[發(fā)明專利]可擴(kuò)展型準(zhǔn)Z源升壓變換器及其雙積分滑??刂品椒?/span>有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201911120002.3 | 申請(qǐng)日: | 2019-11-15 |
| 公開(公告)號(hào): | CN110829840B | 公開(公告)日: | 2020-12-29 |
| 發(fā)明(設(shè)計(jì))人: | 唐代衛(wèi);李軍軍;劉沖;周瑞平 | 申請(qǐng)(專利權(quán))人: | 上海海事大學(xué) |
| 主分類號(hào): | H02M3/158 | 分類號(hào): | H02M3/158 |
| 代理公司: | 上海元好知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31323 | 代理人: | 張靜潔;徐雯瓊 |
| 地址: | 201306 上海市*** | 國(guó)省代碼: | 上海;31 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 擴(kuò)展 升壓 變換器 及其 積分 控制 方法 | ||
1.一種可擴(kuò)展型準(zhǔn)Z源升壓變換器,其特征在于,包含:直流電源DC,電容C0~電容C6,電感L1~電感L4,電阻R,二極管D,開關(guān)管S1~開關(guān)管S4;
電容C1的第二端連接電容C3的第一端,電容C3的第二端連接電容C5的第一端;
電感L1的第一端連接電容C1的第一端、直流電源DC的正極;電感L1第二端連接開關(guān)管S2的漏極、電容C2的第一端;電容C2的第二端連接電感L2的第二端、開關(guān)管S3的漏極、電容C4的第一端;電感L2的第一端連接開關(guān)管S2的源極、電容C1的第二端、電容C3的第一端;電感L2的第二端連接電容C4的第一端、開關(guān)管S3的漏極;
電感L3的第一端連接開關(guān)管S3的源極、電容C3的第二端、電容C5的第一端;電感L3的第二端連接電容C4的第二端、電容C6的第一端、開關(guān)管S4的漏極;開關(guān)管S4的源極連接電容C5的第二端、電感L4的第一端;
二極管D的正極連接電容C6的第二端、電感L4的第二端、開關(guān)管S1的漏極;電容C0和電阻R并聯(lián)連接設(shè)置在二極管D的負(fù)極和開關(guān)管S1的源極之間;
直流電源DC的負(fù)極連接開關(guān)管S1的源極;
所述可擴(kuò)展型準(zhǔn)Z源升壓變換器能夠拓展為多級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu);
所述可擴(kuò)展型準(zhǔn)Z源升壓變換器用于實(shí)現(xiàn)一種雙積分滑??刂品椒ǎ龇椒ò襟E:
S1、通過PWM波發(fā)生器生成的PWM脈沖控制連接開關(guān)管S1~Sn+2的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路,通過所述開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)開關(guān)管S1與開關(guān)管S2~Sn+2為互補(bǔ)導(dǎo)通狀態(tài);獲取所述升壓變換器的運(yùn)行參數(shù),直流電源DC的電壓值Vin,所述PWM脈沖的占空比u,根據(jù)開關(guān)管S1與開關(guān)管S2~Sn+2互補(bǔ)導(dǎo)通的兩種狀態(tài)建立所述升壓變換器的動(dòng)態(tài)模型;
S2、定義所述升壓變換器的控制變量,根據(jù)所述控制變量設(shè)計(jì)所述升壓變換器的滑模面;
S3、根據(jù)所述滑模面,設(shè)計(jì)所述雙積分滑??刂品椒ǖ内吔桑徊⒍x所述雙積分滑模控制方法的局部可達(dá)性條件;
S4、根據(jù)所述滑模面,應(yīng)用所述趨近律,求出所述雙積分滑??刂品椒ǖ膭?dòng)態(tài)等效控制率;
S5、根據(jù)所述雙積分滑模控制方法的可達(dá)性條件和穩(wěn)定條件,求出滑模系數(shù)值;
S6、根據(jù)所述滑模系數(shù)值及實(shí)時(shí)測(cè)量的i0、iL、VC、Vin更新所述動(dòng)態(tài)等效控制率;其中i0為電容C0的電流值,iL為為電感L1的電流值,電容C1~C2n+2的電壓值均相等,記為VC;Vin為直流電源DC的電壓值;將所述動(dòng)態(tài)等效控制率輸入到所述PWM波發(fā)生器生成新的PWM脈沖,進(jìn)入S1;
步驟S1中所述開關(guān)管S1與開關(guān)管S2~Sn+2為互補(bǔ)導(dǎo)通狀態(tài),具體是指在一個(gè)開關(guān)周期T內(nèi),若開關(guān)S1導(dǎo)通則開關(guān)管S2~Sn+2均斷開,若開關(guān)S1斷開則開關(guān)管S2~Sn+2均導(dǎo)通;開關(guān)管S1導(dǎo)通的時(shí)長(zhǎng)為uT,開關(guān)管S2~開關(guān)管Sn+2導(dǎo)通的時(shí)長(zhǎng)為(1-u)T;u為所述PWM脈沖的占空比,u∈(0,1);所述動(dòng)態(tài)模型為:
其中,L為L(zhǎng)1的電感值;iL為為電感L1的電流值;電容C1~C2n+2的電壓值均相等,記為VC;Vin為直流電源DC的電壓值;iin為直流電源DC輸出的電流值;i0為電容C0的電流值;V0為電容C0的電壓值;C為;C0為電容C0的電容值;t表示時(shí)間;n+1為所述可擴(kuò)展型準(zhǔn)Z源升壓變換器的級(jí)聯(lián)總數(shù);
步驟S2具體包含:
S21、定義所述升壓變換器的控制變量X,
其中X1,X2,X3,X4均為X中的元素,Vref為電容C0的參考電壓值,iref為電容C0的參考電流值;V0為電容C0的電壓值;iL為電感L1的電流值;t表示時(shí)間;iref=K(Vref-V0),K為比例系數(shù);
S22、根據(jù)所述控制變量設(shè)計(jì)所述升壓變換器的滑模面S的數(shù)學(xué)表達(dá)式;
S=α1X1+α2X2+α3X3+α4X4 (8)
其中α1、α2、α3、α4為滑動(dòng)系數(shù),且均大于零;
步驟S3具體包含:
S31、設(shè)計(jì)所述雙積分滑??刂品椒ǖ内吔蒘′為:
S′=-kd1S-kd2|S|asign(S) (9)
其中kd1、kd2為微分系數(shù),kd10,kd20,0a1;
符號(hào)函數(shù):
S32、定義所述雙積分滑??刂品椒ǖ木植靠蛇_(dá)性條件為:
且
步驟S4中,包含:
S41、對(duì)X求導(dǎo),得到所述升壓變換器動(dòng)力學(xué)模型:
S42、對(duì)公式(8)等號(hào)兩邊求導(dǎo),結(jié)合公式(11)得到
S′為對(duì)S求導(dǎo);i0為電容C0的電流值,C0為電容C0的電容值,L為L(zhǎng)1的電感值;Vin為直流電源DC的電壓值;u為所述PWM脈沖的占空比,u∈(0,1);t表示時(shí)間;n+1為所述可擴(kuò)展型準(zhǔn)Z源升壓變換器的級(jí)聯(lián)總數(shù);
S43、結(jié)合所述趨近律S′和滑模面的導(dǎo)數(shù)S′,得到所述雙積分滑模控制方法的動(dòng)態(tài)等效控制率ueq:
令K、K1、K2、K3為滑模系數(shù)、KD1、KD2、a為滑模趨近律系數(shù);
步驟S5具體包含:
S51、構(gòu)造李雅普諾夫函數(shù)
S52、將趨近律S′和滑模面的導(dǎo)數(shù)S′分別代入V′=SS′,其中V′為對(duì)V求導(dǎo);得到兩種不同形式的表達(dá)式,其中的第一種表達(dá)式為:
當(dāng)S→0+,S′0時(shí),u=1,
當(dāng)S→0-,S′0時(shí),u=0,
其中的第二種表達(dá)式為:
V′=S[-kd1S-kd2|S|asign(S)]0 (17);
S53、將等效控制律ueq帶入X′中的u,得到一個(gè)理想的滑模連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型:
所述雙積分滑??刂品椒ǖ姆€(wěn)定條件為為的導(dǎo)數(shù),求解滿足所述穩(wěn)定條件的
S54、引入所述升壓變換器穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)的擾動(dòng)項(xiàng):
Xa為理想系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,為理想系統(tǒng)的擾動(dòng)項(xiàng),為輸入電壓的擾動(dòng)項(xiàng),vin為所述連續(xù)系統(tǒng)的理想輸入電壓;
得到所述穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)的理想滑動(dòng)動(dòng)態(tài)線性化系統(tǒng)方程:
式中AS、BS為系數(shù)矩陣,所述理想滑動(dòng)動(dòng)態(tài)線性化系統(tǒng)的特征方程為:
|AS-λE|=0 (21);
S55、通過公式(15)、(16)、(17)、(21),求出滑模系數(shù)K、K1、K2、K3及滑模趨近律系數(shù)KD1、KD2、a的取值范圍。
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H02M 用于交流和交流之間、交流和直流之間、或直流和直流之間的轉(zhuǎn)換以及用于與電源或類似的供電系統(tǒng)一起使用的設(shè)備;直流或交流輸入功率至浪涌輸出功率的轉(zhuǎn)換;以及它們的控制或調(diào)節(jié)
H02M3-00 直流功率輸入變換為直流功率輸出
H02M3-02 .沒有中間變換為交流的
H02M3-22 .帶有中間變換為交流的
H02M3-24 ..用靜態(tài)變換器的
H02M3-34 ..用動(dòng)態(tài)變換器的
H02M3-44 ..由靜態(tài)變換器與動(dòng)態(tài)變換器組合的;由機(jī)電變換器與另一動(dòng)態(tài)變換器或靜態(tài)變換器組合的





