[发明专利]用于三电平DC‑DC变换器的双闭环控制系统的输出电压和飞跨电容电压的解耦控制方法

权利要求书

1.一种用于三电平DC-DC变换器的双闭环控制系统的输出电压和飞跨电容电压的解耦控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，建立滑膜面和开关控制器的滑模函数，设计滑模控制器，对三电平DC-DC buck变换器的输出电压进行控制；

S2，设计模糊PID控制器，将控制器的输出偏差以及偏差的变化量同时输入到模糊控制器中，分别对PID控制器的三个参数K_p、K_i、K_d进行调节，经过处理后实现对飞跨电容电压的解耦控制。

2.根据权利要求1所述的用于三电平DC-DC变换器的双闭环控制系统的输出电压和飞跨电容电压的解耦控制方法，其特征在于，所述S1包括：

建立滑模控制器中的切换函数s＝s(x)和切换面s(x)＝0以及变结构控制函数

其中u⁺(x)≠u^-(x)；

开关变换器的状态空间方程为切换函数默认选择

采用滞环控制的方法来限制开关切换频率，定义控制规律为：

根据切换函数切换的滞环宽度2δ和滑模面等效导数根据下式估算出时间t₁和t₂：

以系统闭环输出电压偏差x₁及其微分x₂和积分x₃为状态变量，有：

滑模控制的切换函数为：

s(x)＝k₁x₁+k₂x₂+k₃x₃

其中k₁＞0，k₂＞0，k₃＞0；

设计基于等效控制理论的定频滑模控制器，滑模控制器的输出占空比D。

3.根据权利要求1所述的用于三电平DC-DC变换器的双闭环控制系统的输出电压和飞跨电容电压的解耦控制方法，其特征在于，所述S2包括：

综合传统的PID控制与模糊控制的优点，设计出自整定模糊PID控制器对三电平DC-DC buck变换器的飞跨电容电压进行控制；

模糊控制器由输入量模糊化接口、知识库(包括数据库和规则库)、模糊推理机和输出量解模糊接口四部分组成；模糊控制器能充分利用有经验的人员对非线性的被控对象进行实时调节，充分发挥PID控制器的良好控制作用，使整个控制系统达到最佳状态；

本系统中的PID控制器有5个输入量：e₂(k)、e_c(k)(即e₂(k)-e₂(k-1))、ΔK_p、ΔK_i和ΔK_d，而输出量即为控制量ΔD(k)，其控制算法为：

式中，ΔD(k)和e₂(k)分别为第k个采样时刻控制器的输出值(控制量)和输入值(偏差信号)；K_p为比例系数，T_i、T_d分别是积分、微分时间常数；T是系统采样周期；其中K_i＝K_pT/T_i、K_d＝K_pT_d/T；

选取常规PID控制器的三个控制参数的初始值分别为K′_p、K′_i、K′_d，那么PID控制器的三个参数K_p、K_i、K_d可由下式得出：

式中ΔK_p、ΔK_i、ΔK_d为模糊控制器的输出量；

从系统的稳定性、响应速度、超调量及稳态精度等方面综合考虑PID控制器三个控制参数K_p、K_i、K_d的作用，可得到模糊控制规则；利用重心法实现解模糊化，因为重心法在输入信号有较小的变化时，其推理的输出值也会发生变化；重心法其实质上就是加权平均法，可用下式表示：

其中，u^*是精确量，x_i是输出量论域中相应元素的值，表示x_i的隶属度；

经过解模糊化得到u^*，还需要把其转化为基本论域中的精确量u；设输出量u的基本论域为[-y，y]，模糊论域为{-n，-(n-1)，...，n-1，n}，定义比例因子K＝y/n，那么可得：

u＝u^*×K。