DC/DC变换器的变结构控制应用现状

变结构控制以其良好的控制性能在非线性系统中得到了越来越广泛的应用。对DC/DC变换器中变结构控制方法的应用现状做了概括性的研究，主要包括：滑模面的类型及其相应的使用范围，存在的问题及常用的解决方案；以及变结构控制的发展趋势。     

DC/DC变换器的滑模变结构控制

给出了ＤＣ／ＤＣ变换器滑模控制基本原理,并以Buck型ＤＣ／ＤＣ变换器为例,给出了滑模控制器的设计过程,通过仿真证实了滑模控制的优点。     

双向DC/DC变换器滑模控制新方案研究

根据双向DC/DC变换器在电感电流连续模式(CCM)和断续模式(DCM)下的电路特性,以双向Buck变换器为例,提出了一种新型滑模控制策略,通过对双向Buck变换器在CCM和DCM下的建模分析,给出了改进的滑模控制矩阵方程和控制规则,并且讨论推导了此时的滑模存在条件和稳定条件,给出了结合滞环控制的滑模控制器设计方案。实验结果证明,该滑模控制系统具有良好的鲁棒性和快速的动态响应速度。     

DC-DC变换器的变结构控制应用现状

变结构控制以其良好的控制性能在非线性系统中得到了越来越广泛的应用，本文对DC－DC变换器中变结构控制方法的应用现状做了概括性的研究，主要包括滑模面的类型及其相应的使用范围，存在的问题及常用的解决方案，以及变结构控制的发展趋势。     

比例积分滑模控制Buck变换器分析与实现

分析了采用比例积分滑模控制方案的Buck 变换器,其中包括切换面参数的选取、到达条件的证明和稳定性分析。实验结果表明,相对于传统的PW M 控制方式,比例积分滑模控制方法可有效改善系统动态特性和增强其对外部大负载干扰的稳定鲁棒性。     

多相DC/DC变换器恒频滑模控制研究

针对多相DC/DC变换器的控制问题,采用基于给定三角波的定频滑模控制,实现了固定的开关频率,基于多相变换器的动态模型,通过选取合适的滑模面和参数,实现了可变相数变换器单一控制器的有效控制,并进行了仿真验证和分析.     

开关变换器的时变滑模控制方法研究

提出ＤＣ／ＤＣ开关变换器变滑模控制的统一综合方法，并以Ｂｕｃｋ型变换器为例，对其闭环特性进行了分析，给出其在滑模面上的等效控制与运动方程。计算机仿真及实验得到 与理论分析相一致的结论。     

基于滑模控制的并联DC/DC变换器均流控制策略

在大功率直流供电系统中,一般采用分布式并联系统运行来提高输出功率以及可靠性,而在实际中分布式并联系统运行的电源模块间会产生环流,采用传统线性控制方法会造成均流精度低、抗干扰能力低、稳定性差等问题。为此,提出了一种基于积分滑模电压控制的分布式均流的方法。对分布式并联系统建立状态空间平均模型,在保留双闭环的基础上设计了积分滑模控制器,分析积分滑模的稳定性并对参数进行选取;其次,将分布式并联系统转化为多智能体协同控制问题,通过相邻模块之间通信,消除误差并补偿母线电压;最后,通过仿真验证了所提算法能提高均流精度和鲁棒性,且在负载跳变下,仍获得良好的动态均流特性。     

基于滑模变结构控制的级联式双向DC/DC变换器

目前,级联式双向直流变换器的工作性能受到传统的线性控制方法制约。滑模变结构控制具有动态响应快、鲁棒性强等优良特性,是解决这一问题的突破口。根据系统升降压变换的工作原理建立相应的数学模型,设计了升压变换时的滑模电流控制器和降压变换时的滑模电压控制器。仿真结果表明,滑模控制器的动态性能和鲁棒性均强于传统的线性控制器。采用滑模变结构控制的控制策略具有可行性,并对提高变换器的工作性能提供了一定的借鉴作用。     

串联谐振变换器的滑模控制

以全桥式串联谐振变换器为例，首先建立适合滑模控制的非线性动态模型；其次分别利用两种不同的方法选取切换面函数，求取产生滑模的控制率；最后对两种方法进行仿真并作出比较。仿真结果表明，采用滑模控制使系统在参数变化和负载扰动时具有良好的鲁棒性，证明了控制策略的可行性。     

Buck变换器的积分重构滑模控制

针对常见的滑模控制方案应用于DC／DC开关变换器中存在的问题,将基于积分重构的滑模控制方案用于连续导电模式下的Buck变换器输出电压校正,该方法只需反馈输出电压和开关位置,省略测量电感电流。给出了采用积分重构建立的滑模切换面的滑模存在区域和相平面上吸引区,通过基于平衡点的线性化小信号稳定性分析得到局部渐近稳定的充分条件。仿真和实验结果表明,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变具有稳定鲁棒性。     

Buck变换器非线性控制器设计

针对Buck变换器的非线性特性,提出了采用反步法和反步滑模法控制非线性系统的控制策略。基于对Buck变换器数学模型的分析,论述了反步法控制器的设计,实现了当Buck变换器参数发生变化时,电容电压和电感电流对给定参考信号较好的跟踪;将反步法与滑模控制相结合,设计了反步滑模控制器,进一步改善了系统的跟踪性能。使用System Generator在Matlab环境下进行系统建模及仿真研究,结果表明,反步法和反步滑模法的非线性系统控制器效果良好。     

一种离散全局滑模控制Buck变换器设计

为了保持离散指数趋近律法设计的全局滑模控制系统的良好瞬态特性,削弱全局滑模控制系统的抖振,简化离散全局滑模控制律结构和设计,提出了一种结构更简单的离散全局衰减律.理论分析了离散全局衰减律下准全局滑动模态的收敛性和稳态特性,给出了全局衰减控制律的设计方法.仿真研究了离散全局衰减律用于离散全局滑模控制Buck变换器设计的正确性和有效性.仿真结果表明,全局衰减律适用于离散全局滑模控制,削弱了系统抖振.离散全局衰减控制Buck变换器较离散指数趋近控制具有更小输出电压纹波.     

Buck变换器滑模控制的研究与实现

研究滑模变结构控制策略在Buck变换器中的应用,提出基于PWM技术的滑模控制器,解决Buck变换器滑模变结构控制性能受元器件开关速度影响的问题;设计控制器实现电路,研制实验样机,并进行实验。实验结果表明采用本文提出的方法控制Buck变换器,控制精度高,动态响应快,且系统对输入电压波动和负载变化等干扰具有很强的鲁棒性。     

基于平坦理论的直流微电网双向DC-DC变换器改进滑模自抗扰控制

针对直流微电网系统中分布式电源功率波动、负载频繁投切以及不确定性扰动造成的母线电压波动问题,以直流微电网储能单元双向DC-DC变换器为研究对象,提出了一种基于平坦理论的改进滑模自抗扰控制策略。该方法采用双闭环控制结构,其中,电流内环采用微分平坦控制,提高系统的动态响应速度。在考虑系统抗扰性能和高频噪声影响的基础上,利用增阶滤波扩张状态观测器对外环模型总扰动进行估计。并根据状态量和扰动量估计信息设计了电压外环改进滑模自抗扰控制器,进一步提升系统的鲁棒性能。最后利用Matlab/Simulink软件进行仿真,验证了所提控制策略的有效性及优越性。     

Buck变换器的电压电流双闭环终端滑模控制

针对传统单闭环线性滑模控制Buck变换器中存在的响应速度慢、稳态精确度低等问题,提出一种电容电压/电感电流双闭环终端滑模控制方法。考虑负载电阻未知情况,设计负载估计器,限制负载电流在额定范围内以实现过流保护;基于基尔霍夫定律建立Buck变换器在开关导通和关断两种情况下的统一微分方程模型。针对外环电容电压环和内环电感电流环,分别设计终端滑模控制器和线性滑模控制器以满足其不同的控制性能要求,实现电容和电感非线性器件的瞬态性能控制,并在有限时间内输出期望的直流电压。基于滑模存在条件,推导出保证Buck变换器在开关导通和关断两种情况下的统一稳定条件。与传统单闭环线性滑模控制方法的仿真对比证明所提控制方法的有效性和可行性。     

DSP based proportional integral sliding mode controller for photo-voltaic system

The buck–boost converter is controlled using different algorithms like voltage mode control, current mode control, V² control, enhanced V² control, Sliding Mode Control (SMC), and Proportional Integral (PI) control. In all these algorithms the steady state error is more. On combining PI control and sliding mode control the steady error can be minimized. In industry and commercial applications involving Photo-Voltaic (PV) systems, uses buck–boost converter. In this converter above control algorithms are implemented using hardware circuitry or microcontroller. In industry and commercial applications Digital Signal Processor (DSP) is used for automation purposes and the same DSP can be used to implement control algorithms so as to get maximum electrical energy from solar energy. The efficient utilization of resources such as DSP is achieved as we are using the same DSP for implementing control algorithm. In the proposed study, PI control method and sliding mode control methods are combined to obtain a Proportional Integral Sliding Mode Control (PISMC) and it is used to control the buck–boost converter which is used to drive the electrical loads from solar energy. The buck–boost converter is designed, simulated and implemented. The algorithms PI, SMC and PISMC are simulated in using MATLAB simulink and then implemented in DSP TMS 320 2808. In the proposed study PISMC, a stable and efficient output voltage is obtained in which the steady state error and maximum overshoot are minimum. The PISMC is better in terms of transient and steady state performances as validated by our experiments. The proposed study will work in real-time since DSP is used for implementing the control algorithms and found to be better in terms of speed and regulation. The proposed DSP based PISMC can also be used to control other types of DC–DC converters.     

基于精确反馈线性化的直流微电网双向直流变换器反步滑模控制

直流微网中母线电压的变化对负载有很大的影响。储能系统通过双向直流变换器调节直流母线电压的过程中,占空比会大幅度变化,使变换器呈现严重的非线性,导致母线电压不稳定。针对这一问题,将精确反馈线性化与反步滑模控制相结合应用于双向直流变换器中,解决了变换器的非最小相位特性和变结构特性,保证了系统在不确定性和非线性条件下、外界干扰情况下的鲁棒性和稳定性。首先分析了变换器的状态方程,通过坐标变换推导出精确反馈线性化模型,并在此模型上设计了反步滑模控制器。最后利用PSCAD软件进行仿真,验证了所提控制方法的有效性及优越性。     

Robust nonlinear controller based on control Lyapunov function and terminal sliding mode for buck converter

This paper studies the sliding mode control (SMC) and terminal SMC (TSMC) techniques of output voltage regulation in dc–dc buck converters. In this paper, the conventional terminal sliding manifold (TSM), fast terminal sliding manifold, and adaptive terminal sliding manifold are investigated by using hysteresis‐modulated control. In addition, proportional‐integral‐derivative‐shaped TSM, PI‐shaped TSM, and proportional‐integral‐derivative‐integral‐shaped TSM are proposed in order to overcome the problems of conventional TSMs. Furthermore, a new continuous controller based on control Lyapunov function (CLF), with pre‐settable‐fixed switching frequency, is suggested. CLF‐based controller (CLF‐bC) is also adapted to the discontinuous digital input of the buck converter. In the proposed CLF‐bC, the switching frequency is completely independent and pre‐settable. Stabilization, reference tracking, high performance dynamic response, robustness against parameter uncertainties, and rejection of disturbances (e.g., input voltage changes and load variations) are some advantages of the proposed controllers. Impact of the controllers' parameters on the performance of the system is also summarized. Finite‐time stability of TSMs and proposed CLF‐bC, and the robustness of CLF‐bC against parameter variations and disturbances are mathematically proved. Performance of the proposed Adaptive TSMC (ATSMC), proportional‐integral‐derivative‐TSMC, and CLF‐bC has been verified through matlab simulations and compared with the conventional SMC and TSMC strategies. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.