【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力电子控制，具体涉及单电感双输出变换器的终端互补滑模自抗扰控制方法。
技术介绍
1、随着电力电子技术与便携式设备的快速发展，电子器件内部呈现出子模块多样化的发展趋势，而不同的子模块往往需要不同等级的电源电压。单电感双输出(single-inductor dual-output，sido)变换器结构简单、无电磁干扰，仅需要一个电感就可以提供两个不同电压等级的输出电压，一定程度上减小了电源体积，提高了供电效率。但是，由于sido变换器两支路共用一个储能电感同时完成升压和降压功能，使得两支路间存在交叉影响以及非最小相位问题，从而影响系统的暂态性能。因此，如何改善系统暂态性能，抑制支路间交叉影响已经成为当前众多学者的研究热点。
2、针对sido变换器两个输出支路抗扰性能差且存在交叉影响问题，国内外众多学者提出了相关解决方案。有文献针对hcm sido变换器提出一种动态续流控制技术，通过对比实验验证了所提控制方法有效抑制了支路间的交叉影响，提高瞬态响应速度。有文献将电容电流-电容电压纹波控制应用在sido ccm buck变换器中，相较于传统pcm，该控制方法在抑制交叉影响方面具有显著优势。有文献考虑到右半平面零点问题，针对ccm sido buck-boost变换器提出先导通支路采用电流控制，后导通支路采用电压控制，通过该方法能够抑制负调电压，提高系统暂态性能，减小支路间交叉影响。还有文献针对ccm sido buck变换器提出一种多变量数字控制方法，该方法可以有效地抑制变换器支路间交叉影响，改善系统动态性能
3、上述控制方法虽然可以在一定程度上抑制sido变换器支路间的交叉影响，但是由于sido buck-boost变换器是一个高阶强耦合的时变非线性系统，传统的pi控制等线性控制器控制精度有限，无法更好地满足系统抗扰性能以及响应速度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供单电感双输出变换器的终端互补滑模自抗扰控制方法，解决了单电感双输出buck-boost变换器的两个输出支路存在抗扰性能差、负载波动时具有交叉影响的问题。
2、本专利技术所采用的技术方案是，单电感双输出变换器的终端互补滑模自抗扰控制方法，将sido buck-boost变换器主路和支路分别拟合为自抗扰控制系统范式，转化为两个独立的二阶系统模型，设计终端互补滑模控制器代替传统自抗扰控制中的线性控制器，同时引入级联扩张状态观测器抑制电路中的高频噪声，对sido buck-boost变换器支路采用电流和电压双闭环控制，主路采用电压单闭环控制，具体按照以下步骤实施：
3、步骤1：建立ccm sido buck-boost变换器的数学模型；
4、步骤2：终端互补滑模自抗扰算法设计；
5、步骤2.1：级联扩张状态观测器的设计；
6、步骤2.2：终端互补滑模控制器设计；
7、步骤3：主开关管控制器的设计；
8、步骤4：支路开关管控制器的设计；
9、步骤4.1：电压外环控制；
10、步骤4.2：电流内环控制。
11、本专利技术的特点还在于，
12、步骤1具体为，
13、设sido buck-boost变换器先导通的支路为支路a，根据状态空间平均法列写sidobuck-boost变换器的状态空间平均模型：
14、
15、式(1)中，va、vb分别表示两支路暂态输出电压值；vin表示变换器输入电压值；l、ca和cb分别表示变换器储能电感值、支路a和支路b的滤波电容值；ra、rb为支路a、支路b的负载电阻；va、vb为支路a、支路b的输出电压；il为储能电感电流值；sa、sb分别表示支路a和支路b的支路开关管，di为主开关管sil、si2的占空比，da、db分别为sa、sb的占空比，且满足da+db＝1。
16、步骤2具体为，
17、由式(1)知，sido buck-boost为典型二阶系统，故需要将变换器模型拟合为式(3)所示的二阶系统：
18、
19、式(3)中，yo表示系统输出，u表示系统输入，ξ表示系统的外部扰动，b表示系统输入增益，a1为系统参数；
20、分离系统内部不确定性扰动并将内外部扰动放入总扰动中，将系统改写为：
21、
22、式(4)中，b0为估计值，f(y,ξ,t)为总体扰动；
23、针对该系统，采用终端互补滑模控制器提高控制系统的抗扰能力，并引入级联观测器，进一步估计集总扰动，提高观测器观测精度。
24、步骤2.1具体为：
25、采用三阶级联观测器，前级采用三阶leso，确保扰动幅值变化不会影响系统的稳定性，后级采用三阶nleso，并将前级扰动观测值作为已知扰动加入后级扰动观测值中，构成总体扰动，
26、基于式(4)所示的二阶系统，根据扩张状态观测器的设计原则，首先定义状态变量x1＝yo,x3＝f,得到式(5)的状态空间表达式：
27、
28、根据式(5)建立第一级三阶leso数学模型：
29、
30、式(6)中，e1表示三阶leso的观测误差，η11、η12和η13分别表示状态变量x1、x2和x2的观测值，l11、l12和l13为第一级leso的增益系数且为正数；
31、leso的增益系数采用带宽整定法，设wo为leso观测器带宽；
32、由式(6)知，扰动估计项的观测值会受到第一个状态变量观测值η11的影响，为了进一步估计扰动误差η13-x3，将第一级估计扰动作为已知部分，设计第二级三阶nleso：
33、
34、式(7)中，e2表示三阶nleso的观测误差，η21与η11作用相同，均为状态变量x1的观测值，η22则表示x2的观测值，η23表示剩余扰动误差的观测值，l21、l22、l23表示第二级观测器的增益系数且为正数，非线性函数fal(e2,αi,δ)的表达式为：
35、
36、式(8)中，fal(e2,αi,δ)为幂次函数，αi为指数次幂，δ表示线性区间。
37、α1＝1，α2＝0.5，α3＝0.25，0.01＜δ＜0.1。
38、取l11＝3wo，
39、设w1为nleso带宽，取l21＝3w1，
40、步骤2.2具体为：
41、已知观测器合成集总扰动为η12+η22，若uo表示终端互补滑模控制器的控制律，则系统总体控制律u为：
42、
43、根据式(9)知，通过设计终端互补滑模控制律uo来控制系统输出值达到期望值；
44、首先定义系统输出值与期望值的误差e为：
45、e＝yref-η21 (10)
46、定义广义滑模面sg和互补滑模面sc为：
47、
【技术保护点】
1.单电感双输出变换器的终端互补滑模自抗扰控制方法，其特征在于，将SIDO Buck-Boost变换器主路和支路分别拟合为自抗扰控制系统范式，转化为两个独立的二阶系统模型，设计终端互补滑模控制器代替传统自抗扰控制中的线性控制器，同时引入级联扩张状态观测器抑制电路中的高频噪声，对SIDO Buck-Boost变换器支路采用电流和电压双闭环控制，主路采用电压单闭环控制，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的单电感双输出变换器的终端互补滑模自抗扰控制方法，其特征在于，所述步骤1具体为，
3.根据权利要求2所述的单电感双输出变换器的终端互补滑模自抗扰控制方法，其特征在于，所述步骤2具体为，
4.根据权利要求3所述的单电感双输出变换器的终端互补滑模自抗扰控制方法，其特征在于，所述步骤2.1具体为：
5.根据权利要求4所述的单电感双输出变换器的终端互补滑模自抗扰控制方法，其特征在于，所述α1＝1，α2＝0.5，α3＝0.25，0.01＜δ＜0.1。
6.根据权利要求4所述的单电感双输出变换器的终端互补滑模自抗扰控制方法，其
7.根据权利要求4所述的单电感双输出变换器的终端互补滑模自抗扰控制方法，其特征在于，所述步骤2.2具体为：
8.根据权利要求7所述的单电感双输出变换器的终端互补滑模自抗扰控制方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
9.根据权利要求8所述的单电感双输出变换器的终端互补滑模自抗扰控制方法，其特征在于，所述步骤4.1具体为：
10.根据权利要求9所述的单电感双输出变换器的终端互补滑模自抗扰控制方法，其特征在于，所述步骤4.2具体为：
...【技术特征摘要】
1.单电感双输出变换器的终端互补滑模自抗扰控制方法，其特征在于，将sido buck-boost变换器主路和支路分别拟合为自抗扰控制系统范式，转化为两个独立的二阶系统模型，设计终端互补滑模控制器代替传统自抗扰控制中的线性控制器，同时引入级联扩张状态观测器抑制电路中的高频噪声，对sido buck-boost变换器支路采用电流和电压双闭环控制，主路采用电压单闭环控制，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的单电感双输出变换器的终端互补滑模自抗扰控制方法，其特征在于，所述步骤1具体为，
3.根据权利要求2所述的单电感双输出变换器的终端互补滑模自抗扰控制方法，其特征在于，所述步骤2具体为，
4.根据权利要求3所述的单电感双输出变换器的终端互补滑模自抗扰控制方法，其特征在于，所述步骤2.1具体为：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：皇金锋，陈旭，李聪林，张鹏超，卢超，
申请(专利权)人：陕西理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。