Buck直流變換器的滑模變結構控制研究

滑模變結構控制VSS(Variable-Structure Control System with sliding Modes)，是一種非線性理論，對具有不確定動態特性的非線性系統而言，這種控制策略能使系統沿設計的“滑動模態”軌跡運動。該結構具有算法簡單、對模型要求低、閉環系統對干擾信號以及控制對象本身的攝動魯棒性強等特點[1]。近十年來，已得到控制界的廣泛關注及實際應用[2]。
電力電子開關變換器的電路本質是離散、耦合的、動態的非線性系統，現在大部分開關變換器采用線性化的控制技術，控制規律采用PI控制。但PI控制對系統參數變化比較敏感，特別是開關變換器帶非線性負載時響應速度慢，波形易發生畸變[3]。隨著人們對開關變換器性能的要求逐漸提高，非線性系統的線性控制難以滿足要求。而滑模變結構控制對開關變換器非線性具有天然的適用性。因此，本文以Buck變換器為研究對象，利用滑模變結構理論對其進行控制分析。其分析方法也可推廣到其他開關變換器中。
1 VSS的基本問題
要實現VSS，必須滿足以下條件[1]：

VSS的動態響應可分為正常運動段和滑模運動段。因此VSS的設計主要包括兩方面內容:選擇合適的滑模面s(x)；尋找合理的控制函數u⁺(x)和u^-(x)。
2 Buck變換器的VSS分析
2.1 Buck變換器的基本拓撲結構
圖1為Buck變換器的拓撲圖，根據全控型電力電子器件的導通與否，系統具有兩種工作模式，即電感電流連續模式及電流斷續模式[4]。本文以電感電流工作在連續模式下，分析其工作過程。假設各電子元器件均為理想器件,取x1=iL,x2=uo，則Buck變換器的狀態空間方程為：