【摘 要】
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随着电力电子产业的发展,DC-DC变换器得到广泛应用,其所面临的工作环境也更加复杂,因此对DC-DC变换器的输出信号精度及其控制系统的性能提出了更高的要求。传统的线性控制方法忽略了 DC-DC变换器的非线性特点,当出现大信号干扰时可能导致输出信号畸变或产生不稳定现象。因此,一些非线性控制方法被应用到DC-DC变换器。滑模变结构控制以其稳定范围宽、动态响应快、鲁棒性强、控制实现简单等优点,应用于DC
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随着电力电子产业的发展,DC-DC变换器得到广泛应用,其所面临的工作环境也更加复杂,因此对DC-DC变换器的输出信号精度及其控制系统的性能提出了更高的要求。传统的线性控制方法忽略了 DC-DC变换器的非线性特点,当出现大信号干扰时可能导致输出信号畸变或产生不稳定现象。因此,一些非线性控制方法被应用到DC-DC变换器。滑模变结构控制以其稳定范围宽、动态响应快、鲁棒性强、控制实现简单等优点,应用于DC-DC变换器的控制策略中。本文以DC-DC Boost变换器为研究对象,首先介绍了 Boost变换器的升压原理,根据变换器的设计指标,选择以连续导通模式作为本文研究对象的工作模式,同时依据电路的拓扑结构建立数学模型,并在状态空间模型的基础上设计状态观测器估测了电容电流;其次针对系统的稳态误差问题,以电感电流和输出电压作为状态变量建立滑模面,设计了滑模控制方法,研究了不同滑模增益参数对控制系统的影响;然后针对系统输出电压在启动阶段超调过大,滑动阶段速度慢的问题,将指数趋近律引入滑模控制,通过仿真实验表明,基于指数趋近律的滑模控制可有效降低电压的超调,提高系统的动态性能;最后针对指数趋近律的参数选择问题,引入模糊控制调节指数趋近律的参数,进一步提高变换器控制性能。在理论研究的基础上,设计并制作了DC-DC Boost变换器及其控制系统的硬件电路。实验证明本文设计的模糊滑模控制器在Boost变换器受到外部不确定扰动时,能快速稳定输出信号,改善系统的动态性能,增强系统鲁棒性,研究成果具有工程应用价值。
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