[发明专利]一种基于切换系统的升压电路的控制及故障检测方法

说明书

本发明是一种基于切换系统的升压电路的控制及故障检测方法，其特点是，包括：建立切换系统的升压电路的数学模型、基于切换系统的升压电路的切换规则、建立Luenberger观测器的表达式、残差值与阈值比较，实现故障检测、升压电路与控制器实施闭环控制等步骤：以升压电路为模型进行软件仿真和实物验证，通过取最小Lyapunov函数导数的切换规则，控制电路输出稳定电压，通过Luenberger观测器构造残差值与阈值比较对电路实时进行故障检测，发现故障能立刻报警，其方法适用性强，准确度高，稳定性好，抗干扰能力强。

技术领域

本发明涉及电力电子控制领域，是一种基于切换系统的升压电路的控制及故障检测方法。

背景技术

DC-DC升压变换器广泛的应用于各个领域，是现代高频开关电源中最基本的部分。升压电路的工作原理是把功率半导体器件作为开关，控制器根据切换规则产生信号控制功率半导体器的导通和关断，使得电路输出具有不同性质的高于输入端的电压。已有专利的控制方法是在电路上进行拓扑结构的改变，例如：中国专利申请号201310119679.1，名称为：“一种控制电路以及开关电源”，主要对电路结构进行拓扑结构的改变，控制方法并未改善，因为DC-DC升压电路是时变非线性离散系统，所以改变电路拓扑结构对控制电路起到的作用很小，因此存在稳定性差，适应性差，准确度低等不足；电路传感器是信息采集的主要设备，当传感器发生故障时，不仅会造成电路拓扑的变化，更会增加电路中其他元器件的电压或电流应力,造成器件损坏发生危险,因此，对传感器故障检测的研究就显得尤为重要。已有专利是在电路结构上拓扑电路结构进行故障检测，例如：中国专利申请号：201410229543.0，名称为：“一种带故障检测功能的有源功率因数校正电路”，主要对电路结构拓扑后进行故障检测，未完善故障检测逻辑，存在抗干扰能力弱，适应性差等弱点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种适用性强，准确度高，抗干扰能力强，稳定性好的基于切换系统的升压电路的控制及故障检测方法。

实现本发明目的采用的技术方案是，一种基于切换系统的升压电路的控制及故障检测方法，其特征在于，它根据电路反馈的数值进行控制算法的实施，根据取最小Lyapunov函数导数的切换规则实时产生PWM信号，控制升压电路输出稳定电压；根据电路反馈的数值进行故障检测算法的实施，故障检测算法是Luenberger观测器构造残差值与阈值比较的方法，对电路的传感器实时进行检测，发现故障能立刻报警，其内容包括：

1)建立切换系统的升压电路的数学模型，表达式为：

y(t)＝Cx(t) (1)

其中，x(t)是状态向量，是x(t)是状态向量的导数，y(t)是输出向量，u(t)是输入向量，σ(t)是切换开关信号，A_σ(t)，B和C是状态空间模型的集合，

其中：

当系统处于模式1时,关闭升压电路的mos管S；当系统处于模式2时,导通升压电路的mos管S；

2)基于切换系统的升压电路的切换规则：

为建立Lyapunov函数，令z＝x-x^*，然后考虑切换系统：

其中：A_σ(t)和B是状态空间模型的集合，u(t)是输入向量，和是电路理论值；

选择Lyapunov函数：V(x)＝z^TPz，其中:

其中，P₁₁，P₂₂是非负常数，因为开关S∈{0,1}表示两种工作模式，因此函数存在两个导数和