新能源汽车双向DC-DC变换器的滑模变结构自适应控制研究

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双向DC-DC变换器因为具有效率高、重量轻、体积小等优点而成为开关电源的核心,也是混合动力汽车能量流动控制的核心器件。车载双向DC-DC变换器工作在复杂的车载环境之中,且伴随着剧烈变化的工况,DC-DC变换器本身又是由开关器件组成,具有时变、非线性的特点,然而实际使用中要求DC-DC变换器系统能够快速响应,且具有较强的鲁棒性能,传统的线性控制已经不能满足混合动力汽车的需要。本文围绕混合动力车载DC-DC变换器的先进控制方法进行研究,旨在通过先进控制方法提高DC-DC变换器的动静态性能,本文主要进行了如下工作:(1)本文在对DC-DC变换器的拓扑结构进行分析的基础上,鉴于双向半桥具有电流应力小,结构简单的特点,选取双向半桥DC-DC变换器作为研究对象,并对其工作原理进行了介绍。(2)在本文的分析过程中,选取状态空间平均法建立了双向半桥DC-DC变换器工作在Buck和Boost状态下的状态空间模型,通过小信号分析,建立了传递函数模型,通过参数计算确定了变换器模型参数,并在Matlab/Simulink中搭建数学模型,开环仿真结果表明,双向DC-DC变换器正、反向工作时,系统超调量大,调节时间长。开环控制动态性能较差,不能满足实际应用。(3)以Buck变换器为例,引入滑模变结构控制方法,选取了合适的滑模面和趋近律,在Matlab/Simulik中对滑模控制的控制效果进行验证,结果表明滑模变结构控制与PI控制相比,能够在抑制系统超调的基础上,大大提高系统的快速性,并且具有较强的鲁棒性,并对影响滑模变结构控制性能的滑模系数和趋近率参数进行分析。(4)针对滑模变结构控制存在的两大问题,即抖振和自适应能力不强的问题,提出用自适应控制和模糊控制相结合的方法解决这两个问题。通过偏差对趋近律参数进行自适应调整,并通过模糊控制柔化控制信号。在Matlab/Simulink中,设计了自适应模糊滑模自适应控制,仿真结果表明,自适应模糊滑模控制能够有效地削弱抖振,并通过突加电阻仿真实验得出自适应模糊滑模控制鲁棒性强,在负载突变情况时依然有较好的动态性能。
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