[發明專利]基于狀態反饋精確線性化的CCM Buck變換器微分平坦控制方法

在審

• 申請號: 202111122810.0
• 申請日: 2021-09-24
• 公開（公告）號: CN113872439A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 皇金鋒;李慧慧;謝鋒
• 申請（專利權）人: 陜西理工大學
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 劉娜

1.基于狀態反饋精確線性化的CCM Buck變換器微分平坦控制方法，CCM Buck變換器包括開關管S、二極管D、濾波電感L、輸出電容C、負載電阻R，系統輸入電壓為u_i，系統輸出電壓為u_o，電感電流為i_L，其特征在于，建立CCM Buck變換器反饋線性化模型，基于該模型對CCMBuck變換器進行微分平坦控制，根據極點配置法對CCM Buck變換器進行反饋補償設計，使系統輸出能精準跟隨期望值，并通過靈敏度理論分析了電路參數改變時系統特征值的變化趨勢，提升CCM Buck變換器系統暫態性能，包括以下步驟：

步驟1：建立反饋線性化模型，

步驟2：平坦控制器設計，

步驟2.1：平坦性分析；

步驟2.2：反饋補償設計；

步驟3：靈敏度分析，提升CCM Buck變換器系統暫態性能。

2.根據權利要求1所述的基于狀態反饋精確線性化的CCM Buck變換器微分平坦控制方法，其特征在于，所述步驟1具體為：

根據狀態空間平均法建立系統狀態方程：

式(1)中，u為主功率開關管S的占空比。

選取系統狀態變量x＝[x₁,x₂]＝[i_L,u_o]，可將式(1)改寫為：

式(2)中，y為系統輸出變量，U_ref為輸出電壓的期望值，且有

反饋線性化借助坐標變換將Buck變換器的非線性轉化成線性模型，并獲得控制率的表達式。根據微分幾何理論，可證明式(2)滿足線性化的條件，并推導出以下李導數：

根據式(3)可知，該CCM Buck變換器的相對階r＝2＝系統維數＝n，r反映了系統的全部動態，即系統由n-r個狀態變量描述，無其余部分，經狀態反饋后所有狀態變量都是能觀的，不存在可能導致系統內動態不穩定的問題，從而進一步定義如下的坐標變換：

因此可得：

由于式(5)為非奇異陣，因此該變換全局微分同胚，經過坐標變換后的系統狀態方程的布魯諾斯基標準型為：

式(6)中v為新的輸入變量，且有：

將式(7)描述的系統狀態反饋率控制u記為u₁，即

3.根據權利要求2所述的基于狀態反饋精確線性化的CCM Buck變換器微分平坦控制方法，其特征在于，所述步驟2.1具體為：

為提高系統的抗干擾能力，對CCM Buck變換器進行平坦控制，該方法是通過期望的平坦輸出量對系統所有狀態量和控制量進行整體描述。其基本含義為：若是在系統控制過程中可以找到一個平坦輸出量y，并可以將狀態變量x和控制變量u表示為y及其各階有限微分的函數，那么該系統是可以微分平坦控制的，即對于如下所示n階非線性系統：

存在y∈R，使得

式(9)中，i，j為整數，與γ為標量函數；

在進行微分平坦控制前需重新選取合適的平坦輸出量、狀態變量和控制變量，由上述分析可知，CCM Buck變換器滿足反饋精確線性化的充分必要條件，因此可令u＝v，有：

將式(10)代入式(1)，可得：

根據式(11)可知系統滿足微分平坦理論的要求，即有：

將式(13)代入式(7)，整理可得基于狀態反饋精確線性化的微分平坦控制率：