[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

说明书

本发明提出了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及控制方法，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。频率控制控制器内部结合通过饱和模块限制输出的范围。频率控制器采用PID控制器的基本结构，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。

技术领域

本发明涉及电子电路领域，尤其涉及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及控制方法。

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。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)一旦控制器设计是基于小信号平均模型，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，简单、快速的控制方法开始出现，例如混合数字自适应控制、近似时间最优控制、边界控制、滑模控制。

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。滑模控制强调的是在不同的电路结构下使用一种切换函数，但是由于Boost变换器是非最小相位系统，在不同电路结构下只用一种切换函数进行控制非常困难。基于二阶滑模控制的状态机控制器通过多个切换平面实现快速的动态响应，并且通过引入磁滞参数实现对开关切换频率的限制。在磁滞参数保持不变的情况下，开关频率取决于负载的大小，当负载发生扰动或变化时，控制器运行在可变的频率下，这会增加滤波器组件的设计难度，且难以应用在隔离变压器中。如何在保证动态性能的前提下，实现固定频率的效果，这亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。

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。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了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，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、振荡等现象。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。

优选的，所述频率控制器为优化的PID控制器、模糊控制器或者神经网络控制器。

本发明还公开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，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；

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。

优选的，所述S1包括：