開關(guān)電源無模型控制的研究

1、引言
　　
隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。開關(guān)電源控制部分絕大多數(shù)是按照模擬信號來設(shè)計和工作的，缺點是抗干擾能力很差。由于計算機控制技術(shù)突飛猛進地發(fā)展，數(shù)字信號的處理和控制顯示出了明顯的優(yōu)勢：便于計算機處理和控制，設(shè)計的靈活性大大提高，軟件調(diào)試方便等，出現(xiàn)了PID控制。

它使開關(guān)電源向數(shù)字化、智能化、多功能化方向發(fā)展。這無疑提高了開關(guān)電源的性能和可靠性。但由于開關(guān)電源本身是一個非線性的對象，其精確模型的建立是相當(dāng)困難的，常采用近似處理，并且其供電系統(tǒng)和負載變化具有不確定性，所以采用上述模擬或數(shù)字PID控制方法常常難以使PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)隨之變化，控制效果不理想。近來發(fā)展起來的無模型控制是前景廣闊的控制方法。它不依賴被控對象的數(shù)學(xué)模型，集建模與控制一體化，這對于一些復(fù)雜可變的或結(jié)構(gòu)不確定難以用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型描述的系統(tǒng)而言是非常適宜的，改進了開關(guān)電源的控制系統(tǒng)，不僅滿足開關(guān)電源的高性能和高可靠性的要求。

2、開關(guān)電源的工作原理
　　
本開關(guān)電源原理框圖如圖1所示。電網(wǎng)電壓通過輸入回路中的整流器和濾波器轉(zhuǎn)換為直流電壓輸入高頻變換器，高頻變換器則把輸入的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l脈沖方波電壓，該脈沖方波通過輸出回路中的高頻整流器和濾波器變成直流電壓供給負載。

圖1 開關(guān)電源工作原理

以微型計算機為核心的控制回路，在控制軟件的支持下對開關(guān)電源的輸出電壓、電流采樣，并與給定的數(shù)據(jù)進行比較，然后去調(diào)整和控制逆變器， 改變MOSFET管的導(dǎo)通頻率或?qū)ǎ刂箷r間以穩(wěn)定輸出，并監(jiān)測開關(guān)電源的工作狀態(tài)。

3、開關(guān)電源硬件系統(tǒng)組成
　　
開關(guān)電源的控制系統(tǒng)可以根據(jù)項目的實際情況選擇不同的微處理器。其組成原理框圖如圖2所示。上電/復(fù)位電路給微處理器提供穩(wěn)定的電源和復(fù)位功能。輸出電壓反饋用來調(diào)節(jié)輸出電壓值，保持輸出電壓的穩(wěn)定，電流反饋電路與電壓反饋功能相似。數(shù)碼管顯示電路和鍵盤輸入電路實現(xiàn)人機交互的功能。PWM輸出驅(qū)動電路輸出脈沖來控制開關(guān)管的開通和關(guān)斷，當(dāng)輸出電壓高于要求電壓時，輸出脈沖的寬度就減小，從而減小輸出電壓；當(dāng)輸出電壓低于要求電壓時，輸出脈沖的寬度就增大，從而增大輸出電壓。

圖2