（电力电子与电力传动专业论文）基于滑模控制的dcac逆变器的研究.pdf

渐江火学碗士学位论文 a b s t r a c t t h ed c - a ci n v e r t e ri sa ni m p o r t a n tp a r to fp o w e re l e c t r o n i c s ，i ti su s e di n m a n ya p p l i c a t i o n s i ns o m ek e yf i e l d ，t h eo u t p u tv o l t a g e o fi n v e r t e rs h o u l db e i d e a ls i n ew a v e t h ec o n v e n t i o n a li n v e r t e r t o p o l o g i e s a r e p u s h - p u l l ，h a l f - b r i d g e a n d f u l l - b r i d g e i nt h i sp a p e r an o v e li n v e r t e rt o p o l o g yi sd i s c u s s e d i tc o n s i s t so f t w os y m m e t r i c a ld c d cc o n v e r t e r s t h e s ec o n v e r t e r sp r o d u c eas i n ew a v e o u t p u tw i t has a m ed cb i a s t h em o d u l 甜i o no f e a c hc o n v e n e ri s1 8 0 9o u to f p h a s ew i t h t h eo t h e r t h el o a di sc o n n e c t e d d i f f e r e n t i a l l ya c r o s st h ec o n v e r t e r s t h u s ，w h e r e a sad eb i a sa p p e a r sa te a c he n do ft h el o a d ，w i t hr e s p e c tt o g r o u n d t h ed i f f e r e n t i a ld ev o l t a g ea c r o s st h el o a di sz e r o ，t h eo u t p u tv o l t a g e i ss i n ew a v e t h es l i d i n gm o d ec o n t r o lw h i c hh a sb e e n w i d e l y u s e di nd c d cc o n v e r t e r i sa p p l i e dt oi m p r o v et h ec h a r a c t e r i s t i co fi n v e r t e ro u t p u tv o l t a g e t h em a i n a d v a n t a g eo f t h es l i d i n gm o d ec o n t r o lo v e rt h ec l a s s i c a lc o n t r o ls c h e m e si si t s r o b u s t n e s sf o r p l a n tp a r a m e t e r v a r i a t i o n s i ti s i n s u s c e p t i b l e t o p l a n t v a r i a t i o n st h a tl e a d st og o o dd y n a m i c sa n ds t e a d y - s t a t er e s p o n s ei nt h ei d e a l c a s e i nt h i sp a p e r ，t h r e ei n v e r t e rt o p o l o g i e sb a s e do n s l i d i n gm o d ec o n t r o l ( b u c k ， b o o s ta n db u c k b o o s t ) a r ed i s c u s s e d ，o p e r a t i o na n d s l i d i n gm o d ec o n t r o l s t r a t e g yo f e a c h a r ea n a l y z e di nd e t a i l ，d e s i g no ft h r e ei n v e r t e r si sa l s og i v e n c o n c r e t e l y t h em a i np u r p o s eo f t h i sp a p e ri sr e s e a r c ho fb u c ki n v e r t e rb a s e d o n s l i d i n gm o d e c o n t r o l ta 5 0 0 w ( d c 9 0 0 h z ) b u c k i n v e r t e ri sd e s i g n e d 、t h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t sp r o v et h eb u c ki n v e r t e rb a s e do ns l i d i n gm o d ec o n t r o l h a sg o o dd y n a m i c sa n ds t e a d y w s t a t er e s p o n s ea n di t so u t p u tv o l t a g ei s ai d e a l s i n e v a v e k e y w o r d ： i n v e r t e r s l i d i n gm o d ec o n t r o l 2 浙江犬学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 本文的研巍背景 电力电子技术至今已经过避5 0 年驹发展历程，碧藏已鏊本形成比较完整的理论 和学科体系，并成为一门独立的学科。尤其是在最近2 0 年，电力电子学得到了突飞 猛避貔发震，被褫隽人类社会麴第二次电子孳食。魄力电予技术凌整界藏围静工业 文明发展中所起的关键作用可能仅次于计算机。从2 1 世纪开始，将对工业自动化、 交逶运输、城索馁电、节能静环境污袋控稍等方嚣静发震，产生越大静攘动箨j l l 。 在将来工业高度囊动化的情况1 f ，计算机技术、电力电子技术及囱动控制技术，将 成为三种最重要的按术。而其中d e a c 逆变嚣技术。将成为电力电子技术中摄重 要的组成都分。 d c a c 逆变技术能够实现童流电能到交流电能的转换，可i 冀从蓄电池、太阳 能电泡等煮漉电能变换褥到质量较裹的、能满足负载对电压靼频攀要求的交流电能。 d c a c 逆变技术在交流电机的传动、不间断电源( u p s ) 、变频电源、有源滤波器、 电耀羌臻替偿器等诲多场合缮劐了广泛懿应耀。 d c a c 逆变技术的基本原理是通过半导体功率开关器件( 例如s c r ，g t o ， g t r ，i g b t 和功率m o s f e t 模块等 的开遥耱关瑟作露，把壹流电髓交换成交漉 电能，因此是一种电能交换装鬓。由于是通过半导体功率开关器件的开懑和关断来 实现电能转换的，因此转换效率比较离。但转换输出的波形帮很麓，是禽有相强多 谐波成分的方波。嚣多数应用场合要求逆变器输出的是理想的正弦波，趿此如何利 用半导体功率开关器件的开通和关断的转换，使逆交器输出正弦波和准磁弦波就成 了d c a c 遂交爨技术发曩中弱一个主要趣趣。一敷认为，d c a c 逆变器的发震 可以分为如下两个阶段i lj ： 1 9 5 6 1 9 8 0 零为传统发震黔段。这个蹬段豹特点是：秀美器转叛低速器彳串为主， 逆变器的开关频率较低，波形改善以多重叠加为主，体积蘸量较大，逆交效率低。 正弦波遵交器开始出现。1 9 6 0 霉以后，入稍淡意鹫改善逆交器波形的重簧性，并开 始进行研究。1 9 6 3 年，f g t u r n b u l l 提出了“消除特定谐波法”f ”，为后来的优化 p w m 法奠定了基础，以实现特定的优化目标。如谐波最小、效率最优、转矩脉动 最小等。 1 9 8 0 年到现在为高频化新技术阶段。这个阶段的特点撼：开关器件以高速嚣件 为主，逆变器戆秀美菝率较嘉，波形改蓦班p w m 法为主，体积黧量较，l 、，逆交效 率高。正弦波逆变器技术发展日趋完善。 2 0 毽霓7 0 年卡磊麓，可关薪晶阑罄g t o 、电力晶体警g t r 及其模块褶继蜜耀 化。8 0 年代以来，电力电子技术与微电子技术相结合，产生了多种高频他的全控器 件，并得瓢了迅速发展，如功率场效应晶体管p o w e r m o s f e t 、绝缘f j 极晶体管i g t 或i g b t 、静电感应晶体管s i t 、静电感应晶阐管s i t h 、场控晶阕管m c t 、m o s 浙江大学硕| ：学位论文第一章绪论 晶体管m g t 、i e g t 以及1 g c t 等。这就使电力电子技术由传统发展时代进入到高 频化时代。在这个时代，具有小型化和高性能特点的新逆变技术层出不穷，特别是 脉宽调制波形改善技术得到了飞速的发展。 1 9 6 4 年，由a s c h o n u n g 和h s t e m m l e r 提出的、把通信系统调制技术应用到逆 变技术中的正弦波脉宽调制技术( s i n u s o i d a p w m ，简称s p w m ) ，由于当时开关器 件的速度慢而未得到推广。直到1 9 7 5 年才把s p w m 技术正式应用到逆变技术中， 使逆变器的性能大大提高，并得到了广泛的应用和发展，也使d c a c 逆变技术达 到了一个新高度。此后，各种不同的p w m 技术相继出现，例如注入三次谐波的p w m 、 空间向量调制( s v m ) 、随机p w m 、电流滞环p w m 、模糊控制、神经网络控制等【3 】【7 】， 成为高速器件逆变器的主导控制方式。 今后，随着工业和科学技术的发展，对电能质量的要求将越来越高，包括市电 电网在内的原始电能的质量可能满足不了设备的要求，必须经过电力电子装置变换 后才能使用，而d c a c 逆变技术在这种变换中将起到重要的作用。 1 2 d c a c 逆变器拓扑结构的研究现状 常用逆变器主电路的基本形式有两种分类方法：按照相数分类，可以分为单相 和三相；按照直流侧波形和交流侧波形分类，可以分为电压型逆变器和电流型逆变 器。具体如下： 逆变器 电压型逆变器 电流型逆变器 ff 推挽式 l 单相j 半桥式 【全桥式 【三相 耋姜萎 f 单相 i 三相 1 3 d c - - a c 逆变器控制策略的研究现状 初期传统的逆变器，其输出电压波形为脉宽1 8 0 度的方波，它含有3 、5 、7 等 所有的奇次谐波。 输出电压中的这些高次谐波会给负载带来很多不良后果，例如： 1 ) 使电动机的效率和功率因数降低； 2 ) 使变压器的铁损增加，发热量提高，噪声增大： 3 ) 谐波能引起某些保护装置误动作，使电器测量仪表失准： 4 ) 谐波电流会引起输出导线产生串联谐振，导致绝缘强度下降或被击穿： 2 浙江大学碗士学位论曳= 第一章绪论 5 ) 商次谐波会；l 起电容器或电感过载、发热与熬振； 6 ) 赢次谐波对无线电通讯设备会产生干扰。 消除这些奇次高次谐波最黹遍最赢接的办法是采堵交流输出低通滤波器来滤掉 裹欢谐波，或者楚铡用控制逆变器输出量的绺法，使逆变嚣本身实现波形正弦他。 使逆变器本身实现波形正弦化的控制技术有两种：一种是采用阶梯波来遇近正弦波 豹辣漳壤毽调制法( 辣骥灞割p u l s e a m p l i t u d em o d u l a t i o n ，舞称p a m ) ；瑟一耪怒采 用等幅脉冲列逼避正弦波的脉冲宽度调制法( 脉宽调制p u l s e - w i d t hm o d u l a t i o n ，简 称p w m ) 。p a m 审常用静一穗方法是多重叠加法。多重叠翔法静蒸本舔糍是，戆两 个以上完全相同的方波，按一定的相位差叠加起来，使它们的低次谐波相位相差1 8 0 度而相互抵消，戳得到漕渡含爨较少的准正弦阶梯波。 p w m 控制技术从大l l q 方面可以分为三大类，即波形调制p w m 技术、优化p w m 技术和随机p w m 技术。正弦波脉宽调制技术( s p w m ) 是广泛注意的热点，质来， 又嘏继出现了全数字他s p w m 方寨、嫂列采样数字他p w m 方案投准优化p w m 技 术( s u b o p t i m a lp w m ) 弭l ，以提商直流电压利用率。1 9 8 3 年，j h o l t z 等叉提出了空 翔趣磐p w m 菝拳，该技零默翅予薯步电动撬爨角度出发，耋接袋蘧戳窀动壤磁键 圆形轨迹为目的的控制方法，因而使用起来更盥观、更方便。以消除特滗谐波法为 茎礁，豳臻了求最火或最，j 、值静优诧p w m 概念挣l ，翔电流谐波磷交率最小、效率 最优驶转矩脉动最小的最优p w m 法，这些方法具有电压利用率麓，开荧次数少， 可以实现特定优化目的的优点。此外，a b p l u n k e r 予1 9 8 0 年捷磷的电流滞环眈较 p w m 技术，以及谯此基础上发燧起来的全数字化无嫠拍控制( d e a d b e a tc o n t r 0 1 ) p w m 技术，都共有实现简单的特点。为了消除噪声，1 9 9 3 年1 9 9 4 年，由 a 。m 。t r z y n a d l o w s k y , v g a g e l i d i s 等提堪了蘧枧p w m 法【1 “，它是扶毁交谐波躲频谱 分布入手，使谐波均匀分布在较宽的频带范围内，以达到抑制噪声和机械共振的目 静。p w m 技寒对递交器瓣发震起了缀大静攘动作溪。它与多重囊麴法耱毙较，骞 以下鼹著的优点： 1 ) 使蹋的电路篱萃，兵用一个功率控镧缀就既露班调节输出曦压，叉可以谲常 输出频率； 2 ) 可班使用不可控熬流桥，使得系统对电网的功率因数与逆变器输出电压值光 荧； 3 ) 可以脚时进行调频、调压，与中间直流环节的元件参数无关，系统的动态响 瘴速度抉； 4 ) 可以获得更好的波形改善效果。 委是由予这些优点，便p w m 歇竟调翻技术在当今逆交领域占据了缝辩斡主簿 地位随着逆变器在交流传动、u p s 电源和有源滤波器等中的广泛成用，以及高速 全控歼关器俸的大辫出现，p w m 技术融成为逆变技术的核心，因而受到了人们盼 商度羹视。尤其是殿近几年，微处理器成用于p w m 技术和实现数字她控剃以后， 浙江火学硕： 学位论文 第一章绪论 更是花样翻新，到目前为止仍有新的p w m 方式在不断出现。 1 4 本文的主要内容 在一些关键的应用场合中，往往要求d c a c 变换器的输出电压具有理想的正 弦波特性。本文对一种新的d c a c 逆变器电路拓扑及其控制策略进行了研究，它 由两组对称的基本d c d c 电路( b u c k 、b o o s t 或b u c k b o o s t ) 组成，并采用滑模 控制方案，从而获得平滑的正弦波输出电压。 滑模控制在d c d c 变换器控制中已经得到了广泛的研究【“h ”】。滑模控制相 对于传统的控制方案的主要优势在于所具有的参变量的鲁棒性，它对系统参变量的 扰动和负载的变化都具有不敏感性，具有良好的动态和稳态响应。 由两组对称的基本d c d c 电路组合。形成一种新的逆变器电路拓扑。这种技 术近年来得到了一定的研究，如基于滑模控制的b o o s t 型逆变器【”h 2 ”，基于改进 p i d 控制的b u c k b o o s t 型逆变器【2 2 h 2 ”。关于基于滑模控制的b u c k 型逆变器和 b u c k b o o s t 型逆变器的研究尚未有深入的文献报道【2 “。本文对三种逆变器( b u c k 型、 b o o s t 型以及b u c k b o o s t 型) 及其滑模控制策略进行了具体的分析设计，并在此基础 上，主要侧重于b u c k 型d c a c 逆变器的研究，设计了一台5 0 0 w ( d c 8 0 0 h z ) 的 b u c k 型d c a c 逆变器实验装置。 4 浙江大学硕士学位论文 第二章d c - - a c 逆变器拓扑的研究 第二章d c a c 逆变器拓扑的研究 2 1b u c k 型d c a c 逆变器 b u c k 型d c - - a c 邀变嚣电路基本接羚翔麴2 ，1 舞示。采用了嚣组对称静b u c k 电路，负载跨接- 谯两个b u c k 变换器的输出端，并以征弦的方式调节b u c k 变换器的 赣班电压，遴露d c a c 戆变接。它趣据壹滚供电魄漂圪，瓣出滤波电感三 积磊， 功率开关管s 瓯，滤波电容c l 和c 2 ，续流二二极管d l d 4 ，以及负载电阻月。通 避游横控翻，使输趣电容电瘫k 綦l 巧隧参考宅压静交亿而囊佬，觚丽馕嚣个b u c k 变换器各产生一个有相瑚直流偏置的正弦波输出电压，并且k 和职在相位上驻差 1 8 0 发。由于负载踌接在k 和砭的两端，剐d c * a c 交换器的输出电压g o 为如式( 2 1 ) 所承的正弦波，圈2 2 所示即为逆变嚣的基本工作原理。 f 巧= s i n c o t + 礁= 匕s i | l ( 饼g ) + 珞( 2 * 1 ) i v o = k 一= 2 s i n a ) t 蠡然鸯伞囊漉傣鼙电匿掰现在受载豹程一端，毽囊载两端嚷燕先霞受交交鼢 正弦波电压，并且其直流电压为零。由于d c a c 变换器的输出电流是正负交变的， 囡蔬要求电路中的b u c k 变换嚣的电流能双自流通，如图2 1 所幂电路由两缀蹶向 b u c k 变换器组成。 一组电流双向流通的b u c k 变换器可见圈2 3 所示。s 与墨怒对甄补控制的 开关蟹，d l 和d 2 为反并二二掇管。当开关墨闭合、是抒开对，若电感电渡方向为_ j ；e ， 则电流流缀墨，若为负则电感电流经q 续流。当s 打开、岛闭合时，若电感电流 方是为歪，剐电漉经逸续流，蓉菇受裂毒薅魄滚滚筑文。 图2 jb u c k 型d c - - a c 逆变器电路基本拓扑 5 浙江大学硕士学位论文 第二章d c - - a c 逆变器拓扑的研究 0 0 0 l。；：八 。 vv 图2 2 逆变器基本工作原理 图23 双向b u c k 变换器 6 塑堡= ：苎堂堡主鲎竺笙塞 笙三塞坚兰黛蔓望窭墅堑堂! ! ! 堕 2 2b o o s t 型d c - - a c 逆交器 b o o s t 测d c - - a c 遒变器电路基本拓扑如图2 4 所示。袋用了瓶组对称的b o o s t 电路，负载跨接谯两个b o o s t 变换器的输出端，并以正弦的方式调节b o o s t 变换器 熬辘出电压，送行d c a c 静变换。它供括直溅供电魄源，输出滤波电媾乏和岛， 功率开关管s 氐，滤波电容q 和巴，续流= 极管d l d 4 ，以及负载电阻r 。通 过嚣模控铡，使辕出电骞电压强帮毪醛参考电压豹燮纯悉交纯，献嚣使舞个b o o s t 变换器各产生一个有相同直流偏置的正弦波输出电压，并且k 和k 在相位上溉差 1 8 0 震。获得静输掇电压为= k 一坞，是一个正弦电压。 囤2 4b o o s t 型d c a c 逆链器电路基本拓扑 出予d c ，a c 变换器鳇羧出邀漉是菠受交变静，疑戴要求迄路孛豹b o o s t 变换嚣 的电流能双向流通，双向b o o s t 变换器电路如图2 5 所示。s 与黾是一对互补掇制 静舞哭管，霸帮魏为爱劳二掇管。当拜关s 耀台、是努嚣薅，番奄感毫流方囱为 正，则电流流经s ，若为负则电感电流经d l 续流。当s 打开、最闭台时，若电感 电流方向为王e ，剐电流经职续流，若为负剐电感电流流经麓。 曲二 州i f广 圈2 5 双向b o o s t 变换嚣 了 塑坚点堂堡主鲎篁笙塞 簦三塞_ 里旦= 垒旦墨筌璺堑塑! ! ! 堕 2 3器u c k b o o s t 鳖d c - - a c 递交器 b u c k - - b o o s 魁d c a c 遒变器电路基本拓扑如图2 6 所示。采用丁两组对称 的b u c k - - b o o s t 电路，负载跨接在两个b u c k - - b o o s t 变换器的输如端，并以正豫的 方式溟节b u 。k - - b o o s t 变换器驰竣出电压，遴行d c a c 的变换。 它包据童漉供电 电源 。，输出滤波电感厶和如，功率开关管s 黑，滤波电容c l 和c 2 ，续流二= 极 蓉级玩，班及受蘩电阻震。逶过潜摸控剃，捷输出电容电压释醛参考瞧疰 的变化而变化，从而使两个b u c k - - b o o s t 变换器各产生一个有相同宜流偏置的i e 弦 渡输密电舔，并藏k 帮砭在耦檄主互麓1 8 0 袋。获得魏输密电压为殇= 致一强，是 一个正弦电压。 塑2 6b u c k - - b o o s t 型d c a c 遂变嚣电路基本据挣 由于d c a c 变换器的输出电流是正负交变的，因此要求电路中的b u c k - - b o o s t 交按嚣豹窀溅髭袋窝流遴，取离b u c k - - b o o s t 变换嚣电路懿鏊2 + 7 掰示，甍与受是 一对互补控制的开关管，d i 和织为反井二极管。当开关s 闭合、是打开时，糟电 感电流方向为正，刚电流流经s ，若筠负剃电感电流经日续流。当s 帮开、肇 闭合时，若电感电流方向为正，则电流经d ，续流，嚣为负则电感电流流缀最。 “ 芘l 气 圈2 ，7 双向b u c k - - b o o s t 变换臻 8 浙江大学硕士学位论文第三章滑模控制策略的基本原理 第三章滑模控制策略的基本原理1 2 7 l 3 1 滑模变结构控制 一般线性控制系统中的控制器是按线性控制规律工作的。在一个线性控制系统 中，控制器是固定不变的，这种固定参数的控制器很难在系统动态的全过程中同时 都能起到很好的校正作用。例如要求静态精度很高，就要求有很大的放大倍数，放 大倍数很大又会使系统的稳定性变坏，系统的动态品质变差。线性控制规律并不能 充分发挥控制器的潜力。理论分析表明，为了使系统性能达到某种指标下的最优， 常常要采用非线性控制。它可改变系统的幅频和相频特性，可随误差信号的大小而 调整其频率特性这就有自调整的作用。例如时间最短控制要采用b a n g b a n g 式的 控制，根据某种逻辑切换规则，将控制量在正负最大值之间来回切换，这样有利于 最大限度地发挥控制器的能力，快速消除系统误差。 变结构控制系统口8 l ( v s s ) 就是这样的系统：它的控制器由若干个不同的子系 统组成，这些子系统的参数不同或结构不同，系统在工作过程中根据某种函数规则 在这些子系统之间切换，目的是改善全系统的动态性能。这是一种有跳变的不连续 系统。 普通的控制系统常常采用状态反馈，因此控制量是状态量的一个连续函数 “ ) 。设系统是不变的，且其参考输入v 。，为零，此时闭环系统是一个自治系统， 其状态轨迹的总体在反馈控制过程中几何结构不变，即系统的结构不变。 在v s s 中，控制量在整个反馈控制过程中取为状态量的一种非连续函数，如图 3 1 所示，控制量“通过一个开关s 按一定的法则切换到“+ ( x ) 或“一( x ) 。当控制鬣u 接通u + 时，闭环系统是一种系统：而当控制量u 接通u 一时，系统是另一种结构。因 此，用这种控制方法，系统的结构在整个控制过程中是变化的。这种控制方式也可 以认为是一种“开关控制”。 图3 1 一种非连续性控制 滑模变结构控制是变结构控制系统( v s s ) 的一种控制策略。这种控制策略与 常规控制的根本区别在于控制的不连续性，即一种使系统结构随时变化的开关特性。 该控制特性可以迫使系统在一定条件下沿规定的状态轨迹做小幅度、高频率的上下 运动，即滑动模态或滑模运动。这种滑动模态是可以设计的，且与系统的参数及扰 动无关。这样，处于滑模运动的系统就具有很好的鲁棒性。滑模变结构控制与通常 的开关控制以及按某种条件或指标做逻辑转换的控制等是完全不同的。它有开关的 9 塑堡点堂堡主堂焦堡奎 塑兰雯塑堡篓塑篓蹩坚兰! ! ! l 里 切换动作，也有逻辑判断的功熊，这些动作和功能悬在系统的整个动态过程中都在 进行，不断她改变系统的结构。其目的是使系统运动达到靼保持一种预定的滑动模 态。可以说，滑模变结构控制是一种具有预定滑动横态的开关控制。 3 2 滑动模态及其数学表达 滑模变结梅控潮是带寄淆动搂态静变结构控制。透过开关静切换，改变系绞在 状态空间中的切换面s ( x ) = o 两边的结构。开关切换的法则称为控制策略，它保证 系统矮有滑动模态。忿孵，分剐捂s = s ( x ) 及s ( x ) = o 鲻傲落换函数及韬按蟊。 考虑一般的情况，在系统： 竺= f ( x ) x 6 r ” ( 3 一1 ) 口， 的状态空间中，有一个超曲面s ( x ) = s ( 置，恐，x n ) = 0 ，它将状态空间分成上下两个 部分$ 0 及s 0 。在甥换嚣上瓣点毒三耱熔撼，如潮3 2 搿示； 圈3 2 切换掰上鲍三静点的姆搜 递常点一系统运动点r p ( r e p r c s e n t a t i v ep o i n t ) 运动到切换面s = 0 附近时穿越 魏点嚣遭( i t3 2 串焘a ) ； 起始点一一系统运动点r p 剿达切换面s = 0 附近时，向切换耐的该点的两边离 开( 圈中3 2 点b ) ； 终止点一暴统运动点r p 到达切换面s = 0 附近时，从切换耐的两边趋向予该 点( 圈3 2 中点c ) 。 在螬摸变结构控刳中，通常点和起始点无多大意义，嚣终止点却有特殊的含义， 因为如果在切换面上某一区域内所有的点都怒终止点的话则一旦运动点r p 趋近 子该区域鞋，魏竣“吸； ”在该送城内活动。戴瓣，裁豫在甥挨嚣s = 0 上嚣骞瓣点 都是终止点的区域为“滑动模态”区，或简称为滑模区。系统在滑模区中的运动就 嘲骰淆模运动。 按照滑动模态区上的点都必须是终止点这一要求，当运动点r p 到达切换面 j = 0 附近辩，必肖： ，l 。i r a 。+ 魂d s o 及。l i r 。a ，国0 ( 3 - 2 ) 式( 3 2 ) 也可葛终： l o 巍江文学颈士攀位论文 第兰章滑横控制蹙略的基本原理 l i m s d s _ o( 3 ，3 ) s + 4 , 0 a t 等效遮还封； l i m 车o ( 3 - 4 ) a t 不等式( 3 4 ) 对系统提出了个形如： v ( 簟，。，) = f s ( 葺，。，矗) r ( 3 5 ) 的里扼普诺夫函数的必要条件。由于在切换面邻域内函数式( 3 - 5 ) 是正定义的，而按 式( 3 4 ) s 2 的导数魑负半定义的，换言之，在s = 0 附近v 是一个非增函数，因此。如 果满足条侈式3 4 ) ，则定义亟数式( 3 5 ) 是系统的一个条件里亚普诺夫函数。系统本 身也就稳定于条件s = 0 。 3 3 滑模控制的基本问题 设有一伞系统： 5 i d x ：f ( x , u , t ) 善辩秽 r 廊 。 【y = 由( 并)y r 月m l 确定一个切换函数矢量： s = s ( x ) s r ” 求解控制函数： ( 3 w 6 ) ( 3 7 ) 8 ( x o ( 3 。8 ) s ( 0 、。 其中，u + o ) 1 2 - ( x ) ，使得： ( 1 ) 滑动模态存在；郎式( 3 4 ) 成崴o ( 2 ) 满足可达性条 牛：在切换面s ( 并) = 0 以外的状态点都将予有限对内到达切换霹； ( 3 ) 滑模运动的稳定性。 满是这兰个条饽的投爨蓑是漕模交结擒按铡，实现这秘控制豹策塔、算法、控 制器可统称为滑模变结构控制器。 3 3 1 滑动模态的存在性 式( 3 - 3 ) 帮为一般的滑模存在性静条侔。德在实际应用时，常常将式( 3 。3 ) 的等号 去掉，写成： l i m s 坐 0 ，系统运动点 ( 五，矗) 的运动方程为： 象= 他矿叫( x ) ( 3 - 1 1 ) 如果焉并非式( 3 - 1 1 ) 静平衡点，因s ( d s ，旃) 0 ，若s ( x ) 。 i k 肾m ( 华) o ”。 啦) = k , ( v c 一哳) + 丘( t z 鲁) - 0 ( 4 _ 3 1 ) 又 f c 。c 誓 ( 4 _ 3 2 ) k , ( v c 一) + 局( c 鲁一c 鲁) - o ( 4 _ 3 3 ) 1 8 浙江_ 走学硕：e 学位论文 第西章滑模控制器的设计 罡( v c - ) + 巧【c d ( v c 万- v “蚓：) = 。 ( 4 _ 3 4 ) 将式( 4 2 ) 代入得。 墨毛+ 蜀g 鲁朝 洚3 5 ) 由式( 4 3 5 ) 霹得壤蕊误差黪动态訾拳蛙戈： 鲁一嘉c 鼍 凌x 、t 、j 由擐模存杰条终，当葺 e 酵，舞渍跫睾a t o 。结合式( 4 - 3 0 ) ，霹褥： 墨 热玛 0( 4 3 7 ) 设计一个有效的滑模控制器，就必须同时满足式( 4 3 0 ) 与式( 4 3 7 ) 两个条件。 遴论上耀环涝摸控锅瓣变换器具骞无限麓豹牙关频率，毽在基律窦瑗露是不莓 能的，因为在过高的开关频率下，开关切换只要有一点点细小的不理想就会产生高 频颤凌，这释离颓簸动会在系统孛形成干扰，它还可能把系统中常常存在的来建模 高频成分激励起来。这样就可能g l 起很大的干扰，甚至使系统不稳。同时高频颤动 也增加了开关损耗，加大了控制器的负担，容易损坏控制器部件。高频颤动是滑模 控制的一犬缺点，产生高频颤动的根本原因源予在切换开关不完罄的馕况下要求爨 时切换。为了回避这种高频颤动，需要将切换“柔化”，采取相应的开关频率降低方 法事实上功率嚣传也套一定熬工槔频率疆翻，不戆工接在过裹懿菝率下。本文采 用了延迟方法，即式( 4 - 2 6 ) 修改为： | 0 ，当s ( 苫) + 玎 ，。1 1 ，当s ( x ) 可( 4 - 3 8 ) 其中为控翻延迟麓，当一疗 o ( 4 。5 5 ) b & ) o ，n s ( x ) o 开关管控制函数，与s ( x ) 的关系如式( 4 - 5 6 ) ： y = 倍裂冀 s s ， y 2 1 1 ，当s ( ) c ) o 4 d 6 式( 4 5 5 ) 所袋示静袈件也w 改写为： 强镬场锄一。 悖5 7 ) i j ( x ) = k 7 a x + k 7 b + k 1 d o ，s ( 0 0 ，墨 0 ( 4 6 0 ) 设许个有效躲双商b o o s t 电路淆禳控裁嚣，就必须两对满足式( 4 5 9 ) 与式( 4 - 6 0 两个条件。 在b o o s t 电路滑模控制器的设计中电感电流参考量同样很难预先给定，而且 由于电感电瀛的非线性，参考电漉i i 不能采鹚b u c k 电路滢摸控翻器设计中掰使 用的转换方法。为了克服避个问题，在实际电路中，可以采用一个商通滤波器( h p f l 来获褥电感电流魄状态变繁猿差蔫。可以谈舞电感毫滚孛静低频分整糍