Buck直流變換器的滑模變結構控制研究

滑模變結構控制VSS(Variable-Structure Control System with sliding Modes)，是一種非線(xiàn)性理論，對具有不確定動(dòng)態(tài)特性的非線(xiàn)性系統而言，這種控制策略能使系統沿設計的“滑動(dòng)模態(tài)”軌跡運動(dòng)。該結構具有算法簡(jiǎn)單、對模型要求低、閉環(huán)系統對干擾信號以及控制對象本身的攝動(dòng)魯棒性強等特點(diǎn)[1]。近十年來(lái)，已得到控制界的廣泛關(guān)注及實(shí)際應用[2]。
電力電子開(kāi)關(guān)變換器的電路本質(zhì)是離散、耦合的、動(dòng)態(tài)的非線(xiàn)性系統，現在大部分開(kāi)關(guān)變換器采用線(xiàn)性化的控制技術(shù)，控制規律采用PI控制。但PI控制對系統參數變化比較敏感，特別是開(kāi)關(guān)變換器帶非線(xiàn)性負載時(shí)響應速度慢，波形易發(fā)生畸變[3]。隨著(zhù)人們對開(kāi)關(guān)變換器性能的要求逐漸提高，非線(xiàn)性系統的線(xiàn)性控制難以滿(mǎn)足要求。而滑模變結構控制對開(kāi)關(guān)變換器非線(xiàn)性具有天然的適用性。因此，本文以Buck變換器為研究對象，利用滑模變結構理論對其進(jìn)行控制分析。其分析方法也可推廣到其他開(kāi)關(guān)變換器中。
1 VSS的基本問(wèn)題
要實(shí)現VSS，必須滿(mǎn)足以下條件[1]：

VSS的動(dòng)態(tài)響應可分為正常運動(dòng)段和滑模運動(dòng)段。因此VSS的設計主要包括兩方面內容:選擇合適的滑模面s(x)；尋找合理的控制函數u⁺(x)和u^-(x)。
2 Buck變換器的VSS分析
2.1 Buck變換器的基本拓撲結構
圖1為Buck變換器的拓撲圖，根據全控型電力電子器件的導通與否，系統具有兩種工作模式，即電感電流連續模式及電流斷續模式[4]。本文以電感電流工作在連續模式下，分析其工作過(guò)程。假設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：