Buck变换器滑模变结构控制：快速响应与抗干扰优势

Buck直流变换器是一种广泛应用在电力电子系统中的功率转换器，它通过调整输入电压以改变输出电压，广泛用于电池管理系统、电源适配器和电动汽车充电等领域。本文主要研究了Buck滑模变结构控制系统，这是一种非线性控制策略，旨在提升系统在快速响应和抗扰动方面的性能。 首先，文章深入探讨了滑模面函数和控制函数的设计，这是滑模变结构控制的核心部分。滑模面(s(x))的选择对于确保系统能够在需要时进入滑模状态至关重要，而控制函数(u+(x)和u-(x))则决定了系统如何在滑模面上稳定运行。滑模面的选择需要满足一定的条件，以保证系统的动态响应分为正常运动段和滑模运动段，这两个阶段共同构成了VSS（电压滞环状态）的实现。 Buck变换器的基本拓扑结构包括一个开关元件、一个电感和一个输出电容，当开关在不同模式下（连续或断续）工作时，系统的动态行为会有所不同。在本文的研究中，重点考虑的是电感电流连续模式下的工作情况，通过设定状态变量x1为电感电流iL，x2为输出电压uo，构建了相应的状态空间模型。 滑模变结构控制的优势在于其对非线性系统的适应性。相比于传统的线性PI控制，滑模控制对系统参数变化的不敏感性使得其在处理非线性负载和快速响应时表现出色。通过PSIM仿真软件，作者对比了滑模变结构控制与常规线性控制的结果，结果显示滑模控制在快速性和抗干扰性方面具有显著优势。 研究还引用了多篇相关文献，如王丰尧的《滑模变结构控制》、周宇飞等人关于开关变换器时变滑模控制的研究，以及胡跃明和王兆安关于变结构控制理论的应用，这些参考资料为滑模变结构控制在Buck变换器中的应用提供了理论基础和技术支持。 总结来说，本文的主要贡献在于提出了一种有效的Buck滑模变结构控制策略，通过深入分析滑模面和控制函数设计，以及通过仿真验证其在实际应用中的优越性能，为提升电力电子开关变换器的控制精度和稳定性提供了新的途径。这种非线性控制方法对于现代电力电子系统的发展具有重要意义。