论文总字数：20460字

摘 要

近年来开关电源技术越来越受到人们的关注，许多国家以及科研组织进行了电力电子开关电源技术的研究。boost电路是一种开关直流升压电路，它能够将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直流—直流变换器，它通过对电力电子器件的通断控制，将直流电压断续地加到负载上，通过改变占空比改变输出电压平均值。boost 电路作为一种经典的非隔离型DC-DC变换器，可在较大范围内实现升压变换，广泛应用于光伏系统、蓄电池及电容充能装置中，而Sliding Mode Control (SMC) 是一种特别适用于开关电力电子电路中的非线性控制方法，特别对系统中参数及负载变化有很强的鲁棒性。

本文通过对DC-DC变换器的建模方式与控制方法的了解及研究，计算boost升压电路拓扑结构的参数，分析Boost电路结构，建立boost升压过程模型。确定boost升压电路以SMC结构运行的控制方案，将 boost 仿真模型 在MATLAB中搭建，实现实时在线检测，参数调整，观察波形。以验证设计的SMC控制结构是否能够满足设计需求。

关键词：Boost电路；SMC滑模控制；MATLAB仿真

Design and control of high-performance boost circuits

Abstract

In recent years, switching power supply technology has been paid more and more attention, many countries and scientific research organizations have carried out the research of power electronic switching power supply technology. boost circuit is a switching DC boost circuit that converts DC into another fixed or adjustable voltage of DC, also known as a DC-DC converter, which, through the on-off control of power electronics, intermittently adds DC voltage to the load and changes the output voltage mean by changing the duty cycle. Asa classic non-isolated DC-DC converter, the boost circuit can be applied to photovoltaic systems, batteries and capacitive charge devices in a wide range of booster transformations, while Sliding Mode Control (SMC) is a nonlinear control method especially suitable for switching power electronic circuits, especially for parameters and load changes in the system is very robust.

Based on the understanding and study of the modeling method and control method of DC-DC converter, this paper calculates the parameters of the topology of the boost circuit, analyzes the boost circuit structure, and establishes the boost process model. Determine the control scheme of boost circuit operating in SMC structure, build boost simulation model in MATLAB, realize real-time on-line detection, parameter adjustment, and observe waveforms, to verify that the design"s SMC control structure meets the design requirements.

Keywords: boost circuit， SMC sliding mode control， MATLAB simulation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 课题研究的背景与意义 1

1.2 发展现状 1

1.3 论文主要研究内容及论文结构 2

第二章boost升压电路拓扑结构和建模 3

2.1 boost升压电路概述 3

2.2 boost升压电路模型的建立 3

2.2.1 小信号建模法 3

2.2.2 状态空间平均建模法 4

2.3 boost升压电路拓扑结构分析 4

2.3.1 小信号建模法参数分析 5

2.3.2 状态空间平均建模法分析 7

2.4 boost 功率变换器参数计算 10

2.4.1 指标要求 10

2.4.2 主拓扑结构参数选择设计 10

2.5 本章小结 12

第三章SMC滑模控制器的设计 14

3.1 引言 14

3.2 固定时间滑模控制 14

3.3 基于上界估计的固定时间控制器设计 16

3.3.1 非奇异固定时间滑模面设计 16

3.3.2 基于上界估计的固定时间控制器设计 16

3.3.3 稳定性分析 17

3.4 传统一阶滑模控制器的设计 18

3.4.1 传统滑模控制理论介绍 18

3.4.2 滑模控制器设计 18

3.4.3 滑模控制器的实现 20

3.5 本章小结 21

第四章 SMC变结构控制高性能电路在MATLAB中的仿真 22

4.1 仿真研究分析 22

4.2 本章小结 26

致 谢 27

参考文献 28

第一章 绪 论

1.1 课题研究的背景与意义

近现代以来，随着世界各国对工业的大力发展，作为现代工业最重要的能源，电能在各国经济发展中起到的作用无可替代。而不同工业对电能的要求也并不相同，因此可以实现电能的变换和控制的电力电子技术在近几年的发展非常迅速。我们可以看到电力电子技术的应用非常广泛，几乎涉及到了社会的各个行业，无论是航空航天、轻工业、重工业、传统的燃油汽车、新型的新能源电能源汽车、家庭里的各种电器：如电视、冰箱、空调，以及现在每个人都有的设备，如手机，电脑，笔记本，这些设备都离不开电力电子技术。以下列举一些电力电子技术涉及到的行业数据：

（1）截止2019年底我国共有90家航空产业园，装备产业规模持续扩大至934亿元，其中，航空器整机市场占比过半。国家已将航空装备列入战略新兴产业重点方向。，随着大型客机研发和运营的逐步成熟以及运载火箭和商用卫星业务的成功开展，我国航空航天装备制造业已步入发展的快车道，建立起较为完整的技术体系、产品谱系和产业体系。2019年，中国航空装备产业规模持续扩大，国内产品研发进度进一步提速，转包生产订单维持稳定，天津A320总装线生产效率小幅增长。2019年中国航空装备产业规模达934.10亿元，保持13.5%的快速增长。

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