CCM模式下Boost电路的反步法非线性控制与仿真

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1、第6期电源学报No．62011年11月JournalofPowerSupplyNOV．2011CCM模式下Boost电路的反步法非线性控制与仿真冯均永．史旺旺(扬州大学能源与动力工程学院，江苏扬州225009)摘要：基于非线性系统的稳定性理论并结合传统PID控制的优点建立了ccM模式Boost变换器的占空比非线性调制模型，提出了基于反步法的非线性控制技术，简化了非线性控制的算法。采用双闭环反馈控制方法，输出电压和电流有较高的精度。系统输入电压发生波动时输出电压能够快速稳定．系统的动态性能和稳态性能较传统PI控制方式有了很大的改善，通过仿真，验证了理论分析的正确性和优

2、势。关键词：Boost；非线性控制；双闭环；反步法中图分类号：TM13文献标志码：A文章编号：2095—2805(2011)06—0040—05引言此可以选取较高的放大倍数．从而提高系统的动态特性嗍。常规的PI控制策略已经很难满足DC—DC高精度、高稳定性和快速响应的要求。针对Boost电Boost变换器有电感电流和电容电压两个状态路的固有非线性的特性．采用非线性控制结合PI调变量，是一个二阶系统。采用单一的反馈电压控制节器的优点用于开关变换器系统可以改善系统的环难以同时保证系统在受到某种扰动作用时。既有动态特性和稳态特性[5-01，文献[8]提出状态反馈精确很好的

3、动态品质又有着良好的稳态性能。同时，由线性化的控制方法，改善了非线性系统的控制性于开关变换器是一个强非线性动态系统。线性控制能。很难满足现代工业更高精度的要求。在传统的电压环反馈控制基础上，文献『11采取本文基于反步法的非线性控制与状态反馈精确线性化控制相比简化了控制算法，提高了系统的电压外环电流内环的平均电流控制模式。鉴于开关变换器的强非线性，文献[2]提出了采用输入输出线控制性能。建立了占空比的非线性调制模型，比传统的控制系统具有更好的鲁棒性，可以获得更好的性化非线性控制方法，这种方法虽然能够保证电感动态品质。在非线性控制中，本文提出的控制算法电流有效精确地跟踪

4、给定值，但输出电压存在稳态也相对比较简单．降低了理论分析和建立模型的难误差，虽然修正控制方案可以改善动态输出但是这种方法相对来说比较复杂，同时精确线性化对参数度，使用起来灵活、简单、方便。的要求比较高，参数很难确定。文献[3]阐述了非理想Boost变换器的建模，但是没有给出控制策略和Boost电路数学模型控制模型。在控制系统中引入电流内环可以改造系统的开环频率特性，使之易于校正，采用电流反馈1．1主电路介绍后，电压环的开环传递函数不再具有共轭复根，因Boost主电路原理图如图1所示：Boost电路由直流电源、储能电感、功率开关管IGBT、二极管VD和滤波电容C。等组

5、成。当收稿日期：2011-07—16VT导通时，电感储能，VD反偏截止，c0向负载基金项目：江苏省重点实验室开放课资助项目(05318733431)；江苏省科技职称计划资助项目(BE2010699)第6期冯均永。等：CCM模式下Boost电路的反步法非线性控制与仿真41。f0t+c[KJ(一v)d+(一(7)由Boost电路的稳态性质得：Jf0，dlo=v-L(8)R将(8)式代人(7)式，得期望的电感电流为：图1主电路原理图fn：—Vo(it+c[xv,~(Vo-v)dt+gv,(Vo-v)]}(9)—vg供能；当VT截止时，由于电感L中的电流不能突变，L中的感应

6、电动势使VD导通向电容充电，同时第二步，令=去(f—f0)，9~XCV2求导得=(f_f0)f(10)上式求导时，近似认为i。与电压有关，而电压的响应速度低于电流的变化速度，近似认为0=0。同样，为使：≤0lc：f_j㈤令矿2=一(—。2得=一i(—i。)，将(1)式代人得Vg+LKp,(i-io)(11)：——式中：d=1其中d表示占空比；表示输人根据(11)式即可得到占空比d的表达式：直流电压；i代表电感电流；代表负载电流；为储d11vg+LKpi(i-io)(121一—=一：=一——(12)误差，第一步设Lyapunov函数1为：2双环控制电路模型Zl=1(V

7、—Vo)+1K[』(V一)df]。电压外环采用瞬时值反馈，采样得到的输出电=(V-)+KvfI(1，一vo)dt(v—Vo)(2)压与电压设定值进行比较，通过PI调节器的输出作为电流给定值。送到电流调节器，电流内环由电感电流瞬时值i与给定值。相比较，经过(12)式得到占：一_v口(V—V)(3)空比输出。与三角形载波比较产生PWM信号驱动(3)式中为电压比例系数取恒大于零的数。功率开关管IGBT。因此本文提出的反步法设计本质由式(2)和(3)可以得到：上双闭环控制．对于电流的限流保护和均流控制容+fI(V—vo)dt=一K(1，一Vo)(4)易实现。双环控制电路