[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

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，屬于直流降壓變換器抗干擾控制技術領域，首先對系統進行數學建模，對于存在的不匹配干擾的物理意義進行判斷，判斷其可導之后通過微分環節將不匹配干擾轉換為匹配干擾；再通過ESO觀測系統各階狀態信息，采取前饋補償的方式調整占空比的大小，同時設計滑模控制時考慮了系統部件承載能力、負荷大小方面約束，具有控制高精度的能力；最后，對ESO跟蹤誤差進行補償，使得ESO逐漸將系統改造為更加利于控制的積分串聯形式，利于設計滑模控制器，使得兩種控制策略互補缺陷，發揮各自優勢來應對外界的各種各樣的干擾，可用于復雜環境的直流降壓變換器系統。

技術領域

本發明屬于直流降壓變換器抗干擾控制技術領域，涉及一種受擾Buck型DC/DC變換器的新型建模及復合抗干擾控制方法，具體的說是涉及一種利用新的建模方式將系統中不匹配干擾問題轉化為匹配干擾進行處理的直流降壓變換器系統的新型建模及復合抗干擾控制方法。

背景技術

DC/DC變換器是在20世紀60年代早期發展起來的，當時半導體開關等相關技術已經成熟。航天工業對小型，輕量化和高效率的電力變換器器的需求導致DC/DC變換器的快速發展。隨著半導體和集成電路的引入，在考慮成本的情況下，使得通過使用一個高頻、輕巧、成本低的變壓器將直流電源轉換成高頻交流電源并能恢復到直流電源的方案成為可能。盡管到了1976年，晶體管車載無線電接收機不再需要高電壓，但是一些業余無線愛好者還是會繼續使用振動器電源和發電機用于需要高電壓供電的移動收發機。1977年，來自加州理工學院的R.D.Middlebrook提出了一種DC/DC變換器狀態空間平均模型，該模型分別對變換器開關管在打開和關閉情況下的系統狀態進行可簡化描述，建立了系統的狀態方程。這種新模型一直沿用至今，并促進了DC/DC變換器的發展。如今，DC/DC變換器在電子電力等領域中已經得到了廣泛應用，并且正朝著高頻化、輕小化、可靠性高、穩定性好、轉換效率高等方向發展。

隨著技術的發展，開關變換器逐步取代了線性電源，稱為供電使用的主流電源器件。而日常用電設備中，帶有微處理器的集成電路成為非常重要的一部分，這類電路對供電的電源質量要求較高，微小的電壓變化可能導致非常大的負載電流變化，這類電流的變化要求DC/DC變換器具有快速地響應速度，以滿足其供電要求。文獻(Li W Y，Zhang J.PWM/PFM Dual-Mode Synchronous Boost DC-DC Regulator[J].Applied MechanicsMaterials，2013，380-384:3209-3212.)電力電子變換器作為電能變換的重要組成部分，被廣泛應用于工業系統，如直流電機驅動器、計算機系統、通信設備、汽車系統和高壓直流(high voltage direct current，HVDC)傳輸等。文獻(SALIMI M，SOLTANI J，MARKDEHI GA，ABJADI NR.Adaptive nonlinear control of the DC-DC buck converters operatingin CCM and DCM.International Tractions On Electrical Energy System，2013，23(8):1536-1547.)在實際直流供電設備中，大多工作場合對直流變換器系統的輸出電壓精度要求越來越高，而且要求系統能夠快速地適應各種不同的工作情況。文獻(SIRA-RAMIREZH.On the generalized PI sliding mode control of DC-to-DC power converters:atutorial.International Journal of Control，2003(76)1018-1033.)但由于電壓調節受到各種干擾和系統不確定性的影響，例如，負載電阻擾動，輸入電壓變化，電路參數攝動等。文獻(KUMAR M，GUPTA R.Stability and sensitivity analysis of uniformly sampledDC–DC converter with circuit parasites.IEEE Transactions on Circuits andSystems，2016，63(11):2086–2097.)各種不確定因素不可避免地會降低功率轉換的質量和效率,因此給直流降壓變換器的高性能輸出電壓調節帶來巨大挑戰。