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BUCK变换器的滑模变结构控制

作　者: 戴璐
导　师: 张昌凡
学　校: 湖南工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: BUCK变换器滑模观测器滑模控制器仿真与实现硬件电路
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

由于滑模变结构控制系统是一种具有良好鲁棒性的开关反馈控制系统,而BUCK变换器实质上也是一种开关控制系统,所以在Buck变换器上应用滑模变结构控制可以达到较好的控制效果。本文致力于研究滑模变结构控制理论应用于BUCK变换器,以寻求实用化滑模变结构观测器的设计方法并设计与实现滑模变结构控制器的硬件电路。目的是提高滑模观测器的工程实用性和鲁棒性,以求改善整个BUCK变换器的动态特性。论文的主要研究工作与结论如下:首先,针对BUCK变换器的状态观测器设计问题,对传统滑模观测器进行了分析,在此基础上运用滑模变结构的等值原理设计了一种自适应滑模观测器,实现对BUCK变换器未知状态变量的跟踪。通过与传统滑模观测器对比研究,验证了新设计的自适应滑模观测器具有更好的稳态精度。其次,针对滑模观测器存在的抖动问题,将滑模控制器采用趋近率来抑制抖动思想推广到滑模观测器设计中。基于积分趋近率和幂次数趋近率各自的优点,在两者的基础上设计了幂次数积分趋近率、幂次数指数积分趋近率滑模观测器。从两种新设计方法的仿真结果可以看出,滑模观测器能达到设计的要求,并且在抑制抖动方面起到了良好的效果。最后,结合BUCK电路的特点和工程需求,对所提出的基于滑模变结构的BUCK变换器技术进行了应用研究。采用运算放大器实现了滑模控制器的硬件电路,实验研究结果显示本文的理论与技术正确有效。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 研究背景及意义  10-12
    1.1.1 研究背景  10-11
    1.1.2 研究的目的及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-15
    1.2.1 滑模控制的研究现状  12-14
    1.2.2 滑模状态观测器的研究现状  14-15
  1.3 本文的主要内容  15-17
第二章 BUCK 变换器的数学模型及滑模控制模型的建立  17-28
  2.1 引言  17
  2.2 滑模变结构控制理论  17-22
    2.2.1 滑模变结构控制的定义  18-19
    2.2.2 滑动模态的存在性  19
    2.2.3 滑动模态的可达性  19
    2.2.4 滑动模态的收敛性  19-20
    2.2.5 等效控制及滑动模态方程  20-21
    2.2.6 滑模变结构控制的基本控制方法  21-22
  2.3 BUCK 变换器的建模分析  22-25
    2.3.1 BUCK 变换器的拓扑结构和降压原理  22-24
    2.3.2 BUCK 变换器的状态方程  24-25
  2.4 BUCK 变换器的滑模控制模型  25-26
  2.5 滑模变结构抖动现象分析  26-27
  2.6 本章小结  27-28
第三章 BUCK 变换器的自适应滑模观测器的设计  28-37
  3.1 引言  28
  3.2 滑模观测器的研究与应用  28-29
  3.3 BUCK 变换器的自适应滑模观测器设计  29-33
    3.3.1 BUCK 变换器的传统滑模观测器的设计  29-32
    3.3.2 BUCK 变换器的自适应滑模观测器的设计  32-33
  3.4 仿真研究  33-36
  3.5 本章小结  36-37
第四章基于趋近率的BUCK 变换器的滑模观测器设计  37-49
  4.1 引言  37
  4.2 基于趋近律的滑模控制器方法  37-39
    4.2.1 趋近律  37-38
    4.2.2 趋近律的滑模控制器方法  38-39
  4.3 基于幂次数积分趋近率的BUCK 变换器滑模观测器的设计  39-43
  4.4 基于幂次数指数积分趋近率的BUCK 变换器滑模观测器的设计  43-44
  4.5 仿真研究  44-47
  4.6 本章小结  47-49
第五章 BUCK 变换器的滑模控制器电路的设计与实现  49-69
  5.1 引言  49
  5.2 BUCK 变换器的PI 控制电路的设计  49-54
    5.2.1 PI 控制原理  49-50
    5.2.2 电路设计  50-54
      5.2.2.1 SG3525  50-53
      5.2.2.2 PI 控制电路设计  53-54
  5.3 BUCK 变换器的滑模控制模型  54-55
  5.4 BUCK 变换器的滑模控制器电路的设计与实现  55-61
    5.4.1 滞环比较滑模控制电路的硬件设计与实现  56-59
    5.4.2 过零比较滑模控制电路的硬件设计与实现  59-61
  5.5 仿真结果  61-64
    5.5.1 PI 控制仿真  61-62
    5.5.2 基于滑模函数滞环比较控制仿真  62-63
    5.5.3 基于滑模函数的过零比较控制仿真  63-64
  5.6 实验结果  64-67
    5.6.1 PI 控制电路的实验结果  65
    5.6.2 基于滑模函数滞环比较的实验结果  65-66
    5.6.3 基于滑模函数的过零比较的实验结果  66-67
    5.6.4 实验结果比较与分析  67
  5.7 本章小结  67-69
第六章结论及展望  69-70
参考文献  70-75
附录 1 攻读学位期间主要的研究成果  75-76
致谢  76

BUCK变换器的滑模变结构控制

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