一种基于时变负载的DC-DC降压转换器系统控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于时变负载的DC‑DC降压转换器系统控制方法，该控制方法包括以下步骤：由传感器检测得到DC‑DC降压转换器的并联电容电压v

【技术实现步骤摘要】
一种基于时变负载的DC-DC降压转换器系统控制方法
本专利技术涉及时变负载系统的控制，尤其是一种基于时变负载的DC-DC降压转换器系统控制方法。
技术介绍
DC-DC降压转换器广泛用于提供各种工业系统中的输出电压，例如直流电动机驱动系统，风力发电系统，高压直流输电系统，光伏电力系统，混合电动汽车系统，电动车辆系统等。传统的DC-DC降压转换器是可变结构的时变系统。首先，基于参数的不确定性建立的系统模型会不可避免地受到建模错误的影响，例如电感的磁特性特别是当磁通密度较大时会对系统建模产生较大的影响。其次，干扰包括负载变化，因此DC-DC降压转换器的输入电压会随着干扰变动而变化。对于这些需要获得良好输出的系统，DC-DC降压转换器的控制设计方法要求DC-DC降压转换器具有良好的抗扰性能力，较小的稳态误差，动态响应快且低超调。针对DC-DC降压转换器的控制方法设计，已经有很多相关研究方向的学者提出了多种控制方法。在文献(J.Wang,S.Li,J.Yang,B.WuandQ.Li,"Finite-timedisturbanceobserverbasednon-singularterminalsliding-modecontrolforpulsewidthmodulationbasedDC–DCDC-DCconverterswithmismatchedloaddisturbances,"inIETPowerElectronics,vol.9,no.9,pp.1995-2002,2772016,doi:10.1049/iet-pel.2015.0178.)中，作者已经将连续终端滑模方法应用于DC-DC降压转换器，这种方法的理想是形成非线性确保系统有限时间收敛的滑动表面，但缺点在于前述控制方法没有考虑不匹配的负载干扰由电阻变化引起的，实际上是电阻由于许多不同因素而经常变化。在文献(Siew-ChongTan,Y.M.LaiandC.K.Tse,"AunifiedapproachtothedesignofPWM-basedsliding-modevoltagecontrollersforbasicDC-DCconvertersincontinuousconductionmode,"inIEEETransactionsonCircuitsandSystemsI:RegularPapers,vol.53,no.8,pp.1816-1827,Aug.2006,doi:10.1109/TCSI.2006.879052.)中，考虑到DC-DC降压转换器系统中的变化，作者将滑模控制律应用于瞬时负载的变化，这使得DC-DC降压转换器对负载具有良好调节性能。但是，这将需要额外的传感器和繁琐的计算，这使得控制器的设计变得十分复杂。这些方法可以提高DC-DC降压转换器系统的不同方面。传统的DC-DC降压转换器控制方法可以使用线性控制方法如PD控制，因其结构简单、容易实现而被广泛应用。然而，实际的DC-DC降压转换器系统是一个非线性系统。因此，设计一种新型DC-DC降压转换器系统控制方法，使其控制性能良好，对DC-DC降压转换器系统的应用及推广非常重要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于时变负载的DC-DC降压转换器系统控制方法，使得DC-DC降压转换器具有良好的抗扰性能力、较小的稳态误差、动态响应快且低超调，从而使得DC-DC降压转换器系统能获得良好的输出，具有良好的动态性能和稳态性能。本专利技术通过下述技术方案实现：由于传统的DC-DC降压转换器控制方法可以使用线性控制方法如PD控制，因其结构简单、容易实现而被广泛应用，然而，实际的DC-DC降压转换器系统是一个非线性系统。因此，本专利技术设计一种基于时变负载的DC-DC降压转换器系统控制方法，该控制方法包括以下步骤：S1、由传感器检测得到DC-DC降压转换器的并联电容电压vs与串联电感电流iL；S2、将所述并联电容电压vs与串联电感电流iL输入到有限时间干扰观测器中，得到时变负载的干扰估计和S3、将时变负载的干扰估计和并联电容电压vs与串联电感电流iL输入到连续终端滑模控制器中，得到占空比μ；S4、将占空比μ输入到PWM调制模块中，根据输入的占空比μ和脉冲宽度调制规则得到DC-DC降压转换器的驱动电压v。本专利技术采用的控制方法用于控制DC-DC降压转换器系统获得良好的输出，所述DC-DC降压转换器包括输入电源、场效应晶体管VT、二极管VD、电感L、电容C、负载电阻R、驱动器；所述场效应晶体管VT的漏极与输入电源正极连接，场效应晶体管VT源极与二极管VD的负极以及电感L的一端相连，驱动器与场效应晶体管VT栅极连接；电感L的另一端与电容C的一端以及负载电阻R的一端连接；负载电阻R的另一端、电容C的另一端以及二极管VD的正极均与输入电源负极连接；其中，将电容C两端的电压作为并联电容电压vs，将电感L两端的电流作为串联电感电流iL，所述驱动电压v为驱动器的输入电压，驱动器的输出控制场效应晶体管VT。其中，所述有限时间干扰观测器是具有输出量反馈的观测器，所述连续终端滑模控制器是具有所述干扰估计和的前馈补偿的控制器，可以有效提高系统的抗干扰能力，使得DC-DC降压转换器具有良好的抗扰性能力、较小的稳态误差、动态响应快且低超调，从而使得DC-DC降压转换器系统能获得良好的输出，具有良好的动态性能和稳态性能。因此，本控制方法适用于各类时变负载系统，对系统的常值干扰与慢变干扰的抑制，如外部负载扰动、内部系统参数不确定和摩擦等。进一步地，令z0＝f1，x1＝vs-vr，则有限时间干扰观测器的数学表达式为：其中，f1和f2为集总干扰，和为所述有限时间干扰观测器输出的时变负载干扰估计，C、R0分别为DC-DC降压转换器端电容与电阻数值，l1、l2、l0、β1、β2、β3为给定的所述有限时间干扰观测器增益，vr为参考输出电压。进一步地，所述连续终端滑模控制器的滑模面s为：x1＝vs-vr，其中，C、R0分别为DC-DC降压转换器端电容与电阻数值，vs为DC-DC降压转换器端并联电容电压，iL为DC-DC降压转换器端串联电感电流，vr为参考输出电压，p1、p2、α1、α2为给定的连续终端滑模控制器增益。进一步地，基于提出的所述滑模面s，所述连续终端滑模控制器的控制律计算如下：x1＝vs-vr，其中，u为所述连续终端滑模控制器输出的控制律，μ为PWM调制模块的输入占空比，L、C、R0分别为DC-DC降压转换器的电感、电容以及电阻数值，vin为DC-DC降压转换器开关打开时的输入电压，p1、p2、α1、α2为给定的连续终端滑模控制器增益。另外，本专利技术提供了一种DC-DC降压转换器控制系统，包括连续终端滑模控制器、有限时间干扰观测器、PWM调制模块、传感器以及DC-DC降压转换器，其中，由所述传感器检测得到所述DC-DC降压转换器的并联电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时变负载的DC-DC降压转换器系统控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：/nS1、由传感器检测得到DC-DC降压转换器的并联电容电压v

【技术特征摘要】
1.一种基于时变负载的DC-DC降压转换器系统控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：
S1、由传感器检测得到DC-DC降压转换器的并联电容电压vs与串联电感电流iL；
S2、将所述并联电容电压vs与串联电感电流iL输入到有限时间干扰观测器中，得到时变负载的干扰估计和
S3、将时变负载的干扰估计和并联电容电压vs与串联电感电流iL输入到连续终端滑模控制器中，得到占空比μ；
S4、将占空比μ输入到PWM调制模块中，根据输入的占空比μ和脉冲宽度调制规则得到DC-DC降压转换器的驱动电压v。


2.根据权利要求1所述的一种基于时变负载的DC-DC降压转换器系统控制方法，其特征在于，所述DC-DC降压转换器包括输入电源、场效应晶体管VT、二极管VD、电感L、电容C、负载电阻R、驱动器；所述场效应晶体管VT的漏极与输入电源正极连接，场效应晶体管VT源极与二极管VD的负极以及电感L的一端相连，驱动器与场效应晶体管VT栅极连接；电感L的另一端与电容C的一端以及负载电阻R的一端连接；负载电阻R的另一端、电容C的另一端以及二极管VD的正极均与输入电源负极连接；其中，将电容C两端的电压作为并联电容电压vs，将电感L两端的电流作为串联电感电流iL，所述驱动电压v为驱动器的输入电压，驱动器的输出控制场效应晶体管VT。


3.根据权利要求1所述的一种基于时变负载的DC-DC降压转换器系统控制方法，其特征在于，所述有限时间干扰观测器是具有输出量反馈的观测器，所述连续终端滑模控制器是具有所述干扰估计和的前馈补偿的控制器。


4.根据权利要求1所述的一种基于时变负载的DC-DC降压转换器系统控制方法，其特征在于，令z0＝f1，x1＝vs-vr，则有限时间干扰观测器的数学表达式为：



其中，f1和f2为集总干扰，和为所述有限时间干扰观测器输出的时变负载干扰估计，C、R0分别为DC-DC降压转换器端电容与电阻数值，l1、l2、l0、β1、β2、β3为给定的所述有限时间干扰观测器增益，vr为参考输出电压。


5.根据权利要求1所述的一种基于时变负载的DC-DC降压转换器系统控制方法，其特征在于，所述连续终端滑模控制器的滑模面s为：



x1＝vs-vr，
其中，C、R0分别为DC-DC降压转换器端电容与电阻数值，vs为DC-...

【专利技术属性】
技术研发人员：王会明，彭炜炜，谭鑫，唐贤伦，刘行谋，陈晓雷，李锐，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50