[發明專利]一種針對不匹配干擾的Buck型功率變換器的分數階滑模控制方法

有效

• 申請號: 202011628216.4
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112821758B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 劉發剛;吳立剛;林欣魄;房淑賢;劉健行;孫玉君;孫光輝;鄭貴;劉壯
• 申請（專利權）人: 國網黑龍江省電力有限公司綏化供電公司;國家電網有限公司;哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M1/36
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 楊曉輝

1.一種針對不匹配干擾的Buck型功率變換器的分數階滑模控制方法，該控制方法包括以下步驟：

步驟一、建立Buck型功率變換器模型；

步驟二、設計高階滑模觀測器；

步驟三、根據步驟一建立的Buck型功率變換器模型設計分數階滑模控制器；

步驟四、利用步驟二設計的高階滑模觀測器觀測步驟一建立Buck型功率變換器模型的匹配和非匹配干擾，并將高階滑模觀測器觀測到的非匹配干擾引入至步驟三設計的分數階滑模控制器中，對不匹配干擾進行補償；

其特征在于，步驟一中建立Buck型功率變換器模型的具體方法為：

通過狀態空間法將Buck型功率變換器表示成如下形式：

令x₁＝v_o-v_d，Buck型功率變換器模型可重寫為：

其中，為Buck型功率變換器模型中的不匹配干擾，為Buck型功率變換器模型中的匹配干擾，v_o為Buck型功率變換器模型的輸出電壓，為v_o的一階導數，v_in為Buck型功率變換器模型的輸入電壓的實際值，v_in0為輸入電壓的Buck型功率變換器模型的輸入電壓的標稱值，u∈[0,1]為控制輸入，即Buck型功率變換器的占空比，v_d為參考電壓，為v_d的一階導數，為v_d的二階導數，i_L為電感電流，為i_L的一階導數；為x₁的一階導數，為x₂的一階導數，R為實際的負載電阻值，R₀為標稱的負載電阻值，C為實際的電容值，C₀為標稱的電容值，L為實際的電感值，L₀為標稱的電感值。

2.根據權利要求1所述的一種針對不匹配干擾的Buck型功率變換器的分數階滑模控制方法，其特征在于，步驟二中設計的高階滑模觀測器的具體形式為：

其中，i∈{1,2}，sgn^κ(·)＝|·|^κsign(·)，sign()為數學中的符號函數，κ為一任意實數；和均為中間量，和也均為中間量，并且，為x_i的估計值，為的一階導數，為d_i的估計值，為的一階導數，為d_i一階導數的估計值；L_i是要被設計的正常數；和均為常數，且

3.根據權利要求2所述的一種針對不匹配干擾的Buck型功率變換器的分數階滑模控制方法，其特征在于，步驟三中設計分數階滑模控制器的具體步驟為：

步驟三一、確定控制目標：在Buck型功率變換器模型含有不匹配干擾的情況下，使系統的輸出電壓v_o跟蹤到給定值v_d；

即：v_o→v_d(4)；

步驟三二、設計滑模面；

步驟三三、確定分數階滑模控制器的具體形式。

4.根據權利要求3所述的一種針對不匹配干擾的Buck型功率變換器的分數階滑模控制方法，其特征在于，步驟三二中設計的滑模面的具體方法為：

其中，0＜θ＜1，0＜χ＜1，c₁＞0，c₂＞0是四個待設計的正常數；為分數階算子，定義如下：

其中，μ為一任意實數，當μ＜0時，采用，分數階積分定義如下：

其中為Gamma函數；

當μ＞0時，分數階微分定義如下：

其中，m為小于μ的最大整數。

5.根據權利要求4所述的一種針對不匹配干擾的Buck型功率變換器的分數階滑模控制方法，其特征在于，步驟三三中分數階滑模控制器的具體形式為：

u＝u_eq+u_sw

γ₁和γ₂的選取方式為：

γ₁＞0

其中，u_eq為等效控制項，u_sw為切換控制項，γ₁γ₂均為被設計的控制參數，δ₄為采用的高階滑模觀測器后的最終收斂區間，為d₂的一階導數，為d₂一階導數的估計值。