[發明專利]一種直流降壓變換器的連續滑模無電流傳感器控制方法

有效

• 申請號: 201710232499.2
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN107093955B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 李世華;王佐;楊俊;張璐;戴忱;李奇
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02M3/157
• 分類號: H02M3/157
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 姜慧勤

本發明公開了一種直流降壓變換器的連續滑模無電流傳感器控制方法，該方法基于降壓平均狀態模型，利用連續滑模控制理論和有限時間觀測器設計復合連續控制器，使降壓變換器在無需電流傳感器的條件下，仍可以精確跟蹤參考輸入電壓，降低系統的硬件成本，提高系統的容錯性。同時有限時間觀測器還可以用來估計變換器系統因參數攝動、輸入電壓波動和負載突變引起的干擾，提高系統的抗干擾能力。本發明所設計的無電流傳感復合控制器能夠在直流降壓變換器存在參數攝動、輸入電壓波動和負載突變的情況下，實現對于參考電壓的精確跟蹤。通過實例驗證，本發明所提出的復合控制器可以消除傳統滑模的抖顫現象，并使閉環系統具有良好的響應速度和抗干擾能力。

技術領域

本發明涉及一種直流降壓變換器的連續滑模無電流傳感器控制方法，具體涉及一種基于連續滑模控制和有限時間觀測器的直流降壓變換器無電流傳感器控制方法，屬于電力電子變換器技術領域。

背景技術

近年來，隨著智能電網和分布式新能源的迅速發展，促進了直流降壓變換器系統在多種直流電壓調節系統中的廣泛應用，其應用場合包括：高壓直流輸配電系統、直流電機驅動系統、太陽能光伏發電系統、工業自動化系統及軍事航天等領域。作為最常見和基礎的電能轉換裝置，直流降壓變換器輸出電壓響應速度、抗干擾能力和跟蹤精度都對與其連接的電氣設備起到至關重要的作用，因而對于直流降壓變換器的高精度控制研究受到越來越多的關注。此外，為降低系統的成本和提高系統的容錯能力，無電流傳感技術也成為研究的熱點。

傳統的PID控制方法作為工程中最為常見的控制方法，因其結構簡單、實現方便、對硬件性能要求不高等優點被廣泛應用于直流變換器系統。但由于其線性控制的局限性難以滿足實際控制的高精度需求，尤其在直流變換器系統存在參數攝動、輸入電壓波動及負載突變等情況。隨著微控制器計算能力的大幅度提升和半導體器件成本的下降，大量的先進非線性控制方法得以研究和成功應用于直流降壓變換器系統，例如魯棒控制、抗干擾控制、自適應控制、最優控制、滑模控制等。這些方法都從不同方面提升了降壓變換器系統的性能。

值得提出的是，滑模控制因其對于參數不確定以及外界干擾有著很強的魯棒性，且其切換控制的特點恰好符合電力電子變換器系統開關器件的動作特性，在電力電子變換器系統中得到廣泛研究。文獻(黃忻,汪健,陳宗祥,等.基于FPGA的比例積分滑模控制DC/DC變換器研究[J].電機與控制學報,2016,20(9):67-72)通過設計電感電流、輸出電壓及其積分的線性組合滑模面，在系統參數變化、供電電壓變化以及外部干擾情況下，實現輸出電壓的穩定跟蹤。但該方法設計的控制率是不連續，導致控制器的抖顫現象，不僅增加開關器件的損耗，也會引起輸出電壓的波動。文獻(Ling R.,Maksimovic D.,Leyva R.,Second-Order Sliding-Mode Controlled Synchronous Buck DC–DC Converter[J].IEEETransactions on Power Electronics,2016,31(3):2539-2549)中針對直流降壓變換器設計了二階連續滑模控制器，實驗結果表明該方案能夠實現對于系統干擾的有效抑制，達到較高的跟蹤精度。但該方法同時需要電壓和電流的測量信息，在一定程度上提高了系統的成本，無法滿足系統的高容錯性要求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種直流降壓變換器的連續滑模無電流傳感器控制方法，該方法結合有限時間觀測器和連續滑模技術，實現對直流降壓變換器參考電壓快速、準確跟蹤及干擾精確補償抑制。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種直流降壓變換器的連續滑模無電流傳感器控制方法，包括如下步驟：

步驟1，分別以直流降壓變換器的電容電壓、電感電流為狀態量，采用時間平均技術，同時考慮直流降壓變換器參數攝動、輸入電壓波動和負載突變的影響，建立直流降壓變換器的受擾狀態空間平均模型；