開關電源無模型控制的研究

1、引言
　　
隨著電力電子技術的高速發展，電力電子設備與人們的工作、生活的關系日益密切，而電子設備都離不開可靠的電源。開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關晶體管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。開關電源控制部分絕大多數是按照模擬信號來設計和工作的，缺點是抗干擾能力很差。由于計算機控制技術突飛猛進地發展，數字信號的處理和控制顯示出了明顯的優勢：便于計算機處理和控制，設計的靈活性大大提高，軟件調試方便等，出現了PID控制。

它使開關電源向數字化、智能化、多功能化方向發展。這無疑提高了開關電源的性能和可靠性。但由于開關電源本身是一個非線性的對象，其精確模型的建立是相當困難的，常采用近似處理，并且其供電系統和負載變化具有不確定性，所以采用上述模擬或數字PID控制方法常常難以使PID調節器的參數隨之變化，控制效果不理想。近來發展起來的無模型控制是前景廣闊的控制方法。它不依賴被控對象的數學模型，集建模與控制一體化，這對于一些復雜可變的或結構不確定難以用準確的數學模型描述的系統而言是非常適宜的，改進了開關電源的控制系統，不僅滿足開關電源的高性能和高可靠性的要求。

2、開關電源的工作原理
　　
本開關電源原理框圖如圖1所示。電網電壓通過輸入回路中的整流器和濾波器轉換為直流電壓輸入高頻變換器，高頻變換器則把輸入的直流電壓轉變為高頻脈沖方波電壓，該脈沖方波通過輸出回路中的高頻整流器和濾波器變成直流電壓供給負載。

圖1 開關電源工作原理

以微型計算機為核心的控制回路，在控制軟件的支持下對開關電源的輸出電壓、電流采樣，并與給定的數據進行比較，然后去調整和控制逆變器， 改變MOSFET管的導通頻率或導通／截止時間以穩定輸出，并監測開關電源的工作狀態。

3、開關電源硬件系統組成
　　
開關電源的控制系統可以根據項目的實際情況選擇不同的微處理器。其組成原理框圖如圖2所示。上電/復位電路給微處理器提供穩定的電源和復位功能。輸出電壓反饋用來調節輸出電壓值，保持輸出電壓的穩定，電流反饋電路與電壓反饋功能相似。數碼管顯示電路和鍵盤輸入電路實現人機交互的功能。PWM輸出驅動電路輸出脈沖來控制開關管的開通和關斷，當輸出電壓高于要求電壓時，輸出脈沖的寬度就減小，從而減小輸出電壓；當輸出電壓低于要求電壓時，輸出脈沖的寬度就增大，從而增大輸出電壓。

圖2