無源自適應控制Buck-Boost變換器研究
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4．2 自適應控制律的設計
圖3中的自適應機構就是要利用可調模型與參考模型間的狀態矢量誤差e產生一個合適的自適應規律，使得可調模型的X2能逼近X2ref。根據Popov超穩定性理論，變換器占空比偏差△d與e存在比例積分關系。設計無源自適應控制律為：
式中：kp，ki分別為比例系數和積分時間常數的倒數；d’為由無源性控制律計算得到的變換器開關占空比。
當發生電源擾動時，如E變小，導致無源控制器輸出減小，此時系統輸出相應減小。但由于自適應機構作用輸出△d增加，導致d增大，變換器輸出增大直至恢復到期望電壓輸出，反之亦然。因此通過△d來改變無源控制的輸出d，減小e，從而可使電源系統輸出在輸入電源寬范圍擾動下恢復到期望值。
4．3 仿真分析
設定自適應機構參數kp=0．013．ki=2．61，其他系統仿真參數不變。系統分別在E>12 V，E12 V兩種輸入電源電壓擾動情況下采用無源自適應控制律進行仿真。
圖4為Buck-Boost在無源自適應控制下的輸出響應。圖4a為E12 V擾動時(在t=0．06 B輸入電源從12 V變化到8 V)，輸出能快速調整到穩態輸出(12±0．065)V，穩態時間小于15 ms。圖4b為E>12 V擾動時(在t=0．06 s輸入電源從12 V變化到19 V)，系統穩態輸出在0．01 s內快速恢復到(12+0．057)V，完全滿足穩態要求。本文引用地址：http://cqxgywz.com/article/159638.htm
仿真結果表明：采用無源自適應控制策略的Buck-Boost變換器具有良好的動靜態性能指標及抗輸入電源擾動能力。
5 實驗
5．1 機場助航燈光監控系統供電電源
為實現無源自適應控制策略，設計了數字控制Buck-Boost開關電源實驗樣機，Buck-Boost開關電源系統結構框圖如圖5所示。
采用壓頻轉換電路，將電壓轉換成數字式頻率信號，再利用單片機的PCA頻率捕獲模式檢測此頻率信號，從而計算出對應的輸出電壓值，該電路具有較強的抗干擾能力。霍爾傳感器將檢測的電流信號轉換成4 V以內的電壓信號，經A／D轉換成數字信號并計算處理，得出電感電流值。單片機再將檢測到的電感電流值、輸出電壓值代入無源自適應控制律計算處理，以確定單片機輸出的PWM占空比。
5．2 實驗驗證
在助航燈5級燈光(電流有效值2．8～6．6 A)下對基于無源自適應控制律的Buck-Boost進行實驗，圖6示出部分實驗波形。圖6a為3級光下Buck-Boost輸出電壓波形圖，輸出穩定時間約為20 ms；圖6b為助航燈光由3級光切換到2級光(E從12 V突變到8 V)時輸出電壓波形，變換器輸出恢復到穩態12 V所需時間約為20 ms。不同燈光等級下變換器輸出結果如表1所示。
實驗結果表明，在5種燈光電流等級下的數字控制Buck-Boost電源不僅具有良好的動、靜態性能，而且對寬輸入電壓擾動具有很強的魯棒性，滿足燈光巡檢單元工作電源的要求，充分驗證了無源自適應控制策略的可行性。
6 結論
DC／DC變換器是一個強非線性、時變、離散系統，研究其非線性控制規律具有重要意義。針對無源控制在寬輸入電源電壓時穩態輸出存在偏差的問題，提出無源自適應控制策略。在輸入電壓寬范圍變化的助航燈光單燈回路上進行了實驗，結果表明該變換器在滿足動靜態性能指標的同時，對寬輸入電壓擾動具有很強的魯棒性。同時與傳統的模擬控制器相比，數字式控制器具有更高的可靠性和靈活性，數字控制的DC／DC除瞬態響應稍慢，其他性能均可與模擬控制相媲美。
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