滑模控制在BUCK變換器中的應用

范昭君

摘 要：本文設計雙積分滑模控制器是基于CCM模式下Buck變換器，首先計算出該方法的滑模可達性條件及其控制器方程，并論述了該種方法的穩定性，最后采用SIMULINK對該控制器在Buck電路中的應用進行了仿真，證明該方法具有良好的動態性能、魯棒性。

關鍵詞：雙積分滑模控制;Buck變換器;CCM;SIMULINK

目前，PID控制技術是電力電子變換器的主要控制方法，但該方法有以下幾點不足：1）對系統參數的變化比較敏感，2）當負載大范圍變化時，開關變換器動態響應速度慢、輸出波形有畸變等缺點[1]。最近幾年，為了提高變換器的各項性能，在電力電子變換器領域掀起了研究各種先進控制策略的風潮。電力電子開關變換器是非線性的，滑模控制是非線性控制器，他們具有天然的適用性，采用滑模控制的變換器具有魯棒性強、動態響應速度快、控制實現簡單等一系列優點，因此成為研究的熱點。

1 BUCK 變換器的組成及基本原理

1.1 BUCK 變換器組成

BUCK 變換器是由MOSFET，二極管D，電感L，電容C等元件組成，該電路主要實現直流電壓Us 到直流電壓Uo的轉換[2]。

1.2 BUCK變換器的工作原理

在CCM下運行的BUCK變換器，即輸出電感L的電流在整個開關管Sw關斷周期中都存在。調節開關器件Sw的通斷周期，可以調整負載側輸出電流和電壓的大小[3，4]。

負載側輸出電壓的平均值為：

2 間接滑模控制的BUCK變換器的設計

由于傳統的滑模控制為了限制開關頻率會采用滯環控制，但因此也會造成穩態誤差。為了解決這一問題，引入積分滑模控制器。被控變量為電壓誤差信號x1，電壓信號的變化率x2，電壓誤差的積分x3，電壓誤差的雙積分x4，它們可以表示為：

3 仿真結果

為驗證控制系統的可靠性，對于BUCK變換器的參數為下，輸入電壓值為24V，輸出電壓值為12V，MOSET的開關頻率為20KHZ，電阻阻值為3歐姆，取L為50e-06H，C為4.36e-02F。

取參考電壓Vref為2.5V， =0.208，滑模系數 ， 所以，K1=0.327，K2=53.78，根據系統的抗干擾能力的強弱，經過仿真對比可得出：K3=2000（此時，系統的抗干擾能力最強）。

根據以上參數，可得以下仿真結果如下圖所示：

圖4? PID控制的BUCK變換器（a）

滑模控制的BUCK變換器（b）

圖5PID控制的BUCK變換器（a）

滑模控制的BUCK變換器（b）

根據仿真結果可得，滑模控制的BUCK變換器，系統的超調較小，調節時間較快，穩態誤差較小，大約穩定在11.5左右，而PID控制的BUCK變換器，系統的超調較大，調節時間較長，穩態誤差較大，輸出的電壓大約穩定在11.4左右。

4 結論

本文研究雙積分滑模控制在Buck變換器中的應用，由于傳統的滑模控制為了限制開關頻率會采用滯環控制，但因此也會造成穩態誤差。為了解決這一問題，引入積分滑模控制器，

最后通過SIMULINK對該控制器在Buck電路中的應用進行了仿真，證明該方法具有良好的動態性能、魯棒性。

參考文獻：

[1]劉斌.基于Buck型變換器的滑模變結構控制技術研究[D].浙江大學，2007.

[2]汪垚.一種基于滑模變結構控制的Buck變換器設計[J].農村經濟與科技，2018，29（16）：297-298+262.

[3]丁昱文，鄒海榮，丁家圣，周建達.DC-DC降壓變換器的滑模控制研究[J].信息技術，2017（06）：137-141.

[4]汪習成.帶恒功率負載的數字Buck變換器的研究[D].廣西大學，2017.