双向DC/DC非线性高阶滑模控制器及其控制方法技术

本发明专利技术涉及双向DC/DC非线性高阶滑模控制器及其控制方法，属于电力电子技术领域，包括DC/DC变换器及控制电路，所述的控制电路包括电信号取样单元、控制器DSP和IPM驱动电路，所述的电信号取样单元的输出端与控制器DSP的输入端连接，所述的电信号取样单元包括连接在DC/DC变换器输入侧的输入电压取样电路和输入电流取样电路，以及连接在DC/DC变换器输出侧的输出电压取样电路及输出电流取样电路，所述的控制器DSP的输出端借助IPM驱动电路与DC/DC转换器控制连接，且本发明专利技术采用反馈线性化与非线性高阶滑模控制相结合的方式，对于提高DC/DC变换器控制稳定性能、动态响应速度和抗干扰能力具有重要的意义。

Bi directional DC / DC nonlinear high order sliding mode controller and its control method

【技术实现步骤摘要】
双向DC/DC非线性高阶滑模控制器及其控制方法
本专利技术属于电力电子
，涉及到一种DC/DC转换器控制器及其控制方法，具体为双向DC/DC非线性高阶滑模控制器及其控制方法。
技术介绍
传统双向DC/DC变换器的控制采用电压-电流双闭环PI、反馈线性化、线性最优或鲁棒等控制方法，并通过加入负载电流前馈环节，提高控制器的动态响应速度。上述方法均以双向DC/DC变换器小信号线性模型为控制对象，因此只能在稳定工作点附近具有较好的控制效果，一旦出现外界干扰或模型不精确都会导致控制系统稳定性降低。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，设计了双向DC/DC非线性高阶滑模控制器及其控制方法，采用反馈线性化与非线性高阶滑模控制相结合的方式，对于提高DC/DC变换器控制稳定性能、动态响应速度和抗干扰能力具有重要的意义。本专利技术的具体技术方案是：双向DC/DC非线性高阶滑模控制器，包括DC/DC变换器及控制电路，所述的控制电路包括电信号取样单元、控制器DSP和IPM驱动电路，所述的电信号取样单元的输出端与控制器DSP的输入端连接，所述的电信号取样单元包括连接在DC/DC变换器输入侧的输入电压取样电路和输入电流取样电路，以及连接在DC/DC变换器输出侧的输出电压取样电路及输出电流取样电路；所述的控制器DSP的输出端借助IPM驱动电路与DC/DC转换器的IPM控制连接，关键点是：所述的输入电压取样电路和输出电压取样电路均包括电压转换电路、分压电路和运放电路，所述的电压转换电路的输入端形成为电压信号采样端与DC/DC变换器连接，所述的电压转换电路经分压电路与运放电路的输入端相连，所述的运放电路的输出端与控制器DSP的输入端连接；所述的输入电流取样电路和输出电流取样电路均包括电流转换电路和运放电路，所述的电流转换电路的输入端形成为电流信号采样端与DC/DC变换器连接，所述的电流转换电路的输出端与运放电路的输出端相连，所述的运放电路的输出端与控制器DSP的输入端连接。所述的电压转换电路包括接线口P1、电阻R168、R169、R170和R171、霍尔直流电压传感器VS_in2和电容C136、C137和C138；所述的DC/DC变换器的正极输入口借助接线口P1串联电阻R168和电阻R169后并与霍尔直流电压传感器VS_in2的正极输入端相连，所述的DC/DC变换器的负极输入端借助接线口P1串联电阻R170和电阻R171后与霍尔直流电压传感器VS_in2的负极输入端相连，所述的霍尔直流电压传感器VS_in2的输出端为电压转换电路的输出端。所述的电流转换电路包括霍尔直流电流传感器和接线口P2，DC/DC变换器的正负极输入口借助接线口P2与霍尔直流电流传感器的正负输入口连接，所述的霍尔直流电流传感器的VOUT端口为电流转换电路的输出端。所述的运放电路包括前级和后级反向比例运放电路，所述的前级反向比例运放电路包括分压电阻、电阻R70、R71和R72、电容C72、C73和C74、和输入运算放大器U2D；所述的前级反向比例运放电路的输入端通过分压电阻接地，所述的前级反向比例运放电路的输入端与分压电阻的连接点CHA3经过稳压管接地，所述的采样电路的输入端经过电阻R70与输入运算放大器U2D的负极输入端串联，所述的输入运算放大器U2D的正极输入端经过电容C73和电阻R71接地，所述的电容C73与电阻R71并联，所述的输入运算放大器U2D的输出端经过并联连接的电容C74与电阻R72与其负极输入端相连形成反馈，所述的输入运算放大器的输出端为前级反向比例运放电路的输出端并与后期采样电路的输入端相连；所述的后级反向比例运放电路包括电阻R73、R74、R75和R76、电容C75和C76、和输入运算放大器U2C；所述的后级反向比例运放电路的输入端经过电阻R74与输入运算放大器U2C的负极输入端串联连接，所述的输入运算放大器U2C的正极输入端串联电阻R73接地，所述的输入运算放大器U2C的输出端经过并联连接的电容C75和电阻R75与其负极输入端连接，所述的输入运算放大器U2C的输出端通过电阻R76作为后级反向比例运放电路的输出端与控制器DSP的信号输入端相连。所述的IPM驱动电路包括一个8位三态总线发送接收器U1相同，输入信号相反的两个独立驱动隔离电路，所述的两路驱动隔离电路分别接于8位三态总线发送接收器U1的B0、B1管脚和B2、B3管脚，所述的独立驱动隔离电路包括光耦合器U2、电阻R1、R2和R3，电容C1、C2和C3；所述的光耦合器U2的第2管脚和第3管脚为驱动隔离电路的输出端，分别与8位三态总线发送接收器U1的B0管脚和B1管脚相连，所述的光耦合器U2的第2管脚和第3管脚之间并联有电阻R3和电容C2，所述的光耦合器U2的第7管脚和第6管脚间串联电阻R2，所述的光耦合器U2的第8管脚和第5管脚间串联电容C3，所述的光耦合器U2的第8管脚与第7管脚短路连接，所述的光耦合器的第6管脚作为驱动隔离电路的输出端与DC/DC变换器中IPM的开关Q1相连；所述的8位三态总线发送接收器U1的A0管脚和A1管脚，分别输入来自控制器DSP的PWM1H信号和PWM1L信号，输出PWM1UP和PWM1UN信号；所述的8位三态总线发送接收器U1的A2管脚和A3管脚，分别输入来自控制器DSP的PWM2H信号和PWM2L信号，输出PWM2UP和PWM2UN信号进入另一路驱动隔离电路。所述的双向DC/DC非线性高阶滑模控制器还包括保护电路，所述的保护电路的输入端连接电压转换电路的输出端，所述的保护电路包括滑动变阻器Rr4，电容C39、C40和C41、电阻R43、R44、R45、R46和R47，三极管QUin4和比较器Uam2B；所述的滑动变阻器Rr4的电阻两端分别连接±15V的电压源，滑动端经过电容C39与-15V电压源连接，所述的滑动变阻器Rr4的输入端通过电阻R44与比较器Uam2B的负输入端连接，所述的保护电路的输入端串联电阻R43连接比较器Uam2B的正输入，所述的比较器Uam2B的正负输入端分别串联电容C40和C41接地，所述的比较器Uam2B的输出端串联电阻R45与三极管QUin4的基极连接，所述的串联电阻R45与三极管QUin4的基极串联点通过电阻R46连接+15V的电压源，所述的三极管QUin4的集电极串联电阻R47与5V电压源连接，所述的三极管QUin4的发射极接地，所述三极管QUin4的集电极为保护电路的输出端，与控制器DSP的输入端相连，用于输出保护控制信号。根据双向DC/DC非线性高阶滑模控制器的控制方法，采集DC/DC变换器输入输出端的电信号至控制器DSP，控制器DSP计算后输出控制信号，关键点是：所述的控制方法包括如下步骤：第一步：设定输出电压目标值uoref、参数Kp1、Kp2、K21和K22；第二步：采集DC/DC变换器的输入电压uin，电感电流iL，输出电压uo和输出电流io；第三步：计算以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.双向DC/DC非线性高阶滑模控制器，包括DC/DC变换器及控制电路，所述的控制电路包括电信号取样单元、控制器DSP和IPM驱动电路，所述的电信号取样单元的输出端与控制器DSP的输入端连接，所述的电信号取样单元包括连接在DC/DC变换器输入侧的输入电压取样电路和输入电流取样电路，以及连接在DC/DC变换器输出侧的输出电压取样电路及输出电流取样电路；/n所述的控制器DSP的输出端借助IPM驱动电路与DC/DC转换器的IPM控制连接，/n其特征在于：所述的输入电压取样电路和输出电压取样电路均包括电压转换电路、分压电路和运放电路，所述的电压转换电路的输入端形成为电压信号采样端与DC/DC变换器连接，所述的电压转换电路经分压电路与运放电路的输入端相连，所述的运放电路的输出端与控制器DSP的输入端连接；/n所述的输入电流取样电路和输出电流取样电路均包括电流转换电路和运放电路，所述的电流转换电路的输入端形成为电流信号采样端与DC/DC变换器连接，所述的电流转换电路的输出端与运放电路的输出端相连，所述的运放电路的输出端与控制器DSP的输入端连接。/n

【技术特征摘要】
1.双向DC/DC非线性高阶滑模控制器，包括DC/DC变换器及控制电路，所述的控制电路包括电信号取样单元、控制器DSP和IPM驱动电路，所述的电信号取样单元的输出端与控制器DSP的输入端连接，所述的电信号取样单元包括连接在DC/DC变换器输入侧的输入电压取样电路和输入电流取样电路，以及连接在DC/DC变换器输出侧的输出电压取样电路及输出电流取样电路；
所述的控制器DSP的输出端借助IPM驱动电路与DC/DC转换器的IPM控制连接，
其特征在于：所述的输入电压取样电路和输出电压取样电路均包括电压转换电路、分压电路和运放电路，所述的电压转换电路的输入端形成为电压信号采样端与DC/DC变换器连接，所述的电压转换电路经分压电路与运放电路的输入端相连，所述的运放电路的输出端与控制器DSP的输入端连接；
所述的输入电流取样电路和输出电流取样电路均包括电流转换电路和运放电路，所述的电流转换电路的输入端形成为电流信号采样端与DC/DC变换器连接，所述的电流转换电路的输出端与运放电路的输出端相连，所述的运放电路的输出端与控制器DSP的输入端连接。


2.根据权利要求1所述双向DC/DC非线性高阶滑模控制器，其特征在于：所述的电压转换电路包括接线口P1、电阻R168、R169、R170和R171、霍尔直流电压传感器VS_in2和电容C136、C137和C138；
所述的DC/DC变换器的正极输入口借助接线口P1串联电阻R168和电阻R169后并与霍尔直流电压传感器VS_in2的正极输入端相连，所述的DC/DC变换器的负极输入端借助接线口P1串联电阻R170和电阻R171后与霍尔直流电压传感器VS_in2的负极输入端相连，所述的霍尔直流电压传感器VS_in2的输出端为电压转换电路的输出端。


3.根据权利要求1所述双向DC/DC非线性高阶滑模控制器，其特征在于：所述的电流转换电路包括霍尔直流电流传感器和接线口P2，DC/DC变换器的正负极输入口借助接线口P2与霍尔直流电流传感器的正负输入口连接，所述的霍尔直流电流传感器的VOUT端口为电流转换电路的输出端。


4.根据权利要求1所述双向DC/DC非线性高阶滑模控制器，其特征在于：所述的运放电路包括前级和后级反向比例运放电路，所述的前级反向比例运放电路包括分压电阻、电阻R70、R71和R72、电容C72、C73和C74、和输入运算放大器U2D；
所述的前级反向比例运放电路的输入端通过分压电阻接地，所述的前级反向比例运放电路的输入端与分压电阻的连接点CHA3经过稳压管接地，所述的采样电路的输入端经过电阻R70与输入运算放大器U2D的负极输入端串联，所述的输入运算放大器U2D的正极输入端经过电容C73和电阻R71接地，所述的电容C73与电阻R71并联，所述的输入运算放大器U2D的输出端经过并联连接的电容C74与电阻R72与其负极输入端相连形成反馈，所述的输入运算放大器的输出端为前级反向比例运放电路的输出端并与后期采样电路的输入端相连；
所述的后级反向比例运放电路包括电阻R73、R74、R75和R76、电容C75和C76、和输入运算放大器U2C；
所述的后级反向比例运放电路的输入端经过电阻R74与输入运算放大器U2C的负极输入端串联连接，所述的输入运算放大器U2C的正极输入端串联电阻R73接地，所述的输入运算放大器U2C的输出端经过并联连接的电容C75和电阻R75与其负极输入端连接，所述的输入运算放大器U2C的输出端通...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文杰，张子涵，杨贵新，谷志锋，刘文康，李宏城，单锁兰，刘靖波，刘雅芳，高升，崔磊，
申请(专利权)人：石家庄南麒科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13