CCM Buck变换器的精确反馈线性化滑模变结构控制

利用非线性系统的微分几何理论,在CCM Buck变换器仿射非线性模型的基础上,推导出了对应的非线性坐标变换矩阵和状态反馈表达式,得到了Buck变换器的精确反馈线性化模型。在此模型的基础上,选取线性切换函数和指数趋近律,设计了滑模变结构控制器.对比研究表明,所提出的精确反馈线性化滑模变结构控制策略具有良好的动态响应调节和稳态误差调节特性,表现出更强的鲁棒性.     

Boost变换器状态反馈精确线性化控制

采用状态空间平均建模方法,建立了CCM(电流连续型)Boost变换器的非线性仿射模型。从理论上证明了所建立的系统模型满足状态反馈精确线性化的能控性条件和对合条件,推导出所构造的非线性输出函数, 得到非线性状态反馈控制律,实现了原系统的状态反馈精确线性化;详细分析了反馈系数的选取。最后为验证所提控制方案的优越性与无源性控制方法进行了数值仿真对比分析,仿真结果显示,基于本控制方法的系统性能优越,各项性能指标均优于无源性控制方案。     

Buck变换器的自适应终端滑模控制策略

针对Buck变换器的传统滑模控制方法存在滑模系数不易确定,以及系统的动态响应和鲁棒性难以同时提升的问题,提出了一种基于电感电流建立双闭环结构的自适应终端滑模控制策略。该算法基于电感电流建立滑模面切换函数,利用输出电压误差跟踪基准电感电流,通过对李雅普诺夫稳定性的求解确定跟踪系数,规避了常规滑模系数难以确定和基准电感电流不易测量的问题;在该滑模面切换函数上构建了非线性环节,实现了终端双闭环滑模控制方法;通过卡尔曼滤波增益理论对非线性环节的阶数自适应选择,同时提高了趋近速度和收敛速度,有效改善了滑模控制策略的动态特性和鲁棒性互相制约的问题。自适应终端双闭环滑模控制Buck变换器在启动环节能够获得最优的瞬态响应,并有效地抑制电压的过冲量,在负载突变情况下具有最小的电压跌落量和最快的调节时间,有效地解决了动态响应与鲁棒性互相制约的问题,同时提升了系统控制的动态响应和鲁棒性。自适应终端双闭环滑模控制策略物理实现相对简单,在Buck变换器以及其他DC-DC变换器的高精度控制领域具有一定的实用价值。     

单电感双输出Boost变换器的目标全息反馈非线性控制

单电感双输出Boost变换器具有非线性特性且输出端存在交叉调节,这给控制器的设计带来困难。为此文中采用目标全息反馈非线性控制方法对单电感双输出Boost变换器的控制器进行设计,以减少系统的交叉调节和其非线性特性带来的问题。首先,建立所研究系统的仿射非线性模型,选取系统状态变量与其对应的参考值形成偏差方程,并令该方程符合布鲁诺夫斯基标准型。然后使用线性最优控制理论对偏差方程形成的线性系统进行设计。同时文中还推导出目标全息反馈非线性控制方法的控制本质是可通过选取反馈参数来配置变换器系统的极点。最后仿真实验结果证明了采用的目标全息反馈非线性控制策略相比于共模-差模电压控制策略有着更强的鲁棒性和更快的调节速度,并能有效的抑制系统的交叉调节。     

断续导通模式的Buck变换器反步滑模控制

为进一步提高Buck变换器的控制性能,针对Buck变换器的非线性特性,考虑其在电感电流断续导通模式下的数学模型,采用反步滑模法设计了闭环控制器.基于系统生成器提出了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PI控制方式相比较,在Buck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、调节时间短、超调小,当Buck变换器的负载和电源参数发生突变时,反步滑模控制的输出电压能够及时调整、扰动幅度小.比较结果表明反步滑模控制的优越性和SG设计开发的有效性,为现场可编程门阵列实现Buck变换器的数字控制器提供了新的设计流程,也为进一步研究其它直流-直流变换器的非线性控制提供了新思路.     

Boost变换器状态反馈的精确线性化控制

将控制目标引入系统状态方程,建立了CCM(电流连续型)Boost变换器的非线性仿射模型.从理论上证明了所建立的系统模型满足状态反馈精确线性化的能控性条件和对合条件,构造了相应的非线性输出函数,得到非线性状态反馈控制律,实现了原系统的状态反馈精确线性化,并详细分析了反馈系数的选取.所提控制方案不需要附加电压比例积分(PI)环节,控制简单,对输入电压、负载和系统元件参数扰动均具有较强的鲁棒性.仿真结果表明,基于文中所提控制方法的系统性能优越,各项指标均优于无源性控制方案.     

滑模变结构控制Buck变换器的控制

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。     

混动电动轮自卸车电制动非线性变结构励磁控制

针对混动电动轮自卸车(HMDT)电制动励磁控制非线性和负载干扰较大的时变不确定性,对整车稳定性特别是电池寿命的影响,提出一种反馈精确线性化控制与滑模控制相结合的非线性变结构控制(NVSC)励磁控制策略.建立电制动励磁控制SISO二阶非线性模型,对模型精确线性化处理;应用滑模变结构控制设计了转速闭环励磁控制器,考虑矿山恶劣工况下为了削弱系统抖振、保证车速和制动电流稳定,设计了Luenberger负载干扰状态观测器.MATLAB仿真与实验结果表明:NVSC控制器相比PID控制除了具有动态性能好、响应快等优点外,在负载干扰波动下,电机转速和制动回馈电流保持稳定,系统鲁棒性好,保证了HMDT电池寿命和整车稳定.     

Buck-boost变换器的PWM滑模变结构控制方法

在Buck boost电路拓扑结构和工作原理分析的基础上,引入虚拟开关量构建Buck boost电路连续导电模式和断续导电模式的合并状态方程,在合并状态方程基础上采用等效控制法推导Buck boost变换器的PWM滑模变结构控制方程,将指数趋近率应用于控制方程,并将等效控制变量作为PWM控制的占空比,得到基于指数趋近率的PWM滑模变结构控制方法。仿真实验和实测验证结果表明:Buck boost变换器的PWM滑模变结构控制方法能使Buck boost变换器快速达到稳定状态,具有较好的动态特性和鲁棒性。     

基于Buck变换器T-S模型的模糊滑模控制器的设计

为了解决Buck变换器非线性特征在控制器设计中带来的困难,在电感电流连续模式下,构建了Buck变换器的T-S模糊模型;同时考虑到系统参数摄动和外部扰动等因素,在T-S模糊模型的基础上,利用Lyapunov函数方法和线性矩阵不等式(LMI)方法构造全局模糊滑模面,并设计模糊滑模控制器.仿真结果表明:应用模糊滑模控制器的Buck变换器的上升时间和调节时间均在15ms左右,跟踪效果好,抗扰性强,具有良好的动态性能.     

基于新型饱和函数法的反馈线性化的全局滑模控制

针对常见的二阶非线性系统模型,提出了一种基于新型饱和函数法的全局滑模控制的。在常规的反馈线性化滑模变结构控制中引入全局滑模控制和新型饱和函数,通过设计一种动态非线性滑模面消除了滑模变结构控制的到达阶段,使系统响应具有全局鲁棒性;具有动态边界层的新型饱和函数又能使边界层厚度随状态轨迹的收敛而逐渐减小到零,从而使状态轨迹最终收敛到切换平面上从而降低系统的抖振,提高控制精度。仿真结果证明了该控制方法的有效性。     

双管正激变换器的输入输出线性化控制研究

针对传统双管正激变换器采用电压型PI控制策略时其动态响应速度较慢的问题,基于输入输出线性化方法,采用了一种新颖的非线性控制算法来改善其动态响应速度。该算法是在变换器的状态空间模型基础上建立其单输入单输出仿射非线性系统模型,采用输入输出线性化方法,通过适当的非线性坐标变换与状态反馈来推导出新的控制归律,由此得出电感电流与输出电容电压的解耦控制算法。用PSIM软件对得到的控制算法进行仿真,并通过搭建一台功率为250 W的实验装置对控制效果进行研究。结果表明,基于输入输出线性化控制的双管正激变换器具有更快的动态响应速度与较强的鲁棒性。     

阀控非对称缸系统鲁棒反馈线性化控制

针对阀控非对称缸液压系统存在不确定性和干扰问题,提出综合滑模变结构控制与反馈线性化控制的鲁棒反馈线性化控制策略.利用反馈线性化控制提高非线性系统控制精度,利用变结构控制补偿外界干扰与系统不确定性,并采用边界层法减少滑模变结构控制可能导致系统高频抖动.针对位移信号直接微分得到的加速度信号存在高频噪声问题,提出利用改进二阶滑模算法抑制干扰的影响.通过建立统一的阀控非对称缸液压伺服系统非线性数学模型,以时变负载力扰动为例对系统的动态特性进行了研究,结果表明:鲁棒反馈线性化策略能有效抑制外界的干扰和负载力扰动对液压位置追踪精度的影响,提高了液压控制系统的精度和鲁棒性.     

一种线性化与变结构相混合的发电机励磁控制器

以电力系统的非线性数学模型为基础,根据直接反馈线性化与滑模变结构控制理论,提出了一种旨在提高电力系统稳定性的由直接反馈线性化与滑模变结构混事控制完成的电力系统同步发电机励磁控制器,仿真研究表明,所提出的励磁控制器不仅可以有效地改善系统的动态品质,而且在提高电力系统的稳定性,尤其是大干扰稳定性方面有明显的作用。     

交错控制双输入Buck变换器的工作模式及输出纹波电压分析

针对两路输入电压大小不等而导致交错控制双输入Buck变换器工作模式复杂、参数设计困难的问题,将变换器的两路输入电压分3种情况进行分析和讨论,并且建立了变换器工作于连续导电模式(CCM)和不连续导电模式(DCM)的临界负载、电感电流和输出纹波电压数学模型。研究发现,变换器的临界负载随两路输入电压压差的减小而增大,电感电流纹波及输出纹波电压随两路输入电压压差的减小而减小;当两路输入电压相等时,变换器的临界负载达到最大,电感电流纹波及输出纹波电压达到最小。最后搭建了双输入Buck变换器实验平台,并通过给定的3组输入电压进行实验分析,实验结果验证了变换器的工作模式以及输出纹波电压数学模型的正确性。研究结果可为交错控制方式的双输入Buck变换器的参数设计提供理论依据。     

基于PWM控制芯片的Buck变换器非线性现象研究

对实际的PWM芯片控制的Buck变换器中的非线性现象展开研究,建立了实际PWM控制芯片的非线性模型,得到UC3842控制下电感电流的分叉图和Lyapunov指数,进一步得到PWM芯片控制下Buck变换器周期态和混沌态下的频率响应特性.     

滑模控制在三相交错并联双向DC-DC变换器中的应用

传统的双向DC-DC拓扑结构具有电压、电流应力大、响应速度慢的问题。针对这一问题提出三相交错幵联双向DC-DC变换器的拓扑结构,采用PI滑模变结构控制方案;外环用PI控制方案,实现自动跟踪参考目标电压的目的,内环采用滑模变结构控制方案,幵利用等效控制的方法使变换器在恒定的开关频率下工作,实现了各幵联电路电感电流的均流。Matlab Simulink仿真结果表明,该控制策略具有响应速度快、鲁棒性强的优点。     

电流反馈型Buck-Boost变换器的非线性动力学研究

首先建立了电流反馈型buck—boost变换器的精确离散化模型,然后研究了变换器在不连续模式下的非线性动力学行为．通过研究发现：电流反馈型Buck—Boost变换器在不连续模式下,出现了特有的分岔和混沌现象．     

恒定导通时间控制Buck变换器电感和负载电阻的稳定性机理

恒定导通时间(constant on-time,COT)控制Buck变换器的稳定性不仅受输出电容等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)的影响,还受电感和负载电阻的影响。为了研究电感和负载电阻的稳定性机理,建立了COT控制Buck变换器的分段线性模型。利用分岔图、特征根轨迹研究了输出电容ESR较小时COT控制Buck变换器随电感和负载电阻变化时的动力学特性。结果表明,随着电感减小或负载电阻增大,Buck变换器由阵发混沌状态经边界碰撞分岔进入到稳定的电感电流断续导电模式(discontinuous conduction mode,DCM)周期1状态。进一步,推导了确保变换器稳定工作的电感和负载电阻的临界表达式。最后,数值仿真和理论分析得到了实验结果的验证。研究结果可以有效地指导COT控制Buck变换器的电路参数设计。     

DC-DC变换器双滑模面变结构控制

提出一种变结构控制方法,用两个滑模面分别实现DC-DC变换器内外环控制,内环滑模面用于电流控制环,外环滑模面用于电压控制环.以BUCK变换器为例,通过仿真和比较表明,这种控制可获得比单滑模面控制更多的反馈信息,得到更好的动态品质,对参数的摄动和外界干扰具有很强的鲁棒性,抖振很小,且稳态误差也很小.