Buck直流變換器的滑模變結(jié)構(gòu)控制研究

滑模變結(jié)構(gòu)控制VSS(Variable-Structure Control System with sliding Modes)，是一種非線性理論，對(duì)具有不確定動(dòng)態(tài)特性的非線性系統(tǒng)而言，這種控制策略能使系統(tǒng)沿設(shè)計(jì)的“滑動(dòng)模態(tài)”軌跡運(yùn)動(dòng)。該結(jié)構(gòu)具有算法簡(jiǎn)單、對(duì)模型要求低、閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)干擾信號(hào)以及控制對(duì)象本身的攝動(dòng)魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)[1]。近十年來，已得到控制界的廣泛關(guān)注及實(shí)際應(yīng)用[2]。
電力電子開關(guān)變換器的電路本質(zhì)是離散、耦合的、動(dòng)態(tài)的非線性系統(tǒng)，現(xiàn)在大部分開關(guān)變換器采用線性化的控制技術(shù)，控制規(guī)律采用PI控制。但PI控制對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化比較敏感，特別是開關(guān)變換器帶非線性負(fù)載時(shí)響應(yīng)速度慢，波形易發(fā)生畸變[3]。隨著人們對(duì)開關(guān)變換器性能的要求逐漸提高，非線性系統(tǒng)的線性控制難以滿足要求。而滑模變結(jié)構(gòu)控制對(duì)開關(guān)變換器非線性具有天然的適用性。因此，本文以Buck變換器為研究對(duì)象，利用滑模變結(jié)構(gòu)理論對(duì)其進(jìn)行控制分析。其分析方法也可推廣到其他開關(guān)變換器中。
1 VSS的基本問題
要實(shí)現(xiàn)VSS，必須滿足以下條件[1]：

VSS的動(dòng)態(tài)響應(yīng)可分為正常運(yùn)動(dòng)段和滑模運(yùn)動(dòng)段。因此VSS的設(shè)計(jì)主要包括兩方面內(nèi)容:選擇合適的滑模面s(x)；尋找合理的控制函數(shù)u⁺(x)和u^-(x)。
2 Buck變換器的VSS分析
2.1 Buck變換器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
圖1為Buck變換器的拓?fù)鋱D，根據(jù)全控型電力電子器件的導(dǎo)通與否，系統(tǒng)具有兩種工作模式，即電感電流連續(xù)模式及電流斷續(xù)模式[4]。本文以電感電流工作在連續(xù)模式下，分析其工作過程。假設(shè)各電子元器件均為理想器件,取x1=iL,x2=uo，則Buck變換器的狀態(tài)空間方程為：