[發(fā)明專利]一種直流升壓變換器系統(tǒng)先進(jìn)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410733860.6
• 申請(qǐng)日: 2014-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN104393756A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李世華;王軍曉;王佐;樊靜雯;吳斌;崔宏宇;李奇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M3/155
• 分類號(hào): H02M3/155
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務(wù)所 32250
• 代理人: 王斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子直流升壓變換器系統(tǒng)，尤其涉及一種基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器和有限時(shí)間控制技術(shù)的直流升壓變換器系統(tǒng)控制方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的巨大進(jìn)步，為電力電子直流開關(guān)電源系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，特別是在機(jī)器人、精密雷達(dá)、軍用武器、新能源光伏系統(tǒng)等對(duì)直流開關(guān)電源控制性能要求越來越高的領(lǐng)域，直流變換器系統(tǒng)受到越來越多的關(guān)注。

目前，直流升壓電力電子變換器系統(tǒng)多采用雙閉環(huán)的控制結(jié)構(gòu)，即內(nèi)環(huán)為電流控制環(huán)，外環(huán)為電壓控制環(huán)?？刂破鞫嗖捎肞I調(diào)節(jié)器。其中電流環(huán)的作用是提高系統(tǒng)的快速性，及時(shí)抑制電流內(nèi)部的干擾；電壓環(huán)的作用是提高系統(tǒng)抗負(fù)載擾動(dòng)的能力，抑制電壓穩(wěn)態(tài)波動(dòng)。

在實(shí)際直流供電設(shè)備中，由于直流變換器系統(tǒng)的工作場(chǎng)合大多要求輸出電壓精度相當(dāng)高，而且要求能夠快速適應(yīng)各種不同的工況，但是由于目前采用的PI控制器當(dāng)系統(tǒng)工作在不同的工況下，例如在有擾動(dòng)的情況下主要是利用積分來消除擾動(dòng)對(duì)輸出電壓帶來的影響，是一種被動(dòng)且速度較慢的控制方式，特別是在系統(tǒng)遇到快速時(shí)變或者周期性的擾動(dòng)時(shí)很難快速地跟蹤給定電壓，這些擾動(dòng)主要包括負(fù)載波動(dòng)，電壓輸入變化等。如果控制器不對(duì)這些擾動(dòng)快速主動(dòng)進(jìn)行處理，則閉環(huán)系統(tǒng)很難達(dá)到快速且高精度電壓輸出性能。因此在直流升壓電力電子變換器系統(tǒng)存在擾動(dòng)的情況下，系統(tǒng)能夠及時(shí)地對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行處理，就能夠進(jìn)一步提高電力電子變換器系統(tǒng)的跟蹤速度和精度，滿足電力電子系統(tǒng)在高精度電壓輸出工作領(lǐng)域的應(yīng)用。

為了能夠及時(shí)對(duì)系統(tǒng)擾動(dòng)進(jìn)行處理，提高電力電子直流升壓變換器系統(tǒng)的跟蹤精度，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究。文獻(xiàn)(樂江源,謝運(yùn)祥,洪慶祖等.Boost變換器精確反饋線性化滑模變結(jié)構(gòu)控制[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2011,31(30):16-23.設(shè)計(jì)了基于精確反饋線性化的Boost變換器滑模變結(jié)構(gòu)控制方法，通過精確反饋線性化方法將原系統(tǒng)簡化成線性系統(tǒng)，設(shè)計(jì)滑模變結(jié)構(gòu)控制器，但是該方法只考慮單一擾動(dòng)且沒考慮輸入電壓波動(dòng)情況下的控制器設(shè)計(jì)，針對(duì)直流升壓電力電子變換器控制系統(tǒng)系統(tǒng)，文獻(xiàn)(Said?Oucheriah,Liping?Guo.PWM-based?adaptive?sliding-mode?control?for?boost?DC–DC?converters(J).IEEE?Transactions?on?Industrial?Electronics,2013，vol.60,no.8,pp.3291-3294.)提出了利用自適應(yīng)規(guī)律設(shè)計(jì)狀態(tài)觀測(cè)器，抑制負(fù)載擾動(dòng)和外部輸入電壓變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案能夠及時(shí)地對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行處理，達(dá)到較高的跟蹤精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)直流升壓變換器的負(fù)載擾動(dòng)和輸入電壓變化，提供一種直流升壓變換器系統(tǒng)先進(jìn)控制方法，該方法基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器和有限時(shí)間技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流升壓變換器系統(tǒng)給定電壓跟蹤的快速性和準(zhǔn)確性。

本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案：

一種基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器和有限時(shí)間控制技術(shù)的直流升壓變換器系統(tǒng)控制方法，其特征在于：

步驟一：建立直流升壓變換器的模型，以系統(tǒng)的電感電流、電容電壓為狀態(tài)變量，依靠時(shí)間平均技術(shù)，將時(shí)變、非線性的開關(guān)電路轉(zhuǎn)換為等效的時(shí)不變、線性的連續(xù)電路，由此對(duì)開關(guān)變換器進(jìn)行大信號(hào)瞬態(tài)分析，建立系統(tǒng)的狀態(tài)空間平均模型；

步驟二：對(duì)直流升壓變換器的輸入電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻變化分別設(shè)計(jì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，對(duì)輸入電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻變化進(jìn)行估計(jì)；

步驟三：在已設(shè)計(jì)的擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的基礎(chǔ)上，基于系統(tǒng)的非最小相位特性，選擇電感電流作為輸出進(jìn)行控制，在考慮負(fù)載電阻變化和輸入電壓波動(dòng)的情況下設(shè)計(jì)有限時(shí)間控制器，利用得到的復(fù)合控制器實(shí)現(xiàn)目標(biāo)電壓的快速、高精度跟蹤。

本發(fā)明具有以下有益結(jié)果：

本發(fā)明方法將擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器和有限時(shí)間控制技術(shù)結(jié)合的復(fù)合控制器應(yīng)用于直流升壓變換器，首先利用擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器技術(shù)在實(shí)驗(yàn)中采集的電壓、電流狀態(tài)信息基礎(chǔ)上對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行估計(jì)，得到系統(tǒng)中存在的負(fù)載擾動(dòng)和輸入電壓擾動(dòng)估計(jì)信息后，利用有限時(shí)間控制技術(shù)設(shè)計(jì)出復(fù)合控制器，在保證系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的情況下，可以明顯地抑制負(fù)載變化和輸入電壓波動(dòng)引起的擾動(dòng)，從而大大提高直流升壓變換器的跟蹤的速度和精度。