级联控制下Buck转换器建模与仿真：滑模与PI策略

本文《级联控制下的降压式变换器的建模、分析与仿真》由陈增实撰写，发表于中国科技论文在线。陈增实是一位在自动化领域有深厚背景的研究科学家，他在系统和控制领域获得了博士学位，并在Lufkin Industries, Inc.的自动化部门工作，专注于变量结构系统、滑模控制、非线性控制以及这些技术在电力转换器、逆变器和可再生能源设备中的应用。他的研究兴趣聚焦于提升效率和稳定性。 文章主要探讨了在降压式变换器（Buck Converter）中采用级联控制策略的设计和分析。核心部分是将快速电流控制环路设计为滑模控制（SMC），这种控制方法能够实现快速响应和抗扰动能力，有助于保持输出电流的稳定。慢速电压环路则采用积分-比例（PI）控制，这是一种常见的线性控制策略，它结合了比例增益的快速响应特性与积分环节的超前补偿功能，用于跟踪输入电压变化并管理负载电阻变化时的电压稳定。 作者深入研究了闭环系统的稳定性，通过对误差动态的分析，选择合适的PI控制器参数，确保系统的稳定性和性能。级联控制的引入使得系统具有最小相位结构，这意味着即使在输入电压和负载条件变化时，系统也能预测并迅速调整其行为，减小电压暂态响应的时间和幅值。 为了验证理论设计的有效性，文中还展示了通过搭建模拟电路进行的控制器验证过程。通过实际仿真，读者可以观察到级联控制下Buck转换器在不同工作条件下的性能表现，从而确认理论模型与实际应用的契合度。 这篇论文不仅提供了降压式变换器级联控制的具体设计方法，还展示了理论分析与实践应用相结合的重要性，对于理解和优化电力电子设备的控制策略具有很高的参考价值。