電力電子變換器的滑模控制技術與實現

內容簡介

《電力電子變換器的滑模控制技術與實現》首先介紹了滑模控制的基本原理，並對滑模控制在電力電子變換器中的研究現狀做了綜述。隨後的內容分為3部分：基於滯環調製的滑模控制、PWM滑模控制、帶電流控制滑動流形的滑模控制等新型滑模控制。對於每種控制器，《電力電子變換器的滑模控制技術與實現》中均給出了詳細的分析和設計過程，並用模擬電路實現，具有較強的實用價值。

第1章　滑模控制基礎
1.1　簡介
1.2　基本理論
1.3　滑模運動的性質
1.3.1　理想控制
1.3.2　實際限制因素和抖振
1.3.3　恆動態
1.3.4　準滑模控制
1.4　數學描述
1.4.1　到達條件
1.4.2　存在條件
1.4.3　穩定性條件
1.4.4　具有線性滑動流形的系統

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精彩書摘

序隨著電源和電氣\/電子負載的特性變得越來越多樣化、非線性和不可預測，為變換器提供必要功率處理功能的變換器控制將在性能最佳化和維持各種工作條件下所必需的魯棒性方面扮演關鍵的角色。人們發現基於小信號線性技術的常規控制方法無法使這些系統獲得所需的調節性能、動態回響和穩定性，並在研究能夠滿足電力電子變換器系統這種複雜要求的先進控制方法方面做了大量的研究。特別是滑模控制、模糊控制、自適應控制等現代控制理論已經套用於這類系統的控制中，它們的可行性也得到了研究。其中，滑模控制得到的研究最為廣泛。研究表明，滑模控制對當前和未來電力電子變換器而言均是一種非常有前景的控制方法。為了順應這種發展趨勢，並且利用滑模控制理論框架已經較為成熟的優點，現在對電力電子變換器的滑模控制器進行全面的介紹正是時候。本書對這種控制器進行了深入而全面的介紹，要點是如何實現實際的工程化設計，使其適合於電力電子變換器的控制。目前，相關知識的介紹是及時而必要的，特別由於電子工業具有使用可再生能源的趨勢且負載的差異越來越大，只有使用非線性控制器才能足以滿足要求。作者在寫作本書時考慮了如下目標。首先，作者旨在為一般讀者提供滑模控制在電力電子變換器系統中套用原理和方法的全面介紹。此外，對於更高級的讀者，作者將為他們系統論述構造滑模控制器的數學機理和設計原理，在此基礎上，介紹設計這類控制器的新型實踐性方法。本書的第三個目標是介紹基於模擬電路的滑模控制器實現方法和相關的設計準則。最後使讀者從實際角度理解非線性控制，在此過程中使用工程師日常交流時經常使用的術語。總而言之，《電力電子變換器的滑模控制技術與實現》這本書將為讀者理解滑模控制原理、滑模控制在電力電子變換器中的套用和滑模控制器的實際實現提供指導。通過將理論與套用結合，並將數學概念、模型與它們的工業目標聯繫起來，本書對模擬電路設計、電力電子技術或控制工程背景的讀者而言同樣具有可讀性。我們相信本書將引起電氣和電子工程領域學生和專業人員的興趣。與此同時，我們也相信我們提出的電力電子變換器滑模控制器的建模和實現方法將幫助電力電子和IC產業的專業人員設計出有效和高性能的電力電子變換器控制器。本書是按照如下方式組織的。首先，第1章將討論滑模控制的基本原理和理論，使讀者熟悉滑模控制的主要術語和背景。第2章將對電力電子變換器及其控制方法進行綜述，此外還簡要討論常用的控制技術以及當前電力電子變換器控制技術的研究進展。第3章將著重介紹與滑模控制器在電力電子變換器中套用相關的重要概念、工作原理和特性,還將詳細介紹電力電子變換器滑模控制器的最新研究成果和一般設計過程。隨後，第4章將介紹電力電子變換器滯環調製滑模控制器的實際設計過程。第5章將全面討論傳統滑模控制因工作條件偏移引起的開關頻率變化問題，以及將自適應控制套用於滑模控制解決上述問題的有效性。第6章將介紹連續導電模式電力電子變換器定頻滑模控制實現的實用技術。緊接著，第7章進一步研究用等效控制實現定頻滑模控制器的方法，包括斷續導電模式變換器系統模型和滑模控制律的推導。第8章將討論擴展至脈衝寬度調製滑模控制器的設計和實際電路實現。到此為止，本書的討論集中於使用變換器輸出電壓作為控制變數，構造滑動流形的滑模控制器的設計與實現。第9章至第11章將滑模控制器的設計和實現擴展至具有非常規滑動流形的功率變換器，它們的滑動流形是由電流誤差和電壓誤差用非線性方法構造的。第9章討論基於電流誤差和電壓誤差的滑模控制器的設計和實現。第10章討論的重點是如何用減狀態非線性滑動流形控制如Cuk變換器的高階變換器。第11章討論用於改善穩態調節能力的基於二重積分滑動面的非常規滑模控制器。本書得以完成，作者必須真誠地感謝許多人和組織機構。首先感謝香港理工大學電子與信息工程系的所有朋友和同事，以及套用非線性系統研究小組的成員，感謝你們的友誼、支持和鼓勵。特別感謝西班牙TarragonaRoviraiVirgili大學的LuisMartínez-Salamero教授，他不僅是一位偉大的朋友，還是我們部分研究工作的重要合作者。迄今為止，Luis是作者個人所知道的電力電子滑模控制領域最博學之人。作者還藉此機會感謝AshokaBhat教授、MartinChow博士、AdrianIoinovici教授、JoeLiu博士、FrankiPoon博士、SiuChungWong博士和XinboRuan教授，他們都是電力電子各領域內的專家，作者有幸與他們共事，並且從他們身上學到了很多東西。作者還要感謝CRC出版社的職員，特別是LeongLiMing女士和AmyBlalock女士，感謝她們為本書提供專業和熱情的支持。如果沒有香港研究資助局和香港理工大學研究委員會的財政支持，本書的研究工作將不可能完成。最後但同樣重要的是，必須感謝作者的家人在作者整個學術研究過程中的支持和理解。最後，很榮幸地將本書獻給所有熱情參與滑模控制和電力電子變換器控制工作的人們。Siew-ChongTan（陳秀聰）Yuk-MingLai（黎沃銘）ChiKongTse（謝智剛）譯者序電力電子變換器的滑模控制技術與實現譯者序電力電子變換器的作用是完成各種電能變換，其套用越來越廣泛。控制部分是整個系統的關鍵一環，在主電路拓撲相同的情況下，設計成功的控制器可以使變換器獲得更理想的穩態和暫態性能。目前，人們開始採用各種先進控制方法來滿足功率變換系統的複雜要求。其中，滑模控制是20世紀50年代發展起來的一種非線性控制方法，其狀態反饋控制率根據狀態變數在狀態空間中的當前位置以高頻在一個連續結構和另一個連續結構之間切換，其目標是迫使被控系統的動態精確跟蹤預先設定的期望動態。系統採用滑模控制後，可以保證在參數不確定的情況下獲得穩定性和魯棒性。另外，作為一種在設計選擇中具有高度靈活性的控制方法，滑模控制相比於其他非線性控制方法更易於實現。因此，在多種先進控制方法中，滑模控制在電力電子變換器中得到了最為廣泛的研究，其控制效果要優於模糊控制和自適應控制。本書採用自上而下的方法討論常規及新型滑模控制技術，內容涵蓋從公式推導到用模擬電路實現的方方面面，具體內容和特點如下。1？全面綜述了滑模控制的原理和方法。2？系統論述了滑模控制的數學機理和控制器的設計原理，隨後介紹了新型滑模控制方法。3？論證了基於模擬電路的滑模控制器實現方法和設計規則。4？從實踐角度為一般非線性控制的實現提供了指導，在寫作時使用人們熟悉的工程性術語。本書適合電氣工程、電子工程和自動控制專業的研究生和學者閱讀，還可以作為開關電源設計人員的參考書籍。本書的翻譯工作由廣州大學副教授王曉剛博士完成，華南理工大學謝運祥教授審閱了本書並提出了寶貴的意見，在此表示感謝。廣州大學的張傑、舒華、梁忠偉、張承雲、肖忠、王建暉、黃高飛、蔡陽生、高星輝、林婷參與了本書的翻譯。還要感謝電子工業出版社的柴燕編輯，她為本書的出版做了大量的工作。由於譯者水平有限，書中難免有不妥之處，懇請讀者批評指正。王曉剛2012年6月

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