[发明专利]基于二阶滑模控制的Boost DC-DC变换器固定频率的控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种基于二阶滑模控制的Boost DC-DC变换器固定频率的控制系统，其特征在于，包括：

电压输入端连接Boost DC-DC变换器输入端，变换器输出端分别连接电压输出端和状态机控制器的参考电压信号比较输入端，状态机控制器开关信号输出端连接变换器的开关信号输入端，状态机控制器的频率信号输出端连接频率控制器信号比较输入端，参考频率信号输入端也连接频率控制器信号比较输入端，频率控制器信号输出端连接状态机控制器频率控制信号接收端；频率控制器采用PID控制器的结构，结合积分项限制算法、积分分离算法、输出饱和限制算法、增加滤波环节的微分算法实现对磁滞参数的快速调节，同时减小调解过程中出现的超调、振荡现象；添加频率控制器的控制系统，在较大的负载变化范围内实现频率的固定效果；

所述积分项限制算法包括：当积分项为非负值时，其值保持不变，当积分项为负值时，将积分项置0。

2.一种基于二阶滑模控制的Boost DC-DC变换器固定频率的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，建立基于二阶滑模控制的Boost DC-DC变换器固定频率的控制模型；

S2，建立增加磁滞参数的有限状态机控制器，分析变换器运动轨迹及磁滞参数对开关频率的影响；

所述S2包括：

选定Boost DC-DC变换器的控制变量为和v_o，建立以输出电压v_o为横坐标、电感电流i_L*为纵坐标的相平面；同时，以参考点为界分为左、右两个平面；

S2-1，在Boost DC-DC变换器中，实际的电压输出包括直流分量和交流分量；几乎所有的电感电流纹波成分都流经电容；当电容电流i_c为正时，电容电压V_c上升；输出电压纹波的增加会导致开关频率的减小；

S2-2，分别在控制器ON-state结构和OFF-state结构下建立关于i_L和V_o的微分方程；获取变换器在相平面上的轨迹方程；

S2-3，建立基于二阶滑模控制的有限状态机控制器；有限状态机控制器由四个状态A_ON+、A_OFF+、A_ON-、A_OFF-和一个初始状态组成；当v_o＜V_ref时，状态机由状态A_ON-、A_OFF-驱动；当v_o＞V_ref时，状态机由状态A_ON+、A_OFF+驱动；A_OFF+和A_OFF-代表变换器处于OFF-state结构；A_ON+和A_ON-代表变换器处于ON-state结构；符号“-”代表变换器相轨迹处于相平面左平面，符号“+”代表右平面；当状态机从状态A_ON-出发后，轨迹沿着ON-state变换器相轨迹运动；当满足切换条件后进入状态A_OFF-，其中β称为磁滞参数，来自频率控制器；V_g是Boost DC-DC变换器的输入电压；i_L*等于电感电流乘上一个系数，当满足切换条件且v_o≤V_ref，i_Lref*等于电感电流参考值乘上一个系数，*表示乘上一个固定的参数，状态机再次切换至状态A_ON-；至此，一个完整的切换周期完成，状态机不断重复上述过程，使得变换器轨迹从左平面逐渐靠近参考点；当状态机从状态A_ON+出发后，轨迹沿着ON-state变换器相轨迹运动；当满足切换条件后进入状态A_OFF+；当满足切换条件K≤K_est且v_o≥V_ref，其中i_L0*和v_o0为on-state直线轨迹的起点；其中v_o0为on-state直线轨迹的起点；状态机再次切换至状态A_ON+；至此，一个完整的切换周期完成，状态机不断重复上述过程，使得变换器轨迹从右平面逐渐靠近参考点；当磁滞参数O趋于零时，切换周期趋于无穷小，频率趋于无穷大，在有限状态机中引入磁滞参数使变换器工作在有限的开关频率下，控制磁滞参数能够控制开关频率；

S3，设计固定频率的基于二阶滑模控制的有限状态机控制器对开关频率进行有效控制。