[發(fā)明專利]一種功率變換器的復(fù)合非奇異終端滑模控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710187047.7
• 申請(qǐng)日: 2017-03-27
• 公開（公告）號(hào): CN106877658B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬莉;倪媛媛;丁世宏;劉陸
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M3/156
• 分類號(hào): H02M3/156
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 王素琴

一種功率變換器的復(fù)合非奇異終端滑模控制方法，涉及一種降壓變換器的滑模控制方法與擾動(dòng)觀測(cè)技術(shù)結(jié)合的控制方案。本發(fā)明基于降壓變換器的平均狀態(tài)模型，將一階非奇異終端滑模控制與非線性擾動(dòng)觀測(cè)技術(shù)相結(jié)合，通過采用定頻PWM方式，改變開關(guān)器件的占空比來控制其導(dǎo)通或關(guān)斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降壓變換器的目標(biāo)電壓輸出。本發(fā)明提出了一種基于非奇異終端滑模與擾動(dòng)觀測(cè)技術(shù)相結(jié)合的功率變換器控制方法，以解決傳統(tǒng)滑模/PID控制響應(yīng)速度慢、電壓輸出品質(zhì)不高、抗擾動(dòng)性差等問題。所述控制方法中非奇異終端滑模具有全局快速收斂，精度高的優(yōu)點(diǎn)，擾動(dòng)觀測(cè)技術(shù)可對(duì)干擾進(jìn)行等效補(bǔ)償，很大程度上消除了高頻抖振對(duì)輸出電壓的影響，從而提高了功率變換器控制系統(tǒng)的抗干擾性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子變換器領(lǐng)域，具體是利用非奇異終端滑模技術(shù)來提高降壓變換器輸出電壓的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，以及用非線性擾動(dòng)觀測(cè)技術(shù)對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，從而進(jìn)一步削弱滑模控制中廣泛存在的抖振。

背景技術(shù)

目前，在變換器的實(shí)際控制過程中，由于滑模控制具有其他控制不具備的一些優(yōu)點(diǎn)而受到青睞，如具有快速響應(yīng)、對(duì)參數(shù)變化不靈敏等，在電力系統(tǒng)、機(jī)器人控制、飛行器等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。因其本身的特點(diǎn)，狀態(tài)軌跡在滑模面附近時(shí)由于慣性、時(shí)間和空間滯后等原因，系統(tǒng)存在抖振。為了解決該問題，一般都是利用邊界層方法來解決抖振問題，但是抗干擾性能也相應(yīng)降低。針對(duì)該問題，一些學(xué)者提出了終端滑模控制方法，較普通的滑模控制，具有更好的抗干擾性能。

另一方面，為了補(bǔ)償實(shí)際系統(tǒng)中存在的系統(tǒng)不確定性和外部擾動(dòng)等，工程上開始利用擾動(dòng)觀測(cè)技術(shù)對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)并補(bǔ)償。較為成熟的是對(duì)線性系統(tǒng)的擾動(dòng)觀測(cè)器設(shè)計(jì)，其中經(jīng)典的頻域擾動(dòng)觀測(cè)器以其控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利用模型倒數(shù)和低通濾波器即可構(gòu)建等優(yōu)點(diǎn)，在運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域中得到了廣泛而深入地應(yīng)用。然而，非線性特性普遍存在于控制系統(tǒng)中,對(duì)于非線性因素影響較大的系統(tǒng)，線性擾動(dòng)觀測(cè)器無法適用，此時(shí)應(yīng)該有針對(duì)性的設(shè)計(jì)非線性擾動(dòng)觀測(cè)器。由于非線性系統(tǒng)的復(fù)雜性，相比于線性系統(tǒng)的擾動(dòng)觀測(cè)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,對(duì)于非線性擾動(dòng)觀測(cè)技術(shù)的應(yīng)用剛起步，還沒有形成一個(gè)完整的體系。

本文為了更加精確地實(shí)現(xiàn)對(duì)功率器件的控制設(shè)計(jì)，利用擾動(dòng)觀測(cè)技術(shù)對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擾動(dòng)補(bǔ)償，最終與終端滑模控制器相結(jié)合形成復(fù)合控制，從而進(jìn)一步降低了擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)輸出品質(zhì)的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種功率變換器的復(fù)合非奇異終端滑模控制方法，為了解決現(xiàn)有的傳統(tǒng)滑模控制方法中存在的對(duì)電壓輸出響應(yīng)較慢，抗擾動(dòng)能力不夠高等問題。針對(duì)降壓型Buck變換器，利用非奇異終端滑模與擾動(dòng)觀測(cè)結(jié)合的相關(guān)理論設(shè)計(jì)控制器，其具體的技術(shù)方案如下：

一種功率變換器的復(fù)合非奇異終端滑模控制方法,包括以下三步:

步驟一、降壓變換器的平均狀態(tài)模型建立；

步驟二、非奇異終端滑模控制器設(shè)計(jì)；

步驟三、基于非奇異終端滑模和擾動(dòng)觀測(cè)的復(fù)合控制設(shè)計(jì)。

進(jìn)一步，步驟一中所述降壓變換器的狀態(tài)空間平均模型為：

其中，V_g是直流電壓源，L是電感，C是電容，R是負(fù)載，i_L是電感電流，u_C是輸出電壓，d是開關(guān)量，其值取0或1，則降壓變換器系統(tǒng)如下：

考慮擾動(dòng)時(shí)，上述表達(dá)式可以寫為：

其中，△V_g、△L、△R、△C分別表示對(duì)應(yīng)的擾動(dòng)不確定因素。

進(jìn)一步可將上式寫成如下形式：