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基于滑模变结构的Buck开关电源双闭环控制策略研究

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基于滑模变结构的Buck开关电源双闭环控制策略研究

作者：储梦贤杭州电子科技大学

学位级别：硕士

能源需求问题带来了新能源市场的崛起和分布式电源系统的壮大,电源设计的思路也迅速向硬件体积小、变换效率高、动态耗能低等方向靠拢,开关电源因此得到广泛的应用。Buck开关电源作为其中的重要研究方向,有关其控制策略研究对电源品质... 详细信息

能源需求问题带来了新能源市场的崛起和分布式电源系统的壮大,电源设计的思路也迅速向硬件体积小、变换效率高、动态耗能低等方向靠拢,开关电源因此得到广泛的应用。Buck开关电源作为其中的重要研究方向,有关其控制策略研究对电源品质的提高具有重要意义。本文以连续导通模式下的Buck开关电源控制系统为研究对象,根据电路原理分析其开关管驱动信号与输出电压的函数关系以及系统非线性时变的特点,提出包含标称值和集总干扰项的控制模型。设计以滑模控制为外电压环,PID控制为内电流环的双闭环控制系统。针对传统滑模控制无法将趋近速度与控制品质相结合的缺点,提出一种新型分段设计的趋近率函数。设计了使用幂函数作为第一阶段增益,使用正切罚函数作为切换控制项第二阶段自适应增益,设计了一款罚函数自适应积分终端滑模控制器,保证Buck开关电源输出电压跟踪误差快速收敛。同时增益上界可以自适应调整抵抗电路偏差带来的滑模函数波动,摆脱大于干扰上界的固定增益带来的强抖振问题,从而解决动态速度和滑动模态品质相矛盾的问题,此外这种设计也简化了趋近律参数的调节问题。针对Buck开关电源系统存在的不可建模的时变干扰问题,提出极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)网络逼近系统未知干扰项的方法。以滑模函数实时值为变量设计极限学习机网络权值的分段自适应率,构造前向补偿系统未知干扰的ELM干扰观测积分终端滑模控制器,进一步缩小收敛边界值以增加Buck开关电源系统的抗干扰能力。同时以李雅普诺夫第二法验证所设计的Buck开关电源系统控制器的稳定性。使用PSIM仿真平台搭建Buck电压转换主电路和四种控制器模型进行仿真,以DSP芯片作为实现手段,搭建Buck开关电源实测平台。根据实测结果,验证了所设计的两种控制器平均稳态误差降低为0.20%和0.29%,启动输出时间分别缩短29.7%和34.2%。

关键词： Buck开关电源自适应滑模变结构控制双闭环控制罚函数极限学习机观测器

金属壳谐振陀螺大量程角速率信号检测方法研究

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北京理工大学学报 2018年第1期38卷 79-84页

作者：刘宁苏中李擎北京信息科技大学高动态导航技术北京市重点实验室北京100101

针对传统多回路角速率检测方法无法适应金属壳谐振陀螺大量程应用的难题,提出基于自适应滑模变结构控制器的大量程角速率信号检测方法.通过对典型金属壳谐振陀螺的动力学方程进行分析,建立出包含干扰和参数摄动部分的状态方程;采用指数... 详细信息

针对传统多回路角速率检测方法无法适应金属壳谐振陀螺大量程应用的难题,提出基于自适应滑模变结构控制器的大量程角速率信号检测方法.通过对典型金属壳谐振陀螺的动力学方程进行分析,建立出包含干扰和参数摄动部分的状态方程;采用指数趋近律选取比例积分滑模面,设计出一种适用于金属壳谐振陀螺的滑模控制器,可有效估计大量程角速率信号.仿真及试验结果表明,该解算方法能够稳定控制金属壳谐振子振型,并能准确检测大量程角速率,满足金属壳谐振陀螺的大量程环境应用.

关键词：金属壳谐振陀螺金属壳谐振子角速率检测自适应滑模变结构控制

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牵引车-飞机系统的自适应滑模变结构控制

控制理论与应用 2012年第4期29卷 529-534页

作者：周丽杰王能建张德福哈尔滨工程大学机电学院黑龙江哈尔滨150001

将自动转向技术应用于牵引车–飞机系统,并以侧偏位移和相对横摆角作为反馈,提出一种牵引车四轮主动转向控制策略.重点考虑牵引车和飞机的侧向和横摆运动,建立含铰接角在内的牵引车–飞机系统非线性动力学模型.将牵引车和飞机的轮胎侧... 详细信息

将自动转向技术应用于牵引车–飞机系统,并以侧偏位移和相对横摆角作为反馈,提出一种牵引车四轮主动转向控制策略.重点考虑牵引车和飞机的侧向和横摆运动,建立含铰接角在内的牵引车–飞机系统非线性动力学模型.将牵引车和飞机的轮胎侧偏刚度视为有界的不确定性参数,将侧向风等因素视为未知的外在扰动,采用自适应滑模变结构控制方法设计牵引车转向角控制器.仿真结果表明,设计出的前、后轮转向控制器能使控制系统同时获得很好的轨迹跟踪性和操纵稳定性,并且能够有效的克服参数摄动和外界干扰对系统操作性的影响.

关键词：牵引车轨迹跟踪操纵稳定性自适应滑模变结构控制

双馈风力发电机并网积分切换自适应滑模控制策略研究

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双馈风力发电机并网积分切换自适应滑模控制策略研究

作者：焦东宏华北水利水电大学

学位级别：硕士

随着科学技术的不断创新,人们对化石能源的消耗越来越大,但过度的消耗不可再生能源,尤其是对煤和石油能源过度的开发和利用,不仅会造成不可再生资源的短缺,同时也毁坏了人类的生存家园。与其它可再生能源相比,风能资源蕴藏丰富且无污染... 详细信息

随着科学技术的不断创新,人们对化石能源的消耗越来越大,但过度的消耗不可再生能源,尤其是对煤和石油能源过度的开发和利用,不仅会造成不可再生资源的短缺,同时也毁坏了人类的生存家园。与其它可再生能源相比,风能资源蕴藏丰富且无污染,因此受到全球各个国家的高度重视。恒速恒频控制方式的风力发电机逐渐被变速恒频控制方式的风力发电机所取代,成为风电市场的主流机型。本文提出积分切换自适应滑模变结构控制策略对风电系统转子侧和网侧变换器进行设计,使双馈风力发电机满足并网要求。本文做了如下工作:1)分析研究双馈风力发电系统中的风速模型以及最大风能追踪的工作原理,利用Matlab/Simulink仿真软件,验证其理论的正确性,并且对双馈风力发电如何实现变速恒频控制、三相静止坐标以及同步旋转坐标系下的数学模型进行详细阐述。2)基于滑模变结构控制理论基础知识,对滑模变结构的概念、特性、定义、匹配条件以及不变性进行详细的分析,对滑模变结构控制器的切换项设计自适应函数,提出积分切换自适滑模变结构控制策略,并选取李雅普诺夫函数对所改进的控制器进行稳定性证明。3)针对机侧变流器的控制目标,分析双馈风力发电机并网的转子励磁电流并网结构变化情况,得到转子励磁电流的数学模型。结合滑模变结构控制理论,分析该模型满足滑模变结构的匹配条件以及不变性,将所提出的改进控制策略应用到双馈风力发电机转子励磁电流控制,并选取李雅普诺夫函数对控制器稳定性以及收敛时间进行证明。仿真结果表明,改进的控制策略比传统PI控制策略能更有效抑制并网时定子电流对电网的冲击,对系统参数的变化以及电压跌落等故障影响具有较强的鲁棒性。为了进一步验证所提出控制策略的有效性,在实验室搭建双馈风力发电实时仿真系统,实时仿真结果与离线仿真结果相一致。4)针对网侧变换器的控制目标,将所提出积分切换自适应滑模控制理论应用到网侧控制器设计中,并对所设计控制器进行稳定性以及收敛时间的证明。仿真结果表明,与传统PI控制策略相比,所提出的控制策略既能实现网侧变换器的控制目标,也能提高系统的控制精度、响应时间和抗干扰能力。

关键词：双馈风力发电机自适应滑模变结构控制转子励磁电流网侧变换器

基于自适应滑模变结构控制的多轴同步协调控制系统建模

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组合机床与自动化加工技术 2013年第1期 68-73页

作者：孙红涛潘海鸿陈琳李俚黄炳琼广西大学机械工程学院南宁530004 广西制造系统与先进制造技术重点实验室南宁530004

多轴同步协调运动控制过程中会产生同步误差。针对直线型同步控制平台,建立同步协调控制系统模型,为提高同步控制精度采用自适应滑模变结构控制(ASMC)与前馈控制(FFD)的复合控制,完成各个轴位置闭环控制,并采用同步控制器(SYNC)完成同... 详细信息

多轴同步协调运动控制过程中会产生同步误差。针对直线型同步控制平台,建立同步协调控制系统模型,为提高同步控制精度采用自适应滑模变结构控制(ASMC)与前馈控制(FFD)的复合控制,完成各个轴位置闭环控制,并采用同步控制器(SYNC)完成同步误差控制。仿真实验结果表明,采用ASMC+FFD+SYNC对同步误差控制效果最好,为多轴同步协调控制研究提供了一定的理论依据。

关键词：同步控制自适应滑模变结构控制多轴协调

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压电陶瓷执行器位移高精度控制方法的研究

压电陶瓷执行器位移高精度控制方法的研究

作者：王婧媛吉林大学

学位级别：硕士

随着微电子机械系统（MEMS）技术的发展，微观世界的微米和纳米技术成为人们关注的话题。在微电子，光纤通讯，精密加工等领域都迫切需要精度高、稳定性好的微纳米驱动器。压电陶瓷（PZT）是一种新型功能材料，是一种理想的微驱动器，... 详细信息

随着微电子机械系统（MEMS）技术的发展，微观世界的微米和纳米技术成为人们关注的话题。在微电子，光纤通讯，精密加工等领域都迫切需要精度高、稳定性好的微纳米驱动器。压电陶瓷（PZT）是一种新型功能材料，是一种理想的微驱动器，具有响应速度快、体积小、驱动力大和精确度高等优点，因而被广泛应用在微纳米技术和驱动系统领域。然而压电陶瓷自身存在的迟滞等特性，会严重影响微米和纳米驱动系统的优良性能，这也是目前国内外微位移定位领域亟待解决的问题。本文首先对压电陶瓷及其执行器的发展概况进行了简单的介绍，讨论了压电陶瓷材料的研究历史和研究现状，分析了压电陶瓷执行器以及迟滞非线性的控制方法，对压电陶瓷执行器的动态迟滞建模及控制方法和研究现状进行了总结。为实现对压电陶瓷执行器输入输出迟滞非线性的精确控制，本文采用Duhem模型作为压电陶瓷执行器的迟滞非线性模型。分别利用递推最小二乘算法和梯度下降算法对迟滞模型的参数进行辨识，并建立其迟滞模型。在Duhem正模型的基础上建立了压电陶瓷执行器的Duhem迟滞非线性逆模型，并利用所建立的迟滞逆模型作为前馈控制器对压电陶瓷执行器进行前馈开环控制，达到了较好的控制效果。为进一步提高压电陶瓷执行器的控制精度，在开环控制的基础上增加了PID控制，进行了逆模型前馈的PID反馈控制实验，进一步提高了压电陶瓷执行器的控制精度。对自适应控制和滑模变结构控制方法进行了分析，利用自适应与滑模变结构控制相结合的方法对压电陶瓷执行器的迟滞非线性进行控制，设计了自适应滑模变结构复合控制方案，并进行了仿真实验，与其逆模型前馈PID反馈控制方案进行对比，结果表明自适应滑模变结构的复合控制方案能够对压电陶瓷执行器的迟滞非线性进行更为精确的控制。

关键词：压电陶瓷执行器迟滞非线性 Duhem模型自适应滑模变结构控制

基于自适应滑模变结构控制参数不确定永磁同步电机混沌控制

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组合机床与自动化加工技术 2013年第11期 55-57页

作者：胡龙龙杨晓辉江智军南昌大学信息工程学院南昌330031

文章对不确定参数的永磁同步电机混沌行为进行了分析。针对这种混沌行为,在保证系统控制的强鲁棒性前提下,利用一种基于新型比例积分切换函数的自适应滑模控制方法,将系统混沌轨道先后控制到任意固定点和周期轨道。仿真结果表明该控制... 详细信息

文章对不确定参数的永磁同步电机混沌行为进行了分析。针对这种混沌行为,在保证系统控制的强鲁棒性前提下,利用一种基于新型比例积分切换函数的自适应滑模控制方法,将系统混沌轨道先后控制到任意固定点和周期轨道。仿真结果表明该控制方法具有很好的稳定性、准确性和快速性。

关键词：参数不确定永磁同步电机混沌自适应滑模变结构控制

基于自适应滑模控制的燃料电池电站输出波形控制策略

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电网技术 2008年第12期32卷 75-78页

作者：唐朝阳黄石生王振民陈意庭华南理工大学机械工程学院广东省广州市510641

为得到与燃料电池电站相适应的输出波形,研究了基于自适应滑模控制的燃料电池电站输出波形控制策略。滑模变结构控制具有响应快、抗干扰等优点,但也有控制输出抖振的问题。为有效克服离散滑模变结构控制的抖振问题,采用自适应趋近律来... 详细信息

为得到与燃料电池电站相适应的输出波形,研究了基于自适应滑模控制的燃料电池电站输出波形控制策略。滑模变结构控制具有响应快、抗干扰等优点,但也有控制输出抖振的问题。为有效克服离散滑模变结构控制的抖振问题,采用自适应趋近律来改善滑模变结构控制,实现对燃料电池电站功率调节系统逆变器输出波形的控制。同时,为抑制系统外部干扰和测量噪声,在控制系统中加入了滤波环节。仿真实验结果表明,采用自适应趋近律改善的滑模变结构控制器有良好的抗干扰能力,能较好地抑制抖振。

关键词：燃料电池电站功率调节系统波形控制自适应滑模变结构控制自适应趋近律

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一类混沌系统的自适应滑模变结构控制

空军工程大学学报（自然科学版） 2007年第3期8卷 19-22页

作者：周凤岐孔令云西北工业大学航天学院陕西西安710072

从一类更广义的非线性混沌系统出发,以Lorenz系统为例研究了混沌系统的控制问题。设计了一种自适应滑模变结构控制律,用该控制律,即使系统存在输入饱和及外部扰动,也可以将混沌系统的状态渐近稳定到任意指定平衡点。数字仿真表明,其控... 详细信息

从一类更广义的非线性混沌系统出发,以Lorenz系统为例研究了混沌系统的控制问题。设计了一种自适应滑模变结构控制律,用该控制律,即使系统存在输入饱和及外部扰动,也可以将混沌系统的状态渐近稳定到任意指定平衡点。数字仿真表明,其控制效果极好。

关键词：混沌混沌控制自适应滑模变结构控制