[发明专利]DC-DC buck变换器高阶滑模控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，尤其涉及一种DC-DC buck变换器高阶滑模控制方法。

背景技术

脉宽调制（PWM）控制被广泛应用于直流——直流（DC-DC）变换器。它根据输出电压和其他状态变量获得输出切换信号，控制DC-DC变换器跟踪参考电压。这种方法需要用到输出误差的积分项来保证稳态时的零误差。其主要优点是能够让变换器在常值切换频率下工作，使得它具有很好的电磁兼容性（EMI）。然而，它也存在一些缺点：

1）积分项可能减慢变换器的动态响应；

2）它是基于小信号的控制方法，变换器的动态性能仅仅在平衡点附近的一个范围内得以保证。因此，人们开始研究简单，快速的控制方法例如混合数字自适应控制，近似时间最优控制，边界控制，Raster控制。

滑模控制是一种非线性控制方法，它对参数不确定性和外部扰动具有很好的鲁棒性，能够满足变换器的大信号和小信号条件，是DC-DC变换器PWM控制的一种替代方法。传统的滑模控制用滑模面s＝0将状态控制划分为2个子空间，在不同子空间中采用不同的控制作用{U⁺,U^-}，产生控制输出对变换器进行调节，使得系统动态轨迹保持在s＝0。由于传统滑模控制要求滑模动态是稳定且相对阶为一的。因此，这种方法需要获得输出电压和电感或电容电流信息。由于电流测量通常容易引入噪声，而且增加了系统成本。边界控制方法，类似与高阶滑模控制方法，采用高阶切换面，可以实现很好的控制效果。但这种方法仍然需要电流测量电路。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种DC-DC buck变换器高阶滑模控制方法。

本发明提出一种DC-DC buck变换器高阶滑模控制方法。本方法采用一种基于状态机结构的控制器，不需要任何电流测量电路，仅仅采用电压反馈，则能够是buck变换器具有很好的动态，而且对参数不确定和负载扰动具有很好的鲁棒性。本发明提出的新时滞控制方法，结合有限状态机结构的控制器，在有限切换频率的情况下，实现了系统稳态时的零误差。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种DC-DC buck变换器高阶滑模控制方法，其关键在于，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。

所述的DC-DC buck变换器高阶滑模控制方法，优选的，所述步骤1包括：

步骤1-1，建立有限状态机二阶滑模控制器，定义滑模变量s，在所述控制器参数不确定和负载扰动情况下，将在有限时间内控制器轨迹到达二阶滑模面包含了4个有效状态和1个初始状态，有效状态和对应了滑模量s≥0,而有效状态和对应了滑模量s＜0，有效状态和对应了滑模量一阶导数减小的系统运动轨迹，而有效状态和对应了滑模量一阶导数增加的系统运动轨迹，在所述每个有效状态中U⁺或U^-为所述控制器的输出量；

步骤1-2，所述控制器采用两个变量s_m和s_M，s_m保存滑模变量s在有效状态和中的最小值，而s_M保存s在状态和的最大值，所述控制器的切换条件由变量s_m和s_M决定，所述变量s_m和s_M会随着所述控制器中状态的切换而交替的改变；