本文關(guān)鍵詞：基于BUCK電路的滑模算法研究

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【摘要】：隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,電源的效率、體積和重量越來(lái)越受到人們的關(guān)注。相對(duì)一般電源而言,開(kāi)關(guān)電源具有(SMPS)效率高、響應(yīng)速度快、對(duì)參數(shù)退化魯棒等優(yōu)點(diǎn)。另一方面,數(shù)字控制器隨著集成電路的發(fā)展,體積越來(lái)越小且可在現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)上實(shí)現(xiàn)。基于以上原因,數(shù)字控制模式的開(kāi)關(guān)電源在過(guò)去十年中受到了廣泛關(guān)注。本文以BUCK電路為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)有效的PID控制算法和滑模變結(jié)構(gòu)控制算法。本文的主要研究工作包括:首先,根據(jù)BUCK電路建立其數(shù)學(xué)模型;其次,分別研究BUCK開(kāi)關(guān)變換器采用PID控制算法的控制器設(shè)計(jì)與參數(shù)選擇和滑模變結(jié)構(gòu)控制算法的控制器設(shè)計(jì)與參數(shù)選擇,然后分析系統(tǒng)性能;再次,基于BUCK電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)電流觀測(cè)器;然后,在PID控制和滑模變結(jié)構(gòu)控制的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)高精度混合數(shù)字脈寬調(diào)制器;另外,利用AltiumDesigner軟件繪制AD電路板和BUCK電路板;最后,搭建FPGA實(shí)驗(yàn)平臺(tái),基于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)BUCK開(kāi)關(guān)變換器的PID控制算法和滑模變結(jié)構(gòu)控制算法硬件實(shí)現(xiàn),分析并對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本文主要內(nèi)容如下:(1)介紹本課題研究背景及意義,提出課題研究方案,從課題研究方法和課題研究步驟兩方面說(shuō)明了研究此課題的可行性。(2)介紹BUCK電路的基本工作原理,分析BUCK電路開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和斷開(kāi)兩種不同狀態(tài),利用基爾霍夫電壓、電流定律對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行狀態(tài)空間建模和小信號(hào)建模。(3)在介紹PID控制算法的基礎(chǔ)上,將PID控制算法應(yīng)用到BUCK電路控制器設(shè)計(jì)中。針對(duì)其數(shù)學(xué)模型,利用PID控制理論,計(jì)算相應(yīng)的控制器參數(shù),設(shè)計(jì)合理的控制器。(4)在介紹滑模變結(jié)構(gòu)控制算法的基礎(chǔ)上,將滑模變結(jié)構(gòu)控制算法應(yīng)用到BUCK電路控制器設(shè)計(jì)中。針對(duì)其數(shù)學(xué)模型,利用滑模變結(jié)構(gòu)控制理論,計(jì)算相應(yīng)的控制器參數(shù),設(shè)計(jì)合理的控制器。(5)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種高精度混合延遲鏈型數(shù)字脈寬調(diào)制器(DPWM),利用快速計(jì)數(shù)比較器和延時(shí)單元,在FPGA開(kāi)發(fā)板工作頻率為128 MHz,BUCK電路開(kāi)關(guān)管的工作頻率為1 MHz的條件下,實(shí)現(xiàn)了 11位的DPWM,此時(shí)最小延時(shí)單元時(shí)間為0.488ns。(6)介紹AD電路板和BUCK電路板的設(shè)計(jì)原理。采用FPGA開(kāi)發(fā)板X(qián)ilinxXUPVirtex II Pro、AD電路板和BUCK電路板搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),通過(guò)VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)控制算法,驗(yàn)證PID控制算法和滑模變結(jié)構(gòu)控制算法的有效性,同時(shí)將兩種控制算法的結(jié)果對(duì)比分析,證明滑模變結(jié)構(gòu)控制算法的優(yōu)越性。仿真和硬件實(shí)驗(yàn)結(jié)果都證明:相對(duì)PID控制算法而言,滑模變結(jié)構(gòu)控制算法在控制BUCK開(kāi)關(guān)變換器時(shí)有一定的優(yōu)越性,此優(yōu)勢(shì)有助于優(yōu)化開(kāi)關(guān)電源的性能,提高開(kāi)關(guān)電源的效率。
【學(xué)位授予單位】：北方工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP273;TN86

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1286256