基于滑模控制感应加热电源的电流仿真分析

感应加热系统电路参数L，C和R已定，则滑模控制系统响应完全由Ki决定。采样保持器检测输出电流峰值，并保存1个振荡周期，与参考信号比较并产生误差信号。电流控制器的输出决定下一个运行状态，当过零检测器检测到过零信号时就切换开关状态。从滑模控制系统稳定性、快速响应性、较好的鲁棒性和负载变化不敏感性等方面考虑，可以用较大的增益Ki来快速补偿偏移量。增益Ki设计的恰当，就能有效消除基频偏移量，得到稳定的输出电流。

3.1 积分器增益Ki的确定

对于离散准滑模系统，准确到达切换面常是不可能的，这里假设：

考虑到当Iref=Imax或Iref=0时为电流控制的极限值，且u(k+1)的值为{1，0.5，0)，可确定增益值范围：

3.2 切换面吸引性分析

系统进入准滑动模态的到达条件：

要保证实现滑模控制，必须使比例积分滑模控制切换面具有可到达性。考虑u(k)的控制作用，由图2可以看出，当输出电流连续2个T小于参考电流值Iref时，u(k+1)的值为1，系统处于功率输出状态，使负载电流峰值上升；当大于Iref两个T时，u(k+1)的值为0，系统就切换为自由振荡状态；由于负载消耗，电流峰值必然会小于Iref，通过u(k+1)的计算，系统又切换至功率输出状态。由上述分析可知，状态空间中任意工作点都可在控制律的作用下到达式(14)确定的切换面，即切换面具有可到达性。

3.3 稳定性分析

定义Lyapunov函数：

4 仿真结果分析

本文采用Matlab语言，编写M函数对上述模型进行仿真。参数选取如下：

R=0.2 Ω，L=12.0μH，Cc=0.2μF

计算可知电路谐振频率为100 kHz；增益Ki的值取为10000。设参考电流为60 A，初始电流值为0，N=4，则如图3所示。

5 结语

针对串联谐振感应加热电源逆变器，建立逆变器的负载回路离散数学模型，分析比例积分滑模控制电流控制器切换面参数的选择条件、可达性和滑模存在性及稳定性；选择适当的增益后，可使滑模控制对输出负载变化具有良好的快速性和鲁棒性。根据此模型，使基于DSP控制策略容易实现。