[發明專利]基于狀態機控制器的Boost DC-DC變換器的負載預估方法

有效

• 申請號: 201910463051.0
• 申請日: 2019-05-30
• 公開（公告）號: CN110086343B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 凌睿;鄧策亮
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 重慶天成卓越專利代理事務所(普通合伙) 50240
• 代理人: 路寧

本發明提出了一種基于狀態機控制器的Boost DC?DC變換器的負載預估方法，包括：步驟1，根據Boost變換器選定的控制變量在不同的電路結構下建立微分方程，建立關于控制變量的相平面；對Boost變換器建立基于二階滑?？刂频挠邢逘顟B機控制器，在無輸出超調量的情況下，獲得基于二階滑?？刂频挠邢逘顟B機控制器收斂條件；步驟2，根據狀態機的工作流程和Boost電路的工作特點推導得到在相平面左半平面工作時的負載的預估公式和預估程序工作流程。步驟3，根據狀態機的工作流程和Boost電路的工作特點推導得到在相平面右半平面工作及穩態時的負載的預估公式和預估程序工作流程。

技術領域

本發明涉及自動化控制領域，尤其涉及一種基于狀態機控制器的Boost DC-DC變換器的負載預估方法。

背景技術

脈寬調制(PWM)控制被廣泛應用于直流——直流(DC-DC)變換器。它根據輸出電壓和其他狀態變量獲得輸出切換信號，控制DC-DC變換器跟蹤參考電壓。這種方法需要用到輸出誤差的積分項來保證穩態時的零誤差。其主要優點是能夠讓變換器在常值切換頻率下工作，使得它具有很好的電磁兼容性(EMI)。然而，它也存在一些缺點：

1)積分項可能減慢變換器的動態響應；

2)它是基于小信號的控制方法，變換器的動態性能僅僅在平衡點附近的一個范圍內得以保證。因此，人們開始研究簡單，快速的控制方法例如混合數字自適應控制，近似時間最優控制，邊界控制，Raster控制。

滑?？刂剖且环N非線性控制方法，它對參數不確定性和外部擾動具有很好的魯棒性，能夠滿足變換器的大信號和小信號條件，是DC-DC變換器PWM控制的一種替代方法。傳統的滑模控制用滑模面s＝0將狀態控制劃分為2個子空間，在不同子空間中采用不同的控制作用{U⁺,U^-}，產生控制輸出對變換器進行調節，使得系統動態軌跡保持在s＝0?；？刂茝娬{的是在不同的電路結構下使用一種切換函數，但是由于Boost變換器是非最小相位系統，在不同電路結構下無法只用一種切換函數就完成控制。邊界控制方法，類似與高階滑?？刂品椒ǎ捎酶唠A切換面，可以實現很好的控制效果。但應用到Boost變換器的邊界控制方法仍然需要同時測量電感電流和輸出電流，這增加了控制方法的成本。邊界控制方法在負載已知的情況下可以實現較好的動態響應，但如果負載擾動較大，其消耗的調整時間較長。系統無法在較大的負載范圍內實現較好的魯棒性。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題，特別創新地提出了一種基于狀態機控制器的Boost DC-DC變換器的負載預估方法。

本發明提出一種基于狀態機控制器的Boost DC-DC變換器的負載預估方法。負載預估方法以基于狀態機控制器的Boost DC-DC變換器電壓控制方法為基礎，通過分析狀態機工作流程及電路的工作特性得到動態的負載更新方法?；跔顟B機控制器的Boost DC-DC變換器電壓控制方法以二階滑模的切換函數思想為基礎，在Boost變換器的兩種電路結構下分別設計切換函數，使運動軌跡在切換平面的限制下按照規定軌跡運動，最終進入穩態的極限環?；谝陨咸岢龅臓顟B機控制器結合具體的狀態機工作流程，通過分析切換條件與負載之間的具體關系，在不檢測輸出電流的情況下得到在相平面左或右平面工作時的負載預估方法。

為了實現本發明的上述目的，本發明提供了一種基于狀態機控制器的Boost DC-DC變換器的負載預估方法，其關鍵在于，包括：

步驟1，根據Boost變換器選定的控制變量在不同的電路結構下建立微分方程，建立關于控制變量的相平面；對Boost變換器建立基于二階滑?？刂频挠邢逘顟B機控制器，在無輸出超調量的情況下，獲得基于二階滑模控制的有限狀態機控制器收斂條件；

步驟2，根據狀態機的工作流程和Boost電路的工作特點推導得到在相平面左半平面工作時的負載的預估公式和預估程序工作流程。