[發明專利]一種受擾直流降壓變換器系統的新型建模及復合抗干擾控制方法

在審

• 申請號: 202010624522.4
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111756238A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 李生權;王書旺;李娟;唐勇威
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156;H02M1/44;G06F30/20
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務所(普通合伙) 32222
• 代理人: 許必元

1.一種受擾直流降壓變換器系統的新型建模及復合抗干擾控制方法，其特征在于：所述新型建模及復合抗干擾控制方法的步驟如下：

(1)對直流降壓變換器系統進行建模

對系統進行數學建模，由于傳統的建模的方式中會存在不匹配干擾影響控制器的控制效果，因此通過分析不匹配干擾的物理意義，判斷其可導，后通過微分將其轉化為匹配的干擾，進而對其設計控制器，這樣在可以簡化控制器的設計同時發揮控制器原本的優勢；

(2)設計擴張狀態觀測器

對于系統輸出當中有些十分關鍵的狀態但是目前的技術難以測量的可以通過擴張狀態觀測器來實現，ESO可以通過采集系統的輸入和輸出信號，實時的估計系統的全部狀態變量，同時ESO擴張的那一階系統狀態是用來估計系統的總干擾，所謂的總干擾是所有影響被控輸出的干擾的集合，因此使用ESO可以有效估計出實際系統中的干擾以及不確定性對于系統的影響，進而對總干擾進行補償；

(3)設計直流降壓變換器的抗干擾復合滑?？刂破?/p>

利用滑?？刂频膬瀯?，以其對匹配干擾不敏感的特點，大大提高閉環系統的魯棒性，同時采用非奇異滑模控制，使得從理論上更能證明其符合實際工程的標準，并且經過ESO補償過后的系統只需要很小的切換增益便能達到期望效果，解決了傳統滑模控制中大切換增益帶來的抖振問題。

2.根據權利要求1所述的一種受擾直流降壓變換器系統的新型建模及復合抗干擾控制方法，其特征在于，步驟(1)中所述對直流降壓變換器系統進行建模的具體方法如下：

根據電容電壓不能突變，電感電流不能突變的原理得到直流降壓變換器開通和關閉狀態下的數學模型：

開關打開：開關閉合：

進而得到直流變換器的平均數學模型：

其中：其中：E是輸入電壓值，L是電感，C是電容，R是負載電阻，i_L是流過電感的電流，v_o既是輸出電壓值，同時也是電容兩端電壓值，μ∈[0，1]是占空比；

建立出參考值和系統輸出誤差之間的數學模型：

令x₁＝v_o-v_r可得：

d₁(t)的物理意義為流經負載的電流與電容的比值的變化量，是可導的，所以將原本不匹配干擾d₁(t)，通過求導轉化為匹配干擾，令得：

代表了輸入電壓變化帶來的干擾，直流降壓變換器平均數學模型推導如下：

令將數學模型改寫為：

令d₄(t)代表了系統中各種不確定性，狀態變量x₂滿足：

令D代表了系統中影響輸出電壓的總擾動，且D是有界的

3.根據權利要求1所述的一種受擾直流降壓變換器系統的新型建模及復合抗干擾控制方法，其特征在于，步驟(2)中所述設計擴張狀態觀測器的具體方法如下：

通過設計一個擾動觀測器，以觀察輸入電壓和負載電阻變化引起的干擾，根據上述建模方法，直流降壓變換器是一個二階系統，其總擾動D包括匹配和不匹配擾動，被定義為擴展狀態變量x₃，為了便于參數調整，設計如下三階線性擴張狀態觀測器：

式中：分別是系統狀態x₁,x₂的估計值，跟蹤了系統的總擾動D，ω是觀測器的帶寬，b_o是系統的控制增益；為糾錯項，當跟蹤x₁精度很高時，觀測器觀測出的系統便是一個易于控制的積分串聯型，方便滑?？刂破鞯脑O計和使用。

4.根據權利要求1所述的一種受擾直流降壓變換器系統的新型建模及復合抗干擾控制方法，其特征在于，步驟(3)中設計直流降壓變換器的抗干擾復合滑模控制器的具體方法如下：

在不引起奇異性問題的前提下，設計一種非奇異終端滑模，以實現有限時間的快速收斂，設計出一種適用于直流降壓變換器系統的非奇異終端滑?？刂频幕瑒幽Ｐ兔婧涂刂坡桑?/p>

其中：p和q是正奇數，同時滿足η＞0為滑?？刂频那袚Q增益，β＞0為常數；通過引入指數項，將傳統滑模會在t＝∞處到達平衡點，改造成有限時間內到達平衡點，證明推算如下：

令系統狀態變量從s(0)≠0到s＝0的時間定義為t_r，從到的時間定義為t_s；此外，s＝0的時間定義為t_s；系統狀態變量在滑動模態面上的運動推導如下：

收斂到t_s平衡點的時間可由下式求得：

兩邊同時進行定積分：

通過引入非線性環節，系統狀態變量在有限時間內沿滑動面收斂到平衡點，根據實際工程中的要求對控制器參數進行設計，使得系統能在規定時間內達到目標。