[发明专利]一种直流降压变换器系统控制方法

说明书

一种基于扩张状态观测器和连续非奇异终端滑模控制技术的直流降压变换器系统控制方法，适用于对直流降压变换器系统的高精度控制，该方法采取电压跟踪方式，首先对输入电压变化和电阻负载扰动通过设计一个扩张状态观测器来观测扰动，在此基础上设计连续非奇异终端滑模控制器从而得到复合控制器来控制直流降压变换器系统在有输入电压变化和负载电阻扰动情况下能够快速的高精度跟踪目标电压。本发明实现简单，参数调节较少，不但可以提高直流降压变换器系统快速跟踪参考信号的目的，而且可以有效地减小电力电子直流降压变换器稳态波动，满足高性能电力电子降压变换器系统的应用。

技术领域

本发明涉及电力电子直流降压变换器系统，尤其涉及一种基于扩张状态观测器和连续非奇异终端滑模控制技术的直流降压变换器系统控制方法。

背景技术

随着现代科学技术的飞速发展，特别是电力电子技术、微电子技术、数字控制技术和现代控制理论的巨大进步，为电力电子直流开关电源系统的发展创造了有利条件，特别是在机器人、精密雷达、军用武器、新能源光伏系统等对直流开关电源控制性能要求越来越高的领域，直流变换器系统受到越来越多的关注。

在实际直流供电设备中，由于直流变换器系统的工作场合大多要求输出电压精度相当高，而且要求能够快速适应各种不同的工况，但是由于目前采用的PI控制器当系统工作在不同的工况下，例如在有扰动的情况下主要是利用积分来消除扰动对输出电压带来的影响，是一种被动且速度较慢的控制方式，特别是在系统遇到快速时变或者周期性的扰动时很难快速地跟踪给定电压，这些扰动主要包括负载波动，电压输入变化等。如果控制器不对这些扰动快速主动进行处理，则闭环系统很难达到快速且高精度电压输出性能。因此在直流降压电力电子变换器系统存在扰动的情况下，系统能够及时地对扰动进行处理，就能够进一步提高电力电子变换器系统的跟踪速度和精度，满足电力电子系统在高精度电压输出工作领域的应用。

为了能够及时对系统扰动进行处理，提高电力电子直流降压变换器系统的跟踪精度，国内外学者进行了大量的研究。文献(Komurcugil H.Adaptive terminal sliding-mode control strategy for DC-DC buck converters[J].ISA transactions,2012,51(6):673-681.)提出了一种适用于直流变换器的自适应终端滑模控制策略。该策略的思想是使用终端滑模控制(TSMC)方法来保证输出电压误差到平衡点的有限时间收敛，并将自适应律集成到TSMC策略中，从而在负载变化时实现动态滑模。文献(Komurcugil H.Non-singular terminal sliding-mode control of DC-DC buck converters[J].ControlEngineering Practice,2013,21(3): 321-332.)提出了一种用于直流变换器的非奇异终端滑模控制方法。该方法消除了终端滑模的奇异性问题，保证了输出电压误差在负载变化过程中有限时间收敛到平衡点。结果表明，该方法与终端滑模控制方法具有相同的有限时间收敛性。

发明内容

本发明的目的在于针对直流降压变换器的负载电阻扰动和输入电压变化，首先利用扩张状态观测器技术在实验中采集的电压状态信息基础上对扰动进行估计，得到系统中存在的负载电阻和输入电压扰动的估计信息后，利用连续非奇异终端滑模控制技术设计出复合控制器，实现对直流降压变换器系统给定电压跟踪的快速性和准确性。该方法易于实现，参数调节相对简单，具有很好的应用价值。

为了解决上述技术问题本发明提供如下的技术方案：

一种基于扩张状态观测器和连续非奇异终端滑模控制技术的直流降压变换器系统控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、组建一个直流降压变换器，以系统的电感电流、负载电压为状态变量，依靠时间平均技术，将时变、非线性的开关电路转换为等效的时不变、线性的连续电路，由此可对开关变换器进行大信号瞬态分析，建立系统的状态空间平均模型。以开关管的两种状态μ＝0或1，建立降压变换器的模型：