[發(fā)明專利]一種基于擾動(dòng)觀測器的升降壓電路抗干擾控制方法

在審

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• 申請日: 2022-06-16
• 公開（公告）號(hào): CN115102393A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 常雨芳;余文錦;周菲菲;胡宇博;嚴(yán)懷成;張皓;黃文聰;張曉柯
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M3/156
• 分類號(hào): H02M3/156;H02M1/08;H02M1/32;H02M1/44
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 彭艷君

本發(fā)明涉及電力電子變換器技術(shù)，具體涉及一種基于擾動(dòng)觀測器的升降壓電路抗干擾控制方法，該方法在雙閉環(huán)的基礎(chǔ)上加入擾動(dòng)觀測器與PI控制器相結(jié)合的控制策略，對Buck?Boost變換器的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，以消除匹配或不匹配的電路參數(shù)擾動(dòng)，在有負(fù)載突變和輸入電壓突變的情況下，采用電壓電流雙閉環(huán)控制，設(shè)計(jì)兩個(gè)擾動(dòng)觀測器，分別實(shí)時(shí)估計(jì)出輸出電壓和電感電流中的不確定因素，并前饋至前向通道給予補(bǔ)償消除擾動(dòng)，從而提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，在系統(tǒng)攝動(dòng)、參數(shù)不確定和負(fù)載突變情況下，該控制方法均可以對Buck?Boost變換器進(jìn)行較好的控制，并提高其響應(yīng)速度和魯棒性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子變換器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于擾動(dòng)觀測器的升降壓電路抗干擾控制方法。

背景技術(shù)

無線電能傳輸(Wireless Power Transfer,WPT)技術(shù)因其可靠性、安全性、靈活性等優(yōu)點(diǎn)有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，該技術(shù)基于電磁感應(yīng)原理，實(shí)現(xiàn)由供電設(shè)備向用電設(shè)備非物理接觸的電能傳輸，與傳統(tǒng)接觸式供電方式相比，避免了接觸不良、漏電危險(xiǎn)、適應(yīng)環(huán)境能力差等缺點(diǎn)，不受外部惡劣環(huán)境的限值，在一些特殊場景應(yīng)用廣泛，如電動(dòng)汽車、水下供電、軌道交通等。大多數(shù)場合要求WPT系統(tǒng)保持恒定的電壓輸出，控制的方法一般有副邊采用基于DC-DC變換器的控制，DC-DC變換器的控制性能對WPT系統(tǒng)穩(wěn)定性有直接影響。

Buck-Boost變換器由于其電壓變換范圍廣，具有提高或降低輸出電壓的能力，已被廣泛應(yīng)用于無線電能傳輸技術(shù)中。Buck-Boost變換器的主要控制目標(biāo)是控制系統(tǒng)保持穩(wěn)定的輸出電壓，通過控制功率開關(guān)管的通斷來調(diào)節(jié)輸出電壓。由于WPT系統(tǒng)應(yīng)用場合比較復(fù)雜，系統(tǒng)參數(shù)在實(shí)際應(yīng)用中容易受到環(huán)境影響，如線圈偏移、負(fù)載突變和輸入電壓變化都會(huì)導(dǎo)致輸出電壓偏移設(shè)定值。傳統(tǒng)的控制方法較難得到符合實(shí)際需求的系統(tǒng)輸出，常常會(huì)引起閉環(huán)控制系統(tǒng)反應(yīng)遲鈍，產(chǎn)生震蕩等副作用，而在一些動(dòng)態(tài)無線充電場景，要求系統(tǒng)快速到達(dá)額定功率，因此需要研究更有效的Buck-Boost變換器控制方法，使系統(tǒng)快速進(jìn)入穩(wěn)態(tài)且在有未知外部干擾下迅速恢復(fù)穩(wěn)態(tài)從而優(yōu)化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對背景技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于擾動(dòng)觀測器的Buck-Boost變換器抗干擾控制方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于擾動(dòng)觀測器的升降壓電路抗干擾控制方法，該電路包括Buck-Boost變換器主電路和控制電路；Buck-Boost主電路包括輸入電壓、開關(guān)管V_g、續(xù)流二極管D、電感、電容及電阻；控制電路包括電流環(huán)PI控制器、電壓環(huán)PI控制器、第一擾動(dòng)觀測器和第二擾動(dòng)觀測器；控制電路輸出連接開關(guān)管V_g的柵極，輸入電壓正極與開關(guān)管V_g漏極相連，開關(guān)管V_g源極與電感的一端和續(xù)流二極管D負(fù)極相連，續(xù)流二極管D正極與電容的一端和電阻的一端相連，電容另一端、電阻另一端和電感另一端與輸入電壓負(fù)極相連；基于該電路的控制方法包括：電壓輸出值與電感電流值作為電壓外環(huán)通道中擾動(dòng)觀測器的兩個(gè)輸入信號(hào)，第一擾動(dòng)觀測器估計(jì)出的系統(tǒng)擾動(dòng)前饋至電壓環(huán)PI控制器，得到電感電流理想值；電壓輸出值、電感電流值和電流環(huán)PI控制器輸出值作為電流內(nèi)環(huán)通道中擾動(dòng)觀測器的三個(gè)輸入信號(hào)，第二擾動(dòng)觀測器估計(jì)出的系統(tǒng)擾動(dòng)前饋至電流環(huán)PI控制器，得到控制量，送入調(diào)制模塊得到開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而控制系統(tǒng)穩(wěn)定輸出。

在上述基于擾動(dòng)觀測器的升降壓電路抗干擾控制方法中，控制方法具體步驟如下：

步驟1、建立電感電流連續(xù)導(dǎo)通模式下Buck-Boost變換器的電路模型；

步驟1.1、Buck-Boost變換器開關(guān)管導(dǎo)通的電路模型為：

其中，v_C為電容兩端電壓，i_L為電感電流，V_in為輸入電壓，C為電容值，L為電感值，R為電阻值；