DC-DC buck变换器高阶滑模控制方法

专利类型：发明专利 

语 言：中文 

申 请 号：CN201310316413.6 

申 请 日：20130725 

发 明 人：凌睿董燕武美蓉赵靖喻业琴廖化容罗成渝刘伟迟同信柳杨赵国言胡银超 

申 请 人：重庆大学 

申请人地址：400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号 

公 开 日：20151125 

公 开 号：CN103378724B 

代 理 人：郭云 

代理机构：重庆市前沿专利事务所(普通合伙) 50211 

摘　　要：本发明提出了一种DC-DC?buck变换器高阶滑模控制方法，包括：步骤1，对buck变换器建立有限状态机二阶滑模控制器，定义滑模变量，建立滑模面，设定有效状态和初始状态，使有效状态对应所述控制器输出量；步骤2，使用buck变换器的输出量和设定值定义滑模量，建立和分析滑模动态方程，在无输出超调量的情况下，获得有限状态机二阶滑模控制器收敛条件；步骤3，根据所述有限状态机二阶滑模控制器，建立增加时滞值的有限状态机二阶滑模控制器，在有限频率情况下，使滑模变量收敛到平衡点，即buck变换器的输出无偏差的跟踪上给定值。 

主 权 项：一种DC?DC?buck变换器高阶滑模控制方法，其特征在于，包括：步骤1，对buck变换器建立有限状态机二阶滑模控制器，定义滑模变量，建立滑模面，设定有效状态和初始状态，使有效状态对应所述控制器输出量；步骤2，使用buck变换器的输出量和设定值定义滑模量，建立和分析滑模动态方程，在无输出超调量的情况下，获得有限状态机二阶滑模控制器收敛条件；步骤3，根据所述有限状态机二阶滑模控制器，建立增加时滞值的有限状态机二阶滑模控制器，在有限频率情况下，使滑模变量收敛到平衡点，即buck变换器的输出无偏差的跟踪上给定值；步骤3?1，采用步骤1的有限状态机二阶滑模控制器，如果时滞值δ趋于零时，在buck变换器接近平衡点过程中，所述控制器输出的切换频率将趋于无穷大；如果直接采用固定时滞值δ、β_N和β_P，当时，所述控制器轨迹将不会穿越相平面的纵轴，而不能到达平衡点，其中V_ref为期望电压；步骤3?2，根据所述有限状态机二阶滑模控制器建立增加时滞值的有限状态机二阶滑模控制器，将时滞值β_N和β_P进行自动调整，结合建立的有限状态机二阶滑模控制器，实现稳态时的零误差；当稳态时，$\frac{s_M}{{2V}_g}\approx 0$和$\frac{s_m}{{2V}_g}\approx 0,$那么，在稳态时，当$V_{\mathrm{ref}}>\frac{V_g}{2}$时，参数β_Nmin根据${\beta }_{N\min }=1+\frac{s_m-{2V}_{\mathrm{ref}}}{{2V}_g}$进行选择，当$V_{\mathrm{ref}}<\frac{V_g}{2}$时，β_Pmin根据${\beta }_{P\min }=\frac{1}{2}\frac{s_M+{2V}_{\mathrm{ref}}}{V_g}$进行选择，在稳态时，根据增加时滞值的有限状态机二阶滑模控制器强迫轨迹将穿越纵轴，但是，当负载发生变化时，平衡点将轻微的偏离相平面的原点；在所述增加时滞值的有限状态机二阶滑模控制器运行过程中，根据${\beta }_{N\min }=1+\frac{s_m-{2V}_{\mathrm{ref}}}{{2V}_g}$和${\beta }_{P\min }=\frac{1}{2}\frac{s_M+{2V}_{\mathrm{ref}}}{V_g}$动态调整时滞值参数β_N和β_P；在从到和从到的过渡过程中调整β_N，而在从到和从到的过渡过程中调整β_P，根据所述控制器结构，采用这种方法，在稳态时，所述控制器轨迹将进入相平面原点位置的稳定极限环，即增加时滞值的有限状态机二阶滑模控制器准确地跟踪上参考电压，此时，控制器输出电压纹波将与buck变换器电感和电容值无关；开关的切换点发生在纵轴，而且根据开和关的状态，切换点将控制器轨迹分为两段轨迹；根据增加时滞值的有限状态机二阶滑模控制器，时滞值δ在增加时滞值的有限状态机二阶滑模控制器中是一个固定值；在无负载时，增加时滞值的有限状态机二阶滑模控制器加入时滞值δ_ON和δ_OFF后,假设δ_ON≠δ_OFF，从到和从到的切换点正好在纵轴上，切换条件为s≥β_Nmins_m+δ_ON＝0，s≤β_Pmins_M?δ_OFF＝0，控制器时滞值将表示为$\begin{array}{c}{\delta }_{\mathrm{ON}}=-(1+\frac{s_m-{2V}_{\mathrm{ref}}}{{2V}_g})s_m\\ =-\frac{s_m^2+{2V}_g{s}_m-{2V}_{\mathrm{ref}}{s}_m}{{2V}_g}\end{array},$$\begin{array}{c}{\delta }_{\mathrm{OFF}}=\frac{S_M+{2V}_{\mathrm{ref}}}{{2V}_g}{S}_M\\ =\frac{S_M^2+{2V}_{\mathrm{ref}}{s}_M}{{2V}_g}\end{array},$在横轴对称时，那么如下等式成立，${(V_g-V_{\mathrm{ref}})}^2+S_{\mathrm{MAX}}^2={(S_m-(V_g-v_{\mathrm{ref}}))}^2,$V_ref²+(?s_MAX)²＝(s_M+V_ref)²，那么,$-(s_m^2+{2V}_g{s}_m-{2v}_{\mathrm{ref}}{s}_m)=s_M^2+{2V}_{\mathrm{ref}}{s}_M,$所以，δ_ON＝δ_OFF，根据δ_ON＝δ_OFF,如果在开和关状态下，设置相同的时滞值δ，轨迹切换将发生在纵轴上，在有负载时，切换点将随着负载变化，通过两个切换点的直线，将始终穿越相平面的原点，因此，增加时滞值的有限状态机二阶滑模控制器轨迹将始终固定在相平面的原点，即输出电压将始终保持为给定的参考信号；无负载时，输出电压纹波可以通过如下公式计算，${\delta }_v=\frac{{\mathrm{\delta V}}_g}{V_g-V_{\mathrm{ref}}}+\frac{{\mathrm{\delta V}}_g}{V_{\mathrm{ref}}}$开关切换频率可以通过如下公式计算，$T=\sqrt{\frac{16\mathrm{LC}{V}_g\delta }{{(V_g-V_{\mathrm{ref}})}^2}}+\sqrt{\frac{16{\mathrm{LCV}}_g\delta }{V_{\mathrm{ref}}^2}}.$ 

关 键 词： 

法律状态：公开 

IPC专利分类号：H02M3/155(2006.01)I