[發明專利]DC-DC buck變換器高階滑模控制方法

有效

• 申請號: 201310316413.6
• 申請日: 2013-07-25
• 公開（公告）號: CN103378724A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: 凌睿;董燕;武美蓉;趙靖;喻業琴;廖化容;羅成渝;劉偉;遲同信;柳楊;趙國言;胡銀超
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙) 50211
• 代理人: 郭云

技術領域

本發明涉及自動化控制領域，尤其涉及一種DC-DC?buck變換器高階滑模控制方法。

背景技術

脈寬調制（PWM）控制被廣泛應用于直流——直流（DC-DC）變換器。它根據輸出電壓和其他狀態變量獲得輸出切換信號，控制DC-DC變換器跟蹤參考電壓。這種方法需要用到輸出誤差的積分項來保證穩態時的零誤差。其主要優點是能夠讓變換器在常值切換頻率下工作，使得它具有很好的電磁兼容性（EMI）。然而，它也存在一些缺點：

1）積分項可能減慢變換器的動態響應；

2）它是基于小信號的控制方法，變換器的動態性能僅僅在平衡點附近的一個范圍內得以保證。因此，人們開始研究簡單，快速的控制方法例如混合數字自適應控制，近似時間最優控制，邊界控制，Raster控制。

滑模控制是一種非線性控制方法，它對參數不確定性和外部擾動具有很好的魯棒性，能夠滿足變換器的大信號和小信號條件，是DC-DC變換器PWM控制的一種替代方法。傳統的滑模控制用滑模面s＝0將狀態控制劃分為2個子空間，在不同子空間中采用不同的控制作用{U⁺,U^-}，產生控制輸出對變換器進行調節，使得系統動態軌跡保持在s＝0。由于傳統滑模控制要求滑模動態是穩定且相對階為一的。因此，這種方法需要獲得輸出電壓和電感或電容電流信息。由于電流測量通常容易引入噪聲，而且增加了系統成本。邊界控制方法，類似與高階滑模控制方法，采用高階切換面，可以實現很好的控制效果。但這種方法仍然需要電流測量電路。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題，特別創新地提出了一種DC-DC?buck變換器高階滑模控制方法。

本發明提出一種DC-DC?buck變換器高階滑模控制方法。本方法采用一種基于狀態機結構的控制器，不需要任何電流測量電路，僅僅采用電壓反饋，則能夠是buck變換器具有很好的動態，而且對參數不確定和負載擾動具有很好的魯棒性。本發明提出的新時滯控制方法，結合有限狀態機結構的控制器，在有限切換頻率的情況下，實現了系統穩態時的零誤差。

為了實現本發明的上述目的，本發明提供了一種DC-DC?buck變換器高階滑模控制方法，其關鍵在于，包括：

步驟1，對buck變換器建立有限狀態機二階滑模控制器，定義滑模變量，建立滑模面，設定有效狀態和初始狀態，使有效狀態對應所述控制器輸出量；

步驟2，使用buck變換器的輸出量和設定值定義滑模量，建立和分析滑模動態方程，在無輸出超調量的情況下，獲得有限狀態機二階滑模控制器收斂條件；

步驟3，根據所述有限狀態機二階滑模控制器，建立增加時滯值的有限狀態機二階滑模控制器，在有限頻率情況下，使滑模變量收斂到平衡點，即buck變換器的輸出無偏差的跟蹤上給定值。

所述的DC-DC?buck變換器高階滑模控制方法，優選的，所述步驟1包括：

步驟1-1，建立有限狀態機二階滑模控制器，定義滑模變量s，在所述控制器參數不確定和負載擾動情況下，將在有限時間內控制器軌跡到達二階滑模面包含了4個有效狀態和1個初始狀態，有效狀態和對應了滑模量s≥0,而有效狀態和對應了滑模量s＜0，有效狀態和對應了滑模量一階導數減小的系統運動軌跡，而有效狀態和對應了滑模量一階導數增加的系統運動軌跡，在所述每個有效狀態中U⁺或U^-為所述控制器的輸出量；

步驟1-2，所述控制器采用兩個變量s_m和s_M，s_m保存滑模變量s在有效狀態和中的最小值，而s_M保存s在狀態和的最大值，所述控制器的切換條件由變量s_m和s_M決定，所述變量s_m和s_M會隨著所述控制器中狀態的切換而交替的改變；