[發明專利]一種多相DCDC魯棒控制器設計方法

有效

• 申請號: 202110188359.6
• 申請日: 2021-02-18
• 公開（公告）號: CN112965385B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 韋莉;嚴文
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 上?？坡蓪＠硎聞账?特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

本發明涉及一種多相DCDC控制器設計方法，該方法基于廣義多相DCDC升壓轉換器模型，采取各組獨立的控制方式，綜合分析線性模型的參數不確定性、系統干擾輸入以及二次非線性，建立了的多相boost變換器的魯棒控制模型。該模型適用于單相boost、典型磁集成多相boost、耦合電感多相boost等多種電路拓撲，并充分考慮了參數不確定性、干擾輸入、二次非線性，具有很高的適用性，良好的魯棒穩定性和魯棒性能。該方法設計的魯棒控制器具有穩定性好、對有界不確定性和干擾不敏感的特點，實現了大功率多相DCDC變換器寬工作范圍下的系統穩定性及瞬態性能要求，解決了多相交錯DCDC控制器設計的難題。

技術領域

本發明涉及一種多相DCDC控制器設計方法，可用于電力電子設備領域。

背景技術

多相DCDC變換器采取多相并聯的拓撲結構，利用多組器件合力實現設計目標，在突破了單一器件功率限制的同時，還有效降低了對電容量以及電感量的需求，從而提高了功率密度。此外，更低的輸出紋波、更多的可控對象以及設計余量，提高了直流變換器的控制靈活性和工作可靠性。

多相DCDC變換器雖然具有功率大、功率密度高、控制靈活以及可靠性高的特點，但是其結構復雜，器件繁多，并且由于電路雜散參數和各相非對稱性的問題，使精確建模非常困難。而且多相DCDC變換器的參數不確定性以及二次非線性問題影響著控制的穩定性和可靠性，常用的控制方法如PID控制、滑?？刂啤O點配置等無法有效的處理系統的參數不確定性，而在設計中，為了處理方便，二次非線性還往往會被忽略。

發明內容

針對現有多相DCDC控制器設計存在的不足，本發明提出一種具有良好魯棒穩定性和魯棒性能的控制器設計方法，綜合考慮了參數不確定性、二次非線性和干擾輸入，且模型適用范圍廣。

為解決多相DCDC控制器設計中的不確定參數和二次非線性難以有效處理的工程難題，本發明提出了一種廣泛適用并具有良好魯棒穩定性和魯棒性能的多相DCDC控制器設計方法。該方法基于一種廣義多相DCDC升壓轉換器模型，通過李雅普諾夫函數保證不確定參數和二次非線性成分的魯棒穩定，通過H∞控制理論保證干擾輸入的魯棒性能。

技術方案

一種多相DCDC魯棒控制器設計方法，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小信號模型

采用的主電路拓撲，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，每相電感構成一個boost電路，通過改變互感數和相數變成單相、磁集成多相、耦合電感多相等多種DCDC變換器結構；

所述含有二次非線性成分的動態小信號模型推導過程如下：

根據基爾霍夫定律，可推導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)轉換成狀態方程的形式，求得穩態解后，加入擾動，并保留二次非線性部分，得到動態小型號模型：

其中分別為狀態變量、干擾輸入和占空比，K、則為對應的系數矩陣；

步驟2：基于各組獨立的控制方式，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立的控制方式，各組內所有相的占空比相同，由外環補償器直接生成各內環補償器給定，根據需求實現均流或比例控制；

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小信號模型：