[發(fā)明專利]基于狀態(tài)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(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111122810.0
• 申請(qǐng)日: 2021-09-24
• 公開（公告）號(hào): CN113872439A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 皇金鋒;李慧慧;謝鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陜西理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M3/156
• 分類號(hào): H02M3/156
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 劉娜

本發(fā)明公開了基于狀態(tài)反饋精確線性化的CCM Buck變換器微分平坦控制方法，包括：對(duì)CCM Buck變換器反饋線性化建模；CCM Buck變換器控制器設(shè)計(jì)，具體為，CCM Buck變換器的平坦性分析，CCM Buck變換器的反饋補(bǔ)償設(shè)計(jì)；靈敏度分析，提升CCM Buck變換器系統(tǒng)暫態(tài)性能。本發(fā)明有效地提高了對(duì)CCM Buck變換器輸入電壓和負(fù)載電流的擾動(dòng)抑制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于變換器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于狀態(tài)反饋精確線性化的 CCM Buck變換器微分平坦控制方法。

背景技術(shù)

Buck變換器是典型的時(shí)變、非線性系統(tǒng)，傳統(tǒng)線性控制理論具有較 大的局限性，尤其是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的比例積分控制無法使系統(tǒng)獲得滿意的動(dòng) 態(tài)響應(yīng)，且由于引入比例、積分等經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，使得系統(tǒng)控制難度較大， 因此Buck變換器的控制方法一直是眾多學(xué)者們關(guān)注的熱點(diǎn)問題。

為提高工作在連續(xù)導(dǎo)電模式(Continuous Conduction Mode,CCM)下 Buck變換器的動(dòng)態(tài)性能，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者已經(jīng)做了許多的研究工作?，F(xiàn) 有文獻(xiàn)通過遞歸設(shè)計(jì)算法構(gòu)建有限時(shí)間反饋控制器，然后導(dǎo)出新穎的觀 測(cè)器來估計(jì)Buck變換器不可衡量狀態(tài)的有限時(shí)間的收斂速度，通過將狀 態(tài)反饋控制法和從觀測(cè)器輸出的反饋控制律組合來分析系統(tǒng)穩(wěn)定的有效 性。與漸近穩(wěn)定性控制方法相比，提高了系統(tǒng)受擾動(dòng)后的收斂速度，但 計(jì)算方法較復(fù)雜，獲取準(zhǔn)確的觀測(cè)器數(shù)值難度大。現(xiàn)有文獻(xiàn)為保留多級(jí) Buck變換器開關(guān)應(yīng)力低，電感尺寸小和功率密度高的優(yōu)點(diǎn)，通過反向系統(tǒng) 理論的解耦最優(yōu)控制方法在適當(dāng)?shù)碾妷簠⒖贾迪缕胶怙w行電容電壓。在逆系 統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上提出了一種通用的全線性化輸出函數(shù)選擇方法，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng) 的線性化和解耦，所提的控制策略具有好的動(dòng)態(tài)性能。設(shè)計(jì)的多個(gè)最優(yōu)控制 器對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行控制，降低了控制器的設(shè)計(jì)難度，但計(jì)算過程較復(fù)雜?，F(xiàn)有 文獻(xiàn)針對(duì)CCM Buck變換器提出四種控制策略：?jiǎn)苇h(huán)自適應(yīng)控制策略(SA)、 雙環(huán)自適應(yīng)控制策略(DA)、基于單環(huán)干擾觀測(cè)器的控制策略(SDOB)以 及基于雙環(huán)干擾觀測(cè)器的控制策略(DDOB)，不考慮Buck變換器的參數(shù)不 確定的標(biāo)稱系統(tǒng)，來完成SA和DA的開發(fā)，考慮參數(shù)不確定的標(biāo)稱系統(tǒng)， 來完成SDOB和DDOB的開發(fā)，分析比較了所提出的四種控制策略的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)Buck變換器的控制器設(shè)計(jì)具有實(shí)際的指導(dǎo)意義?，F(xiàn)有文獻(xiàn)設(shè)計(jì)出了 時(shí)間離散狀態(tài)反饋控制器，可應(yīng)用于寬輸出負(fù)載條件下的Buck變換器進(jìn)行 高帶寬電壓控制，控制過程中建立了CCM和DCM的離散時(shí)間動(dòng)態(tài)，所提 出控制電路結(jié)構(gòu)的建模、設(shè)計(jì)及其性能在仿真和實(shí)驗(yàn)中得到證明?，F(xiàn)有文獻(xiàn) 提出了一種復(fù)合穩(wěn)固的離散化準(zhǔn)滑動(dòng)模式控制(DQSMC)方法，以解決因 恒功率的負(fù)電阻效應(yīng)引起的穩(wěn)定性問題。文中設(shè)計(jì)了離散的整體滑動(dòng)表面以 獲得直流電壓的快速且穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，將二階滑動(dòng)模式干擾觀測(cè)器嵌入在 電壓控制器中以進(jìn)行干擾估計(jì)和補(bǔ)償，由此組合的復(fù)合DQSMC方案具有強(qiáng) 魯棒性，固有的抖動(dòng)抑制和保證動(dòng)態(tài)。同時(shí)，PI電流控制器保留在內(nèi)部控制 回路中以實(shí)現(xiàn)電流控制?，F(xiàn)有文獻(xiàn)提出了基于輔助并聯(lián)電感的順序開關(guān)控制 方案，該方案引入了一個(gè)與輸出電感并聯(lián)的小型受控電感，在負(fù)載突變期間 增加電感電流變化率，提出了順序切換策略來控制輔助并聯(lián)電感，但對(duì)于受控電感的選取以及控制存在一定的難度。以上文獻(xiàn)中所提控制方法可提高 CCM Buck變換器的動(dòng)態(tài)性能，但在控制方法設(shè)計(jì)過程中引入了諸多如比例、 積分和微分等經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，造成系統(tǒng)穩(wěn)定參數(shù)自由度增大，難以被其他研究者 學(xué)習(xí)。再者，大多控制方法是在仿真軟件中運(yùn)行，試湊出多組經(jīng)驗(yàn)系數(shù)較容 易，卻忽略了在實(shí)際應(yīng)用中的可復(fù)現(xiàn)度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供基于狀態(tài)反饋精確線性化的CCM Buck變換器微 分平坦控制方法，有效地提高了對(duì)CCM Buck變換器輸入電壓和負(fù)載電流的 擾動(dòng)抑制，提高系統(tǒng)暫態(tài)性能。