基于VISSIM的BUCK變換器滑�？刂�
楊國超，紀(jì)志成
(江南大學(xué)，江蘇無錫214122)
摘要：根據(jù)Dc／Dc變換器的基本原理，基于V1ssIM建立了BucK變換器的仿真模型，采用雙滑模面控制方法，內(nèi)環(huán)滑模面用于電流控制環(huán)，外環(huán)滑模面用于電壓控制環(huán)，并將仿真結(jié)果與PI控制方式相比較。仿真結(jié)果表明了滑�？刂频膬�(yōu)越性，為研究BucK變換器的滑模控制提供了新方法，也為進(jìn)一步研究其它Dc／Dc變換器的滑模控制提供了新思路。
O引 言
Dc／Dc變換器分為PwM型和諧振型。本文采用PwM型BucK變換器，即通過改變占空比來調(diào)節(jié)變換器。
目前，對(duì)于BucK變換器的閉環(huán)控制方法，主要有電壓型和電流型。電壓型采用輸出電壓單環(huán)控制，而電流型采用電感電流和輸出電壓雙環(huán)控制，能從電路中獲得更多的信息，控制效果較好。
對(duì)于電流型雙環(huán)控制，可用的控制器很多，最基本的有PI控制器、模糊控制器、滑�？刂破�。在這三種控制器中，PI控制器結(jié)構(gòu)******，但受外界擾動(dòng)影響較大；模糊控制器需設(shè)計(jì)模糊規(guī)則表，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；滑�？刂凭哂泻軓�(qiáng)的魯棒性，幾乎不受外界擾動(dòng)的影響，控制效果好，而E}控制器設(shè)計(jì)相對(duì)模糊控制較簡單。
而對(duì)于BucK變換器的滑�？刂疲话惴譃闀r(shí)不變和時(shí)變兩種滑模面。其中，時(shí)變滑模面是將變換器參數(shù)的變化引入到切換面，根據(jù)變換器參數(shù)的變化不斷修正切換面，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；而時(shí)不變滑模面需在設(shè)計(jì)時(shí)確定滑模面的系數(shù)。
綜合比較各種控制方法，本文采用時(shí)不變滑模面的控制方法。VIssIM是一種功能強(qiáng)大的電力電子和自動(dòng)控制建模和仿真軟件，該軟件能夠提供友好的用戶界面，并包含有豐富的控制元件庫和強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算模型，還可將其它仿真軟件中的元器件容易地轉(zhuǎn)化為通用數(shù)學(xué)模型，更能夠與c++、DsP和集成的Matlah模塊共享。通過用VIssIM建立BucK變換器的滑�？刂颇Ｐ停蓪⒒？刂埔腚娏﹄娮娱_關(guān)控制領(lǐng)域，為實(shí)際開關(guān)控制的設(shè)計(jì)提供了新思路。
1 BuCK變換器的數(shù)學(xué)模型
BucK變換器原理圖如圖l所示。
取電感電流i和電容電壓v為狀態(tài)變量，應(yīng)用KvL和KcL(基爾霍夫電壓和電流定律)，可得開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的微分方程：
同理，可得出開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的微分方程為：
式(I)、式(2)合并可表示為：
式中：Vs為電源電壓，L為電感值，c為電容值，R為電阻值，f為開關(guān)頻率，u為控制率，u=l時(shí)，開關(guān)管開通；u=O時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷。
通過轉(zhuǎn)換并用標(biāo)準(zhǔn)化方法τ=ft，可得如下模型：
2雙閉環(huán)控制
圖2為BucK變換器電流型雙閉環(huán)控制原理圖，BucK變換器的輸出電壓參考值與實(shí)際值的偏差通過電壓控制器得到電感電流的期望值，該值經(jīng)過電流控制器與電感電流實(shí)際值相比較產(chǎn)生誤差值，再通過開關(guān)控制器產(chǎn)生BucK變換器開關(guān)管的控制信號(hào)，調(diào)節(jié)電感電流和輸出電壓值，最終使電感電流和輸出電壓值均趨于穩(wěn)態(tài)值。
在傳統(tǒng)的電流型雙閉環(huán)控制中，電壓控制器采用PI或PID調(diào)節(jié)器，電流控制器即為一個(gè)減法器和增益環(huán)節(jié)。開關(guān)控制器一般選擇PwM或滯環(huán)控制器。
3滑�？刂�
20世紀(jì)60年代，前蘇聯(lián)學(xué)者s．V．Emelvanov，v．I．utkin等提出了變結(jié)構(gòu)控制(以下簡稱Vsc)方法，Vsc與常規(guī)控制系統(tǒng)的不同之處在于系統(tǒng)的“結(jié)構(gòu)”可以在瞬變過程中，根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)(偏差及其各階導(dǎo)數(shù)等)，以躍變方式，有目的的變化，迫使系統(tǒng)沿預(yù)定的滑動(dòng)模態(tài)運(yùn)動(dòng)。由于其滑動(dòng)模態(tài)具有對(duì)干擾與攝動(dòng)的不變性，這使得Vsc具有快速響應(yīng)、對(duì)參數(shù)及外界擾動(dòng)不靈敏、無需系統(tǒng)在線辨識(shí)、物理實(shí)現(xiàn)簡單等優(yōu)點(diǎn)，20世紀(jì)80年代以后逐漸受到重視。
一般的滑�？刂瓢ɑＣ嬖O(shè)計(jì)和控制率設(shè)計(jì)兩部分，但對(duì)于BucK變換器，其控制率u只能取0或l，故對(duì)其滑模控制設(shè)計(jì)主要集中在滑模面設(shè)計(jì)上，而對(duì)于滑模面設(shè)計(jì)，有單滑模面0和雙滑模面兩種方法，用單滑模面方法波形會(huì)有較大的 |
