开关电源无模型控制的研究

1、引言
　　
随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源控制部分绝大多数是按照模拟信号来设计和工作的，缺点是抗干扰能力很差。由于计算机控制技术突飞猛进地发展，数字信号的处理和控制显示出了明显的优势：便于计算机处理和控制，设计的灵活性大大提高，软件调试方便等，出现了PID控制。

它使开关电源向数字化、智能化、多功能化方向发展。这无疑提高了开关电源的性能和可靠性。但由于开关电源本身是一个非线性的对象，其精确模型的建立是相当困难的，常采用近似处理，并且其供电系统和负载变化具有不确定性，所以采用上述模拟或数字PID控制方法常常难以使PID调节器的参数随之变化，控制效果不理想。近来发展起来的无模型控制是前景广阔的控制方法。它不依赖被控对象的数学模型，集建模与控制一体化，这对于一些复杂可变的或结构不确定难以用准确的数学模型描述的系统而言是非常适宜的，改进了开关电源的控制系统，不仅满足开关电源的高性能和高可靠性的要求。

2、开关电源的工作原理
　　
本开关电源原理框图如图1所示。电网电压通过输入回路中的整流器和滤波器转换为直流电压输入高频变换器，高频变换器则把输入的直流电压转变为高频脉冲方波电压，该脉冲方波通过输出回路中的高频整流器和滤波器变成直流电压供给负载。

图1 开关电源工作原理

以微型计算机为核心的控制回路，在控制软件的支持下对开关电源的输出电压、电流采样，并与给定的数据进行比较，然后去调整和控制逆变器， 改变MOSFET管的导通频率或导通／截止时间以稳定输出，并监测开关电源的工作状态。

3、开关电源硬件系统组成
　　
开关电源的控制系统可以根据项目的实际情况选择不同的微处理器。其组成原理框图如图2所示。上电/复位电路给微处理器提供稳定的电源和复位功能。输出电压反馈用来调节输出电压值，保持输出电压的稳定，电流反馈电路与电压反馈功能相似。数码管显示电路和键盘输入电路实现人机交互的功能。PWM输出驱动电路输出脉冲来控制开关管的开通和关断，当输出电压高于要求电压时，输出脉冲的宽度就减小，从而减小输出电压；当输出电压低于要求电压时，输出脉冲的宽度就增大，从而增大输出电压。

图2