电力电子变换器中滑模变结构控制技术研究

目前,电力电子变换器大部分采用线性化控制技术,PID控制系统对系统参数的变化比较敏感,当负载大范围变化,特别是带非线性负载时,开关变换器有动态响应速度慢、输出波形有畸变等缺点。近年来,在电力电子变换器领域,为进一步提高变换器各种性能,各种先进控制策略以其优良的特性得到广泛的研究。滑模变结构控制是一种非线性控制理论,对电力电子开关变换器非线性特质具有天然的适用性,采用滑模变结构控制的变换器具有稳定范围宽、动态响应快、鲁棒性强、控制实现简单等优点,成为研究的热点。 本文对滑模变结构控制在电力电子变换器中的应用做了深入细致的研究,系统分析了Buck变换器、Buck型组合式逆变器、全桥逆变器的滑模变结构控制策略应用问题;介绍一般设计步骤,分析参数选择依据和系统性能优化等问题;利用相平面、等效控制量等方法研究系统的动态响应过程、滑模运动区域和逆变稳定输出范围等问题;考虑实际系统中的非理想因素,本文对系统寄生参数(ESR)、控制环路延迟、稳态误差、滞环宽度等因素做了深入的分析;对DCM状态运行的多状态滑模变结构控制系统进行分析;为实现定频滑模变结构控制,本文提出基于给定三角波的滑模变结构控制(SMC-RTW),包括RTW环路和SMC环路;以Buck变换器和Buck型逆变器为例介绍SMC-RTW控制的特点和实现方法;分析了SMC-RTW控制系统参数选取对系统性能和稳定性的影响。 最后,通过实验,验证了所提出的方法和分析结果。