现在其快速动态响应性和强的鲁棒性，而二阶滑模控制正好最有力的反映了这些优点。

二阶滑模控制的双向Ｂｕｃｋ变换器实验波形，如图３．１５、３．１６，３．１７所示，其中滑模系数ｋ＝２５１ＲＣ＝Ｉ×１０４，实验结果显示系统具有良好的动态和稳态特性。

浙江大学硕士学位论文第四章考虑电容ＥＳＲ时的滑模控制Ｂｕｃｋ变换器研究４．４仿真与实验结果为验证理论，用Ｍａｔｌａｂ对滑模控制的双向Ｂｕｃｋ变换器进行仿真。

主电路参数为：Ｕ＝２００Ｖ，三＝２２０１．ｔＨ，Ｃ＝１００矿，Ｒ＝２勉，Ｖｏ＝１００Ｖ。

（ａ）围４．５‘＝０ｆ２＊ａｒｃ＝０．８Ｑ的二阶滑模控钼仿真图图４．５为‘＝０Ｑ和‘＝０．８Ｑ的二阶滑模控制仿真图（南＝２０／Ｒ，如＝ｃ，ｄｒ＝０．８）：（ａ）为状态变量偏差的相平面图，有电容ＥＳＲ的波形到达过程快，滑模系数小；（ｂ）为输出电压和电容电流的波形，有ＥＳＲ的波形输出电压启动瞬间上升快而且电容的最大电流小，但是接近稳态的过程比较侵；（ｃ）为电容电流波形的放大图，有ＥＳＲ的波形电容电流的纹波大而且工作频率高，但是无ＥＳＲ的波形电容电流已在稳态工作，而有ＥＳＲ的电容电流还在向稳态靠近；（ｄ）为输出电压的放大图，有ＥＳＲ的波形输出纹波大。

Buck变换器的滑模控制研究.ppt

普通滑模控制积分滑模控制
0.4 0.41 0.42
The College of Information Science and Engineering
4/16/2020
6
6
5
5
4 Uc(V)
3
4 Uc(V) 3
2
2
1
积分滑模控制
自适应积分滑模控制
00 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 t(s)
V& 0
The College of Information Science and Engineering
4/16/2020
仿真研究根据式(2)设计如下的积分滑模切换函数
s(t)C s X (t)0 t(A B K )X (t)d t
(19)
0 1
A
1
LC
a
2
0
B
E
LC
4/16/2020
分析方便，对理想模型有以下假设：（1）开关器件、二极管均是理想元件（2）电感、电容是理想元件开关T导通时的Buck电路图
The College of Information Science and Engineering
开关T关断时的Buck电路图
4/16/2020
The College of Information Science and Engineering
状态空间平均模型如下
x&1
x2 C
x1 RC
x&2
x1 L
E L
d (t)
The College of Information Science and Engineering

Buck型变换器滑模控制技术及其发展综述_刘斌

第24卷第7期2007年7月机电工程MECHAN I C AL &E LECTR I CAL E NGI N EER I N G MAG AZI N EVol .24No .7Jul .2007收稿日期:2007-04-27基金项目:国家自然科学基金资助项目(50207008)作者简介:刘　斌(1982-),男,浙江临安人,主要从事功率电子先进控制方面的研究。

　综述　Buck 型变换器滑模控制技术及其发展综述3刘　斌1,杜　量2,许　飞1,马　皓1(1.浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;2.浙江省机电设计研究院有限公司,浙江杭州310009)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。

关键词:滑模变结构控制;双向Buck 变换器;滑模面中图分类号:T M46;TP18 文献标识码:A 文章编号:1001-4551(2007)07-0001-04O verv i ew of sli d i n g m ode con troller for Buck 2k i n d convertersL I U B in 1,DU L iang 2,XV Fei 1,MA Hao1(1.College of Electrical Engineering,Zhejiang U niversity,Hangzhou 310027,China;2.Zhejiang Institute of M echanical &Electrical Engineering Co .,L td .,Hangzhou 310009,China )Abstract:The basic concep t of sliding mode contr ol was outlined first .And then an overvie w of sliding mode contr oller for Buck 2kind converter was p resented,included sliding mode contr ol of both variable and fixed frequency .The sliding acti on was described by phase traject ory vividly .To si m p lify the analysis,three 2di m ensi on traject ory transf or m s int o the t w o one thr ough mapp ing method .Finally,the devel opment trend and the point p r oble m study fr om now on of sliding mode contr ol were discussed .Key words:sliding mode contr ol;bi 2directi onal Buck converter;sliding surface0　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。

基于PWM调制的滑模控制在Buck变换器中的应用

基于PWM调制的滑模控制在Buck变换器中的应用论文导读：滑模变结构控制是带滑动模态的变结构控制，它对外部扰动和负载变化无关，使系统的快速响应和稳态响应提高、对参数变化及扰动不灵敏，被国内外专家一致认为是较有前途的变控制控制方法。

在上述文献的根底上，本章以Buck变换器为研究对象，详细介绍基于PWM调制的具有固定频率的滑模变结构控制器设计过程，并利用Matlab中的Simulink对其进行全面的仿真研究。

关键词：滑模变结构控制，PWM，Buck变换器滑模变结构控制是带滑动模态的变结构控制，它对外部扰动和负载变化无关，使系统的快速响应和稳态响应提高、对参数变化及扰动不灵敏，被国内外专家一致认为是较有前途的变控制控制方法。

但是，一般在分析DC-DC变换器的滑模变结构控制方法时，并未考虑到切换频率有限时系统的响应，并且由等价控制得到滑模运动方程是理想方程，此时系统要求工作在无限开关频率状态下。

而在实际应用中，由于开关器件本身特性，切换频率不可能是无限的，为了满足实际开关器件的最高频率限制，必须人为地降低变换器的切换频率。

通常的解决方法是采用滞环调制法，即在切换面的两侧引入两个一定宽度的对称滞环带，从而有效地降低切换频率。

显然，这种方法所得到的切换频率并不是固定的，给前端输入以及后级输出滤波电路的设计带来困难。

为此，文献[1]提出了一种能够随切换频率变化而变化的自适应滞环带，这种方法需要增加辅助电路，因此增加了整个电路的本钱，对于低廉的电压变换设备来说不太划算。

此外，由于在切换函数上叠加了斜波或时间函数等辅助信号，导致变换器系统的瞬态响应特性严重恶化。

另外的解决方法是通过改变调制方式，将PWM调制应用于滑模变结构控制中，就可构建一个基于PWM调制的固定频率的滑模变结构控制器，由滑模变结构理论推导而来的等效控制信号作为调制信号，并与一固定频率的斜波信号进行比较以获得与斜波同频率的开关控制信号。

免费。

文献[2]首次提出滑模变结构控制的等效控制信号与PWM控制的占空比信号D等价的思想，但缺乏相应的理论证明。

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滑模变结构控制Buck变换器的控制
作者：王瑞秦明慧黄瑞平
来源：《科技资讯》2014年第19期
摘要：随着可再生资源的日益普及工业快速发展，Buck变换器的应用越来越普遍。

相比于PI控制的Buck变换器，可以通过使用滑模变结构来控制，这样可以达到稳态精度更高，动态响应更快速以及更强的鲁棒性等优点。

本文深入研究Buck变换器滑模变结构控制系统，分析参数选择依据，设计控制电路并给出仿真结果验证所提方法的可行性。

关键词：滑模变结构控制（SMC） Buck变换器鲁棒性
中图分类号：TP13 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（a）-0121-02
大部分的直流-直流变换器等电力电子变换器使用的都是线性化技术控制，系统的参数有变化的时候，传统的PID控制系统会比较敏感，开关变换器有动态响应速度慢[1]（大约需3 ms左右才能达到稳定）、输出波形不稳易受输入电压及负载波动影响[2]。

因此，提高直流Buck变换器的动态响应和稳态性能具有现实意义。

作为一种非线性控制理论，采用滑模变结构控制具有以下优点：变换器拥有更宽的稳定范围、更快速地动态响应，更强的鲁棒性等[3]。

本文首先研究变结构控制理论，系统分析Buck 变换器滑模变结构控制策略，利用相平面、等效控制量等方法研究系统的动态响应过程、滑模运动区域等问题，最后给出部分仿真结果以验证所提方案的正确性。

1 滑模变结构控制理论
1.1 基本概念
系统在某一子流上运动的时候，系统的状态轨迹被迫根据设计好的滑模面运动至平衡点，这就是滑模变结构中的滑动模态，如果系统开始滑动模态，对外界干扰或者参数扰动在一定条件下拥有不变性，所以它的完全自适应性比鲁棒性个更加优越[4]。

1.2 设计基本问题
初始状态的时候系统不一定在滑模面上，这时候就需要滑模变结构控制器促使状态变量作用到滑模面，然后沿滑模面滑动到平衡点。

（1）滑模面函数选取，电力电子变换器系统，通过开关的切换变换结构，为非线性系统。

设二阶系统状态变量：
函数为：
（1）
为获得好的输出特性，一般选取状态变量偏差的组合建立滑模面函数，滑膜面为（2）
为系统状态偏差变量，。

（2）滑模面系数优化，滑模变结构控制系统设计的一个重要问题是如何选择合适的滑模面系数，使系统的动态性能和稳态性能最优。

式（2）中即为滑模面系数。

1.3 设计方法
在设计的分析中，需要研究满足存在性和可达性的滑模面区域，这就需要确定这些点上微分方程的定义。

2 Buck变换器滑模变结构控制分析
2.1 基本分析
对于双向Buck变换器，不同的开关状态对应不同的主电路结构。

选择合适的滑模面函数和对应的控制规律，就可实现滑模运动的存在性和可达性，在相平面上可以形象的描述状态轨迹的运动趋势。

如果系统工作在连续模式下，器件为理想器件，可得变换器的状态空间方程为：
（3）
以状态偏差的线性组合建立滑模面函数：
（4）
其中，为电压参考量，根据式（4）（5）可得状态偏差的空间方程为：
（5）
通过滑模控制器产生的滑模控制信号控制开关管的动作来保证系统的状态变量运行在滑模面上，为此选择的开关函数为：（6）
考虑到开关的高频化，为研究系统在滑模面上的动态行为，引入等效控制量，它是对理想开关系统的一种“等效”平均控制，是对非线性系统的一种近似连续的平均2.2 动态特性和启动过程分析
系统状态变量出现大的突变时，状态轨迹不在滑模面上，由于Buck电路的可达性，状态轨迹将运动到滑模面，但如果到达点不在滑动区间上，状态变量则离开滑模面继续运动，直到下一次的到达点在滑模区间时，沿着滑模面运行到平衡点滑动过程主要由滑模面系数决定，状态变量滑行在滑模面时，由滑模面方程可得系统的一阶动态特性方程为：
解得：（7）
可见，状态一旦运行在滑动区间上时，状态偏差是以指数衰减到平衡点的，K值决定衰减速度。

同时，K值也会影响启动过程，不同的K值会有不同的初始到达点，产生不同的启动电感电流。

考虑到启动时输出电压接近于零，负载电阻R上的电流较小，电感电流的主要成分为滤波电容C的充电电流，为简化计算可得近似等效电路图如图2所示。

要同时兼顾到两个不一样的过程才可以提高系统的动态响应速度，想要将系统的动态响应速度提高，在Buck电路中一般是通过取较高的K值，前边已经分析过K值对滑模运动区域范围的影响，所以如果增大K值，系统的滑动速度将会加快，如果速度过快将会造成系统的到达点不在滑动区内，加长电路的启动周期，同时也会造成电感电流在启动时过高，对系统期间产生不利影响。

3 控制方式及仿真结果
通过用状态变量偏差的线性组合来将状态空间的滑动平面方程表示出来，这就是滑模面函数，目的是输出电压拥有更好的瞬态响应和稳态特性。

仿真有关参数设置为，。

系统稳态运行时的输出电压输出电流波形如图4所示。

启动过程和负载切换过程如图5、6所示。

4 结论
采用滑模控制的Buck变换器，系统稳定工作后，电压电流波动小，系统稳态性能好；启动过程和负载切换过程速度快，体现了良好的系统动态性能；系统输入电压波动时，输出电压波动小，变换器具有好的对输入电压变化的鲁棒性。

相比于传统控制方式，滑模控制具有良好的稳态特性和快速的动态响应。

参考文献
[1] 桑绘绘，杨奕，沈彩琳.基于PID控制的Buck变换器的仿真系统设计[J].南通大学学报，2011，10（1）：24-28.
[2] 肖永军，周传璘，曾庆栋.Buck DC/DC变换器输出电压纹波的仿真研究[J].实验技术与管理，2009，26（2）：87-89.
[3] Rong-Jong Wai，Li-Chung Shih. Design of Voltage Tracking Control for DC-DC Boost Converter Via Total Sliding-Mode Technique.Ieee Transactions on Industrial Electronnics， 2011，58（6）：2502-2511.
[4] 瞿少成.不确定系统的滑膜控制理论及应用研究[M].武汉：华中科技大学出版社，2008.。