[发明专利]一种新型滑模控制方法

说明书

本发明公开一种新型滑模控制方法，其特征在于该方法是一种改进的基于PWM 调制的滑模控制方法，首先以开关状态为控制信号对系统进行建模，并考虑到开关管导通与关断存在延时和二极管非理想等未建模部分，在系统等效控制律的基础上加入离散分量共同构成完整的滑模控制律。本发明的新型滑模控制方法，具有更快的响应速度和更好的动态特性，并且对系统参数不确定性、输入和负载大范围扰动具有较好的鲁棒性。该方法将滑模控制的优点与 PWM 调制相结合，在以后的工程中有较广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于滑模控制领域，尤其涉及一种改进的基于 PWM 调制的滑模控制方法。

背景技术

在 DC-DC 变换器系统中，电流断续的拓扑结构具有电感电流纹波大的缺点，会导致母线电能质量降低，若增加输出滤波环节则会降低系统的动态性能，因此较少应用于对电能质量要求较高的高效、大功率的应用场合中。目前，在电流连续的放电拓扑结构中，有3 种放电拓扑常常被用于高功率密度的电源系统中，包括：非隔离型的 Weinberg 放电拓扑、Super-Boost 放电拓扑、双向耦合Boost 放电拓扑。其中 Weinberg 放电拓扑的效率达到了96%，Super-Boost 的效率达到了 96.5%，双向耦合 Boost 的效率可以达到95%。3 种放电拓扑中，Super-Boost 电路具有放电效率高，拓扑结构简单，控制方式简单等优点，较多应用于高效、高功率密度的电源系统中。

目前，国内外对 Super-Boost 电路进行分析与控制的文献较少。其中有对峰值电流控制方式下的Super-Boost 电路进行了建模和动态特性分析，得出其开环传递函数具有右半平面零点，是一个非最小相位系统的结论。还有对分立电感和耦合电感模式下 Super-Boost 电路分别进行建模，并提出了一种外电压环和内平均电流环的双环补偿方法，获得了较好的稳态特性。这两种方法的控制方法实现简单，但由于其建立在系统的交流小信号模型的基础上，系统的状态方程在稳态工作点附近经过了线性化处理，而由于系统固有的非线性特征，采用近似线性等效的方法，对系统的稳态和瞬态行为都不能精确建模，因此，线性控制方式只能保证系统在小扰动下的稳定，而当系统存在较大扰动时则会导致系统不稳定。

滑模控制通过一个不断切换的控制作用将系统的状态轨迹引导至一个预先设定的平面上，有的学者将电压控制方式、电流控制方式与滑模控制方式进行对比，得出滑模控制与前两者的根本区别在于控制的非线性。由于滑模变结构控制具有快速的动态响应、强鲁棒性以及应用简单等优点，近年来被越来越多地运用到 DC-DC 变换器系统中。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供了一种新型滑模控制方法，该方法是一种改进的基于PWM 调制的滑模控制方法，首先以开关状态为控制信号对系统进行建模，并考虑到开关管导通与关断存在延时和二极管非理想等未建模部分，在系统等效控制律的基础上加入离散分量共同构成完整的滑模控制律。

本发明采用的技术方案是，一种新型滑模控制方法，包括Super-Boost电路、滑模控制、PWM 调制器。

所述的Super-Boost电路，需要不断切换开关管导通与关断的状态，是一个变结构系统。

所述的滑模控制，滑模控制是适用于变结构系统的一种控制方法，具有强鲁棒性和快速的动态响应。其原理是将系统在任意时刻的状态轨迹在一个不断切换的控制律的作用下引导至一个预先设定的滑模面上，当系统的状态轨迹到达滑模切换面时，系统的状态轨迹将被限制在滑模面上，并将在有限的时间内收敛至平衡点上。

所述的PWM 调制器，其原理是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。