[發明專利]一種基于非線性擴張狀態觀測器和PD控制技術的直流升壓變換器系統控制方法

在審

• 申請號: 202010106640.6
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111431403A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 王軍曉;戎佳藝;楊海;俞立
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156;H02M3/157;H02M1/44
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

1.一種基于非線性擴張狀態觀測器和PD控制技術的直流升壓變換器系統控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟一、組建一個直流升壓變換器，以系統的電感電流、電容電壓為狀態變量，依靠時間平均技術，將時變、非線性的開關電路轉換為等效的時不變、線性的連續電路，由此可對開關變換器進行大信號瞬態分析，建立系統的狀態空間平均模型，以開關管的兩種狀態u＝0或1，建立升壓變換器的模型：

開關管Q關斷時，控制量輸入為0即u＝0，電感電流i_L通過二極管D向輸出側流動，電源功率和電感的儲能向負載和電容轉移，給電容充電，此時，加在電感上的電壓為v_in-v_o，因v_o＞v_in，故i_L線性減小；

開關管Q導通時,控制量輸入為1即u＝1，電源電壓v_in全部加到升壓電感上，電感電流i_L線性增長，此時二極管D截止，負載由濾波電容供電；

整理模型如下：

步驟二、分別設計兩個非線性擴張狀態觀測器，對負載電阻變化和輸入電壓波動進行估計，觀測器Ⅰ設計為：

式中為電感電流的估計值，為輸入電壓擾動的估計值，觀測器增益λ₁,λ₂＞0；

觀測器Ⅱ設計為：

式中為輸出電壓的估計值，為負載電阻擾動的估計值，觀測器增益λ₃,λ₄＞0；

步驟三、在已設計的非線性擴張狀態觀測器的基礎上，升壓變換器選擇輸出電壓作為被控變量時系統為非最小相位系統，因此，考慮到系統的非最小相位特性，基于系統總儲能設計控制器；

升壓變換器系統的總儲能為：

對上式進行二次微分，得到：

其中：

分別為輸入電壓和負載電阻的估計值；

系統總儲能參考值為:

其中電感電流的參考值為：

系統總儲能偏差定義為：

e＝y-y_r

對上式進行二次微分，得到：

控制器設計為：

其中k_p,k_d為控制器參數，當k_p,k_d＞0時，閉環系統的輸出電壓v_o就實現了對于參考電壓v_r的跟蹤。

2.根據權利要求1所述的一種基于非線性擴張狀態觀測器和PD控制技術的直流升壓變換器系統控制方法，其特征在于，所述的是直流升壓電力電子變換器，所采用的模型是狀態平均模型。

3.根據權利要求1或2所述的一種基于非線性擴張狀態觀測器和PD控制技術的直流升壓變換器系統控制方法，其特征在于，所考慮的系統擾動是電壓輸入的變化和負載電阻擾動。

4.根據權利要求1或2所述的一種基于非線性擴張狀態觀測器和PD控制技術的直流升壓變換器系統控制方法，其特征在于，所考慮的系統擾動觀測器是非線性擴張狀態觀測器，所采用的控制器是PD控制器。