【摘 要】
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DC-DC降压变换器是一种用于调节电源和负载之间输出/输入电压的电力电子设备。这种电力电子设备已经成为现代工业应用中重要的关键部件,并广泛地应用于可再生能源系统,航天系统,车载充电器等设备中。然而,DC-DC降压变换器是一种基于开关型功率器件的非线性系统。同时,该系统的性能还会受到电路参数不确定和负载变化的影响,这为系统的高精度控制造成了很大困扰。因此有必要设计一种鲁棒的控制算法来提高系统性能。本
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DC-DC降压变换器是一种用于调节电源和负载之间输出/输入电压的电力电子设备。这种电力电子设备已经成为现代工业应用中重要的关键部件,并广泛地应用于可再生能源系统,航天系统,车载充电器等设备中。然而,DC-DC降压变换器是一种基于开关型功率器件的非线性系统。同时,该系统的性能还会受到电路参数不确定和负载变化的影响,这为系统的高精度控制造成了很大困扰。因此有必要设计一种鲁棒的控制算法来提高系统性能。本文根据DC-DC降压变换器开关闭合两种运行状态,推导求得系统平均状态方程,并使用MATLAB/Simulink构建了系统仿真模型。针对系统电源电压,负载以及给定参考电压这三种突变情形,设计双闭环PID控制器并进行仿真实验,获取了系统负载处输出电压及电感电流的仿真结果。根据在双闭环PID控制下系统的输出波形,分析系统的控制性能及抗干扰能力,考虑到系统在双闭环PID控制下存在受扰时超调量大,恢复稳态时间偏长等问题,本文又设计了连续滑模控制器和基于扩张状态观测器（ESO）的连续滑模控制器这两种控制器。这两种控制器的设计都是先对系统的状态方程进行优化处理,将系统的不确定性纳入干扰,随后依据优化后的模型设计控制器部分并验证所得闭环系统的稳定性。在同样的仿真环境下,基于扩张状态观测器（ESO）的连续滑模控制方法在四组仿真实验中都有更好的控制性能及抑制干扰能力。进一步地,考虑到基于扩张状态观测器（ESO）的连续滑模控制的降压变换器系统抗扰能力仍然不太理想,本文又设计了基于广义比例积分观测器（GPIO）的连续滑模控制方法。基于该控制方法下的变换器系统的抑制扰动能力、受扰恢复能力、电感电流稳定性等性能指标都获得了很大的提升。最后,本文在功率降压转换器数字控制系统上校验了文中所述的四种控制算法。四种控制算法在实验平台上的控制性能表现基本与仿真结果一致。因此,本文所提出的控制方法是可以应用于工程实践中的。
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