基于分数阶理论的基本直流变换器的滑模控制研究

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1、万方数据分类号UDC密级学位论文基于分数阶理论的基本直流变换器的滑模控制研究作者姓名：指导教师：申请学位级别：学科专业名称：论文提交日期：学位授予日期：评阅人：李姗郑艳副教授东北大学信息科学与工程学院硕士学科类别：工学控制理论与控制工程2014年6月论文答辩日期：2014年6月2014年7月答辩委员会主席：叶丹姜囡、颜闽秀东北大学2014年6月万方数据AThesisinControlTheoryandControlEngineeringOnSlidingModeControlforBasicDC．．DCConverterBasedonFract

2、ionalTheoryByLiShanSupervisor：AssociateProfessorZhengYanNortheasternUniversityJune2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示诚挚的谢意。学位论文作者签名：夸姗签字目期：如l峰。6．玎学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解

3、东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口两年∥学位论文作者签名：杏由斗签字日期：沙I呼．6．订导师签名：幂印章乙签字日期：么01距．6．乙r万方数据东北大学硕士学位论文摘要基于分数阶理论的基本直流变换器的滑模控制研究摘要直流变换器是一种直流电压变换装置，能够快速地将输入直流电压变换为理想的输出直流电压，由于直流变换器具有能量利

4、用率高、电子元件少等优点，因而在办公自动化、家用电器、工业仪器仪表、空间飞行器等多个领域得到了广泛的应用。但其本身作为一种时变、非线性系统，其控制是非线性且不连续的，对系统参数变化及负载变化比较敏感。而且，直流变换器控制系统有动态响应速度慢、抗干扰能力差等缺点。为了提高系统输出响应的快速性和鲁棒性，本文基于分数阶理论，针对直流变换器设计了滑模控制器。主要研究内容如下：首先，针对基本直流变换器一一Buck变换器和Boost变换器，利用状态空间平均法，建立了整数阶状态空间平均模型。但基于电感和电容不是整数阶而是分数阶的事实，直流变换器实际上是分数阶

5、系统。因此，利用状态空间平均法和分数阶微积分算子，建立了分数阶状态空间平均模型。同时，为便于控制器设计，将直接得到的Boost变换器的分数阶非线性模型作进一步处理，利用反馈线性化，将其变换为分数阶线性模型。另外，通过理论证明和Matlab／Simulink仿真结果验证了对直流变换器建立分数阶模型的必要性和正确性。其次，针对电源端含有纹波干扰和负载变化的Buck变换器和Boost变换器，基于分数阶滑模面，设计了滑模控制器，加快了系统的响应速度，增强了系统的鲁棒性。此外，通过添加一线性项，使得系统状态在初始时刻即落在滑模面上，实现了全局鲁棒控制。仿

6、真结果验证了该控制器的有效性。再次，针对电源端含有纹波干扰和负载变化的Buck变换器和Boost变换器，在不确定性和干扰上界未知情况下，基于分数阶滑模面，设计了自适应滑模控制器，通过在线对参数不确定和干扰的上界进行估计，消除了不确定性和干扰上界已知的条件。该控制器不仅保留了系统输出快速性的优点，实现了全局滑模控制，提高了系统的鲁棒性，还有效削弱了控制器的抖振。仿真结果验证了该控制器的有效性。最后，对全文工作进行总结，并对未来的研究方向做出展望。关键词：直流变换器；分数阶；滑模控制；自适应控制；鲁棒性万方数据OnSlidingModeContro

7、lforBasicDC—DCConverterBasedonFractionalTheoryAbstractDC—DCconverteriSanelectricdevicewhichcanconvertdirectvoltageofthesysteminputtoreferencevoltagevaluefastandeffectively．Owingtotheadvantagesofhighenergyutilizationrateandlesselectronicelements，DC—DCconverterhasbeenwidelyapp

8、liedinmultipleareassuchasofficeautomation，homeappliances，andspacevehicles，e