[發(fā)明專利]一種多相DCDC魯棒控制器設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110188359.6
• 申請日: 2021-02-18
• 公開（公告）號: CN112965385B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韋莉;嚴(yán)文
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 上?？坡蓪＠硎聞?wù)所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

1.一種多相DCDC魯棒控制器設(shè)計(jì)方法，其特征是，包括步驟：

步驟1：建立含有二次非線性成分的動態(tài)小信號模型

采用的主電路拓?fù)?，整個電路含有M組耦合電感，每組耦合電感又由N個相互耦合的電感組成，每相電感構(gòu)成一個boost電路，通過改變互感數(shù)和相數(shù)變成單相或磁集成多相或耦合電感多相DCDC變換器結(jié)構(gòu)；

所述含有二次非線性成分的動態(tài)小信號模型推導(dǎo)過程如下：

根據(jù)基爾霍夫定律，可推導(dǎo)出電路微分方程如下：

式中各符號定義見下表：

選取電感電流和輸出電壓作為狀態(tài)變量，輸入電壓、輸出電流和二極管壓降作為干擾輸入，將式(1)轉(zhuǎn)換成狀態(tài)方程的形式，求得穩(wěn)態(tài)解后，加入擾動，并保留二次非線性部分，得到動態(tài)小型號模型：

其中分別為狀態(tài)變量、干擾輸入和占空比，K、則為對應(yīng)的系數(shù)矩陣；

步驟2：基于各組獨(dú)立的控制方式，加入控制器增益，建立含有二次非線性成分的多相升壓變換器的控制模型

控制模型采取各組獨(dú)立的控制方式，各組內(nèi)所有相的占空比相同，由外環(huán)補(bǔ)償器直接生成各內(nèi)環(huán)補(bǔ)償器給定，根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)均流或比例控制；

基于上述的控制方式，采用的控制模型，得到增加控制器后的動態(tài)小信號模型：

為模型的線性部分，為干擾輸入，為二階非線性成分，多相DCDC變換器的魯棒控制問題就是確定模型和參數(shù)使上述三者都能滿足系統(tǒng)要求；

步驟3：建立不確定參數(shù)的凸多面體模型，從線性部分、干擾輸入、二次非線性三個方面分析魯棒控制需滿足的不等式條件，推導(dǎo)多相DCDC魯棒控制器算法；

所述算法推導(dǎo)過程為：

3.1：在魯棒控制理論中，凸多面體模型主要用來描述模型的參數(shù)不確定性，以每個參數(shù)作為多面體的頂點(diǎn)構(gòu)建一個涵蓋所有變化工況的系統(tǒng)模型，經(jīng)過多不確定參數(shù)的選取和簡化，我們得到控制模型的不確定參數(shù)向量：

3.2：針對模型的線性部分，為保證魯棒穩(wěn)定性，根據(jù)李雅普諾夫穩(wěn)定性理論，系統(tǒng)需滿足凸多面體模型的二次穩(wěn)定；選擇二次型李雅普諾夫函數(shù)V＝x^TPx，考慮系統(tǒng)存在的參數(shù)不確定性，系統(tǒng)漸進(jìn)穩(wěn)定的充分條件是對于凸多面體的所有頂點(diǎn)都有推導(dǎo)出不等式(5)；并且當(dāng)系統(tǒng)存在不確定參數(shù)時，為保證系統(tǒng)的魯棒性能，系統(tǒng)的極點(diǎn)需配置在LMI區(qū)域S(σ，θ，r)，推導(dǎo)得不等式組(6)-(8)；

3.3：針對干擾輸入，范數(shù)有界外界干擾輸入w對系統(tǒng)輸出的影響需盡量減小，設(shè)計(jì)控制器參數(shù)K’，使得控制系統(tǒng)由干擾輸入到系統(tǒng)輸出的閉環(huán)傳遞函數(shù)矩陣的H∞范數(shù)小于給定的正數(shù)γ，也即||G||_∞＜γ，可推得不等式(9)；

3.4：針對二次非線性部分，同樣利用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論，選用二次型李雅普諾夫函數(shù)得到含有二次非線性成分的魯棒控制矩陣不等式(10)；

如下：

AW+WA^T+(B₁+[N₁v_j,...,N_Mv_j])Y+Y^T(B₁+[N₁v_j,…,N_Mv_j])^T＜0 (10)

上式中A、B、C為狀態(tài)變量、干擾輸入和系統(tǒng)輸出的系數(shù)矩陣，v_j為凸多面體的頂點(diǎn)，σ,θ,r用以描述LMI區(qū)域；

綜合上述不等式(5)-(10)，在給定的控制性能下，也即LMI區(qū)域，判斷不等式組是否成立，不成立則需要更改控制性能參數(shù)；成立則進(jìn)行迭代，在滿足不等式組的前提下不斷減小γ值，直至找到滿足條件的最小γ，最后根據(jù)最后一次迭代獲得的Y、W矩陣，計(jì)算反饋控制系數(shù)K，結(jié)合反饋控制模型即可完成多相DCDC魯棒控制器的設(shè)計(jì)。