【技术实现步骤摘要】
一种DC-DC变换器串级线性自抗扰电压控制方法
本专利技术属于直流微电网控制领域,尤其涉及一种DC-DC变换器串级线性自抗扰电压控制方法。
技术介绍
DC-DC变换器作为直流微电网的基本变换单元,在直流微电网系统中完成能量的单向和双向传送,是直流微电网能量调节的重要一环,在设备级控制中DC-DC变换器通过对直流母线电压的控制来完成直流微电网各个模块的能量调度。DC-DC变换器的输出特性主要取决于对电压的控制方法,以及所采用变换装置的分配功率。早前在DC-DC变换器上的控制策略是电压或者电流型峰值、峰谷控制方式,采用PI补偿网络完成控制。目前对DC-DC变换器类型的研究已经比较成熟,虽然出现了各类高变比、高变换率的新型DC-DC变换器,但是基本的DC-DC变换器,由于其拓扑和控制简单、变换效率高,仍被广泛应用,控制策略普遍采用电压外环电流内环双闭环控制方式。大多数DC-DC变换器采用基本的Buck、Boost和双向Buck-Boost以及其组合等变换结构,为此DC-DC变换器的变换性能提高主要依赖于所采用的控制策略。目前,用于DC-DC变换器直流侧电压的主要控制方法有:传统PI控制算法、滑模控制、预测电流控制、自适应控制等控制方法。传统PI控制器用于直流侧电压控制时,虽能够最终满足直流电压稳定和功率分配,但在存在较大干扰或者模型不精确的情况下,控制精度和性能有限,无法满足更高的要求。滑模控制器较小依赖于系统,鲁棒性能较强,动态性能好,然而其固有的系统抖振影响了控制性能、能耗损耗高,实际应用很少。预测电流控制相较 ...
【技术保护点】
1.一种DC-DC变换器串级线性自抗扰电压控制方法,其特征在于包括如下步骤:/n步骤1:采样DC-DC变换器电压V
【技术特征摘要】
1.一种DC-DC变换器串级线性自抗扰电压控制方法,其特征在于包括如下步骤:
步骤1:采样DC-DC变换器电压Vo、母线电压Vdc、电感电流IL;
步骤2:将DC-DC变换器输出电压Vo与DC-DC变换器参考电压值Vdc_ref作比较,得出电压误差信号ev,此误差信号经过外环LADRC控制器得到电流内环指令电流IL_ref;
步骤3:将步骤1中检测的电感电流IL与步骤2中得到电流内环指令电流IL_ref作比较,得到电流误差信号ei,此误差信号经过内环LADRC控制器得到输出控制量u;
步骤4:步骤3中输出控制量u与给定的载波信号比较,产生开关脉冲信号PWM,控功率器件,根据指令稳定母线电压或者调节输出功率;
步骤5:下一工作周期检测DC-DC变换器Vo和输出电流Io是否满足指令要求和功率分配要求,若此时不满足则返回步骤1,重复步骤1-5。
2.根据权利要求1所述一种DC-DC变换器串级线性自抗扰电压控制方法,其特征在于:步骤1中,直流母线后级Buck变换器构成直流负载,Vdc为接入的直流母线电压;Vo为DC-DC变换器输出电压;iL为电感电流;R为负载电阻;L为储能电感;C为输出滤波电容;ReC和ReL是电感L和电容C的等效内阻;
为简化DC-DC变换器的设计,设开关处于理想状态,忽略开关参数的影响,建立其平均数学模型,如下:
自抗扰控制的机制是通过扩张状态观测器ESO的观测,实现对外部扰动和内部扰动的总扰动f的补偿,使系统变成线性积分系统。
3.根据权利要求2所述一种DC-DC变换器串级线性自抗扰电压控制方法,其特征在于:步骤2包括如下步骤:,
重写公式(1)中的第二个方程如下式(2):
对于给定的DC-DC变换器参考电压值Vo_ref,与采样的DC-DC变换器输出电压做比较,得出电压误差信号ev,通过LADRC控制得到期望电流值IL_ref;
为简化推导过程,假设内环电流得到很好的控制,即内环闭环传递函数增益为1,则DC-DC变换器串级电压外环传递函数为:
这是一个典型的一阶系统,通过零极点配置简化为PI控制可以得到控制后的闭环传递函数为:
控制器参数只需要调节简单的比例P或者PD控制参数,即可完成控制,具体实现如下::
根据(2)式,令Vo=y1,iL=u1,可得其中y1是串级电压外环输出,u1为电压外环输入控制量,b1=1/C为目标增益,f1(y1,u1,w)是系统总扰动;继续令x1=y1,x2=f1(y1,u1,w)为状态变量,其中x2为扩张状态变量,可得串级电压外环的状态空间方程为:
其中C1=[10],则可以建立如下线性扩张状态观测器LESO:
其中L1=[β11β12]T,采用比例控制,即通过补偿总扰动,最后的控制量为:
这里R1=[r10]T是输出电压参考值,Kp1=[kp11]/b1控制器增益。
将(7)式代入(5)式可得:
从(8)式可以看出,通过扩张状态观测器观测扰动量在控制输入量中进行补偿后,串级电压外环变成了一阶积分系统,其输入控制量只与控制器增益kp1有关;
线性扩张观测器LESO参数L1和控制器参数kp1的设计,根据极点配置法,配置线性扩张观测器LESO的观测带宽为wo1,使得其闭环特征方程式为(s+wo1)2=0;同样配置控制器的控制带宽为wc1,使得其闭环特征方程式为s+wc1=0,这样可得线性扩张观测器LESO参数L1和控制器参数kp1分别为:...
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