谐振型DC-DC变换器高抗扰快响应控制系统及方法技术方案

本公开提供了一种谐振型DC‑DC变换器高抗扰快响应控制系统及方法，属于高效功率变换系统先进控制技术领域，包括跟踪微分器、线性扩张状态观测器和滑膜控制器；跟踪微分器根据接收到的电压参考信号输出跟踪信号、一阶和二阶微分信号，线性扩张状态观测器根据接收到的信号，得到第一、第二估计状态和估计扰动，进而得到第一和第二误差信号；所述滑膜控制器根据预设滑膜控制律以及接收到的第一误差信号、第二误差信号、二阶微分信号和估计的总扰动输出控制信号，经过驱动发生器产生PWM驱动信号，驱动变换器的开关管的动作；本公开兼有自抗扰控制的高抗扰特性和滑模控制的快动态响应特性，能有效缓解传统滑模控制易引起的抖振问题。

【技术实现步骤摘要】
谐振型DC-DC变换器高抗扰快响应控制系统及方法
本公开涉及高效功率变换系统先进控制
，特别涉及一种谐振型DC-DC变换器高抗扰快响应控制系统及方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。谐振型DC-DC变换器具有天然软开关特性，效率和功率密度等高，在电动汽车充放电等领域应用广泛。其中LLC式谐振型DC-DC变换器，软开关范围广，开关损耗低，输出电压范围大，易于实现谐振电感与变压器的磁集成，成为研究和应用热点。电动汽车充电系统一般由AC-DC和DC-DC组成，其中DC-DC变换器直接与汽车动力电池相连，由于动力电池的容量和充电功率差异较大，遂要求DC-DC变换器输出响应快且控制准。本公开专利技术人发现，尽管LLC谐振变换器存在上述优点，但是由于存在多个谐振元件，使其运行过程复杂，电压增益非线性强，数学模型阶次高，导致精准模型建立难；同时易受输入电压波动、谐振元件参数漂移、负载变化等扰动影响，模型时变，精准控制难度高。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种谐振型DC-DC变换器高抗扰快响应控制系统及方法，兼有自抗扰控制的高抗扰特性和滑模控制的快动态响应特性，控制效果又快又准，同时也能有效缓解传统滑模控制易引起的抖振问题。为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：本公开第一方面提供了一种谐振型DC-DC变换器高抗扰快响应控制系统。一种谐振型DC-DC变换器高抗扰快响应控制系统，包括跟踪微分器、线性扩张状态观测器和滑膜控制器；所述跟踪微分器根据接收到的电压参考信号输出跟踪信号、一阶微分信号和二阶微分信号，线性扩张状态观测器根据补偿信号、响应控制系统输出的控制信号和变换器的输出电压，得到并输出第一估计状态、第二估计状态和估计扰动；根据输出跟踪信号与第一估计状态得到第一误差信号，根据一阶微分信号与第二估计状态得到第二误差信号；所述滑膜控制器根据预设滑膜控制律以及接收到的第一误差信号、第二误差信号、二阶微分信号和估计的总扰动输出控制信号，经过驱动发生器产生PWM驱动信号，驱动变换器的开关管的动作。本公开第二方面提供了一种谐振型DC-DC变换器高抗扰快响应控制方法。一种谐振型DC-DC变换器高抗扰快响应控制方法，包括以下步骤；根据接收到的电压参考信号，获取跟踪信号、一阶微分信号和二阶微分信号；根据补偿信号、响应控制系统输出的控制信号和变换器的输出电压，得到并输出第一估计状态、第二估计状态和估计扰动；根据输出跟踪信号与第一估计状态得到第一误差信号，根据一阶微分信号与第二估计状态得到第二误差信号；根据预设滑膜控制律以及接收到的第一误差信号、第二误差信号、二阶微分信号和估计的总扰动输出控制信号。本公开第三方面提供了一种电子设备，包括本公开第一方面所述的谐振型DC-DC变换器高抗扰快响应控制系统。与现有技术相比，本公开的有益效果是：1、本公开所述的谐振型DC-DC变换器高抗扰快响应控制系统及方法，用于提高系统动态响应速度和抗干扰能力，能够保证系统在输出负载扰动、输入电压变化和谐振腔电路参数漂移等情况下输出电压的快速精准控制，准确性好，鲁棒性高。2、本公开所述的谐振型DC-DC变换器高抗扰快响应控制系统及方法，不但可以有效提高LLC谐振型隔离DC-DC变换器的快速动态响应，而且能够有效抑制负载变化、谐振元件参数漂移、输入电压波动以及测量噪声等各类扰动，动态响应快。3、本公开所述的谐振型DC-DC变换器高抗扰快响应控制系统及方法，巧妙的将模型信息应用于混合控制器的设计，既减轻了线性扩张状态观测器的负担，提高了其快速性和准确性，又减小了扰动估计的滞后，可以对输出电压实现快速精准调节，特别适合于电动汽车或动力电池快速充放电等领域。4、本公开所述的谐振型DC-DC变换器高抗扰快响应控制系统及方法，普适性好，可推广应用到双向变换器及其他谐振型隔离DC-DC变换器中，应用前景广阔。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1为本公开实施例1或实施例2提供的LLC谐振型隔离DC-DC变换器主电路拓扑图。图2为本公开实施例1或实施例2提供的LLC谐振型隔离DC-DC变换器直流增益图。图3为本公开实施例1或实施例2提供的谐振型DC-DC变换器高抗扰快响应控制方法的控制框图。图4为本公开实施例1提供的谐振型DC-DC变换器高抗扰快响应控制方法的设计流程图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例1：如
技术介绍
中所述，因为现有的LLC谐振变换器易受输入电压波动、谐振元件参数漂移、负载变化等扰动影响，导致现有的控制方法精准控制难度高，因此，本公开实施例1提供了一种谐振型DC-DC变换器高抗扰快响应控制系统。首先，建立LLC谐振变换器的小信号模型，得到其输入到输出的传递函数。然后，设计跟踪-微分器(TD)，规划过渡过程，解决快速性与超调量之间的矛盾，并获得给定信号的微分信号。再次，根据LLC谐振变换器模型，设计线性状态观测器(LESO)，对系统状态和扰动进行观测，同时设计补偿函数，来减轻LESO负担，提高精度。最后，根据选定的滑模控制面和趋近律，设计滑模控制律，输出控制信号。控制信号经过驱动发生器产生PWM驱动信号，驱动开关管工作。下面结合附图，对本实施例的具体实施方法进行详细说明。(1)建立LLC谐振变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种谐振型DC-DC变换器高抗扰快响应控制系统，其特征在于，包括跟踪微分器、线性扩张状态观测器和滑膜控制器；/n所述跟踪微分器根据接收到的电压参考信号输出跟踪信号、一阶微分信号和二阶微分信号，线性扩张状态观测器根据补偿信号、响应控制系统输出的控制信号和变换器的输出电压，得到并输出第一估计状态、第二估计状态和估计扰动；/n根据输出跟踪信号与第一估计状态得到第一误差信号，根据一阶微分信号与第二估计状态得到第二误差信号；/n所述滑膜控制器根据预设滑膜控制律以及接收到的第一误差信号、第二误差信号、二阶微分信号和估计的总扰动输出控制信号，经过驱动发生器产生PWM驱动信号，驱动变换器的开关管的动作。/n

【技术特征摘要】
1.一种谐振型DC-DC变换器高抗扰快响应控制系统，其特征在于，包括跟踪微分器、线性扩张状态观测器和滑膜控制器；
所述跟踪微分器根据接收到的电压参考信号输出跟踪信号、一阶微分信号和二阶微分信号，线性扩张状态观测器根据补偿信号、响应控制系统输出的控制信号和变换器的输出电压，得到并输出第一估计状态、第二估计状态和估计扰动；
根据输出跟踪信号与第一估计状态得到第一误差信号，根据一阶微分信号与第二估计状态得到第二误差信号；
所述滑膜控制器根据预设滑膜控制律以及接收到的第一误差信号、第二误差信号、二阶微分信号和估计的总扰动输出控制信号，经过驱动发生器产生PWM驱动信号，驱动变换器的开关管的动作。


2.如权利要求1所述的谐振型DC-DC变换器高抗扰快响应控制系统，其特征在于，所述变换为LLC谐振变换器，采用扩展描述函数法建立LLC谐振变换器模型，所述模型的输出电压与开关频率之间的传递函数为：



其中，Co为输出滤波电容，RL为负载，n为变压器变比，Lr为谐振电感，kf为直流电压增益曲线的斜率。


3.如权利要求1所述的谐振型DC-DC变换器高抗扰快响应控制系统，其特征在于，所述补偿信号，由依据变换器模型构建的补偿函数获得，所述补偿函数具体为：



其中，RL为负载，n为变压器变比，Co为输出滤波电容，Lr为谐振电感。


4.如权利要求3所述的谐振型DC-DC变换器高抗扰快响应控制系统，其特征在于，所述线性扩张状态观测器，具体为：



其中，其中，l1＝3w0，w0为观测器特征方程的极点位置，z1为第一估计状态，z2为第二估计状态，z3为估计扰动，kf为直流电压增益曲线的斜率。


5.如权利要求1所述的谐振型DC-DC变换器高抗扰快响应控制系统，其特征在于，所述滑膜控制律，具体为：



其中，α、β，ε，k均为大于0的常数，p、q为正奇数且q<p<2q，e2为第二误差，e1为第一误差，v3为二阶微分信号，z3为估计扰动，kf为直流电压增益曲线的斜率，n为变压器变比，Co为输出滤波电容，Lr为谐振电感，f0(z1,z2)为扰动补偿函数，z1为第一估计状态，...

【专利技术属性】
技术研发人员：段彬，白浩，张承慧，宋金秋，杨东江，苏祺钧，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37