[發明專利]基于魯棒擾動觀測器的DC-DC變換器動態補償方法及系統

有效

• 申請號: 201910814113.8
• 申請日: 2019-08-30
• 公開（公告）號: CN110460035B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 胡長斌;王海鵬;羅珊娜;馬瑞;范輝;周京華;郝曉光;溫春雪;樸政國
• 申請（專利權）人: 北方工業大學;國網河北省電力有限公司電力科學研究院;國網河北能源技術服務有限公司
• 主分類號: H02J1/10
• 分類號: H02J1/10
• 代理公司: 北京康盛知識產權代理有限公司 11331
• 代理人: 董娣

1.一種基于魯棒擾動觀測器的DC-DC變換器動態補償方法，其特征在于，所述方法包括：

補償參數計算步驟，獲取DC-DC變換器的狀態空間模型，并對所述狀態空間模型的電壓補償控制器及電流內環補償控制器分別求解，得到所述DC-DC變換器的狀態空間模型動態補償控制架構的所有參數；其中，對所述狀態空間模型的電壓補償控制器求解方法為：基于魯棒擾動觀測器控制架構中的將電壓補償控制器求解進行模型匹配轉化，使用擾動作用于控制對象的傳遞函數T₂、電壓補償控制器Q(_S)、擾動觀測器T₃三個串聯的傳遞函數矩陣逼近傳遞函數矩陣T₁求解電壓補償控制器：

對于最小相位系統，可以通過模型匹配轉化計算得出電壓補償控制器的解；

對于非最小相位系統，可以通過線性矩陣不等式LMI對其進行求解，得到電壓補償控制器的解；

動態補償控制步驟，根據動態補償控制架構的所有參數進行DC-DC變換器動態補償控制。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述補償參數計算步驟包括：

列寫直流微網中各DC-DC變換器的微分方程，并將所述微分方程轉化為狀態空間模型的標準方程；

基于所述狀態空間模型的標準方程，通過龍伯格觀測器得到擾動觀測器的狀態空間方程；

對所述狀態空間方程的電壓補償控制器求解，得到所述電壓補償控制器的解；

基于DC-DC變換器的動態結構圖，對電流內環補償控制器求解，得到所述電流內環補償控制器的解；

將所述電壓補償控制器的解與電流內環補償控制器的解代入傳統控制結構，得到基于魯棒擾動觀測器的DC-DC變換器動態補償控制架構的所有參數。

3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述補償參數計算步驟包括：

列寫DC-DC變換器的微分方程：

其中，V_i為DC-DC變換器輸出電壓，I_ti為電感電流，I_Li為擾動電流，V_ti為buck變換器開關管后電壓，R_ti為電感寄生電阻，L_ti為電感，C_ti為電容，D為占空比；

將DC-DC變換器轉換為的狀態空間模型的標準方程：

其中，V_i0、I_ti0、I_Li0分別為穩態點輸出電壓、電感電流、擾動電流， 為DC-DC變換器輸出電壓狀態變量， 為電感電流狀態變量；

選取載波幅值為±V_c，可得調制波V_r與平均值V_ti的關系：

其中，E為boost變換器電源電壓；

可將V_ti＝V_r+E/2代入狀態空間模型的標準方程，得到DC-DC變換器的標準狀態空間方程形式。

4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述補償參數計算步驟包括：

根據基爾霍夫定律和拉普拉斯變換得出DC-DC變換器中的電壓電流關系：

其中，s為電壓電流關系變量，I_ti(s)為電感電流變量函數，V_ti(s)為buck變換器開關管后電壓變量函數，V_i(s)為DC-DC變換器輸出電壓變量函數，L_i為擾動電感，R_ti為電感寄生電阻，I_L(s)為擾動電流變量函數，C_ti為電容；

對DC-DC變換器動態補償控制架構進行分解，可得：

其中，r為動態補償控制架構輸入擾動，K_pwm為PWM波開關頻率；

當載波幅值為E/2時K_pwm為1，可得DC-DC變換器電流環補償控制器的解為：

5.一種基于魯棒擾動觀測器的DC-DC變換器動態補償系統，其特征在于，所述系統包括：

補償參數計算模塊，用于獲取DC-DC變換器的狀態空間模型，并對所述狀態空間模型的電壓補償控制器及電流內環補償控制器分別求解，得到所述DC-DC變換器的狀態空間模型動態補償控制架構的所有參數；其中，對所述狀態空間模型的電壓補償控制器求解方法為：基于魯棒擾動觀測器控制架構中的將電壓補償控制器求解進行模型匹配轉化，使用擾動作用于控制對象的傳遞函數T₂、電壓補償控制器Q(_S)、擾動觀測器T₃三個串聯的傳遞函數矩陣逼近傳遞函數矩陣T₁求解電壓補償控制器：

對于最小相位系統，可以通過模型匹配轉化計算得出電壓補償控制器的解；

對于非最小相位系統，可以通過線性矩陣不等式LMI對其進行求解，得到電壓補償控制器的解；

動態補償控制模塊，用于根據動態補償控制架構的所有參數進行DC-DC變換器動態補償控制。