采用复合型干扰补偿直流降压变换器的离散吸引律方法技术

本发明专利技术公开了一种采用复合型干扰补偿直流降压变换器的离散吸引律方法。采用复合型干扰补偿策略，将其嵌入到离散无切换幂次吸引律中，构造具有干扰抑制能力的理想误差动态；依据理想误差动态设计离散时间控制器，将当前的控制器计算获得的信号作为直流降压变换器的控制输入。具体的控制器参数整定工作可依据系统跟踪误差吸引过程的指标进行，且给出了表征跟踪误差吸引过程的稳态误差带边界和跟踪误差首次进入稳态误差带所需最多收敛步数的具体表达式。本发明专利技术具有快速收敛、无切换特性，兼有提高直流降压变换器的跟踪精度、抗干扰能力以及有效降低输出电压纹波。以及有效降低输出电压纹波。以及有效降低输出电压纹波。

【技术实现步骤摘要】
采用复合型干扰补偿直流降压变换器的离散吸引律方法


[0001]本专利技术涉及一种采用复合型干扰补偿直流降压变换器的离散吸引律方法，该方法适于降压型直流电源，也适用于工业控制中的DC
‑
DC电源。

技术介绍

[0002]直流降压(Buck)变换器是一种实现直流电路电压转换的电力电子设备。由于直流降压变换器具有系统结构简单轻便，降压稳定、安全可靠等优点，目前在电动汽车充电、LED驱动以及航天航空等工业领域得到广泛应用。
[0003]传统直流降压变换器电压控制常用的是线性比例
‑
积分
‑
微分(PID)控制方法，但由于直流降压变换器存在负载突变、输入电压变动以及模型参数摄动等各种干扰，无法实现高性能控制。滑模控制是一种非线性控制方法，具有控制实现简单、输出响应快以及鲁棒性好等优点。然而滑模控制本身存在固有的抖振问题，将其作用于直流降压变换器中会使得输出电压的纹波变大。因此，如何减小系统抖振是滑模控制的一个研究重点。
[0004]滑模控制趋近律方法由于采用趋近律，闭环系统的动态响应过程分为趋近过程与滑动模态，其稳定性与收敛性由具体的趋近律和滑模函数所决定。吸引律方法直接采用跟踪误差信号，不需要定义滑模函数，控制器设计变得更为直接和简洁。闭环系统的动态响应过程仅由吸引律所决定。在存在干扰的情形下，将干扰抑制措施“嵌入”到吸引律中，构造具有干扰抑制作用的理想误差动态。依据理想误差动态设计离散时间控制器，使得闭环系统具有理想误差动态所刻画的误差动态特性，从而提高控制系统抗干扰能力和跟踪性能。以吸引律方法设计离散控制器时，可由吸引律给出跟踪误差的瞬态和稳态行为的两个指标：绝对吸引层和稳态误差带。实际上，两个指标的具体取值依赖于控制器参数。给定吸引律的具体形式，可预先给出两个指标的具体表达式，可用于控制器参数整定。
[0005]直流降压变换器存在各种干扰(负载突变、输入电压变动等)，需要对各个干扰信号进行有效补偿抑制处理。目前常用的扰动补偿抑制方法是一种“一步延迟干扰估计”技术。该技术能对常值/慢时变扰动起到有效补偿抑制作用。但此处理方法会存在量测噪声放大和一步延迟等问题，会降低直流降压变换器的控制精度以及稳定性能。因此，如何有效提高直流降压变换器的干扰抑制能力以及降低输出电压纹波(减小稳态误差)是控制器设计需要关注的焦点问题，也是亟待解决的难题。

技术实现思路

[0006]为了克服已有控制方法存在输出电压纹波大以及噪声放大等问题，本专利技术提供了一种采用复合型干扰补偿直流降压变换器的离散吸引律方法。将复合型干扰补偿措施嵌入到吸引律中，以便构建具有干扰补偿能力的理想误差动态，可有效抑制噪声和模型非线性等各种干扰信号。采用复合型干扰补偿策略的直流降压变换器数字控制技术能够实现精确的参考信号跟踪任务，并具有抗干扰能力和有效降低输出电压的纹波。
[0007]本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案是：采用复合型干扰补偿直流降压变换
器的离散吸引律方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1：建立直流降压变换器控制系统的数学模型
[0009]建立直流降压变换器控制系统的数学模型为：
[0010][0011]其中，V
k+1
,V
k
,V
k
‑1分别表示直流降压变换器第k+1，k，k
‑
1时刻的输出电压，u
k
表示直流降压变换器第k时刻的控制输入信号，T
s
为功率开关管的开关周期，R，L，C分别为直流降压变换器的负载电阻、电感和电容；V
in
为输入电压信号；w
k+1
为k+1时刻的系统总干扰信号；
[0012]步骤2：构造离散无切换幂次吸引律
[0013]构造离散无切换幂次吸引律
[0014][0015]其中，e
k
＝r
k
‑
V
k
为第k时刻直流降压变换器的跟踪误差，r
k
为第k时刻的给定参考信号，V
k
为第k时刻直流降压变换器的实际输出电压信号；非线性函数为跟踪误差的收敛速度参数满足在吸引律(2)中，跟踪误差从任意初始值e0开始经过步后无抖振单调收敛于原点，其中为不小于k
*
的最小整数且k
*
的表达式为
[0016][0017]步骤3：复合型干扰补偿策略
[0018]为了提高系统抗干扰能力，将复合型干扰补偿措施嵌入到吸引律(2)中，构造具有干扰补偿能力的理想误差动态：
[0019][0020]其中，为基于一步延迟干扰估计技术和扩展状态观测技术的复合型干扰补偿器，且满足
[0021][0022]式(5)中的w
k
为一步延迟干扰估计值，且
[0023][0024]式(5)中的为扩展状态观测值，且
[0025][0026]其中，分别为第k+1，k，k
‑
1时刻直流降压变换器的干扰观测值；分别表示直流降压变换器第k+1，k，k
‑
1，k
‑
2时刻的输出电压观测值；u
k
,u
k
‑1分别是直流降压变换器第k和k
‑
1时刻的控制输入信号；复合型干扰补偿误差满足其中Δ为复合型干扰补偿误差的上确界。
[0027]步骤4：基于理想误差动态设计控制器
[0028]将式(1)代入式(4)，可得直流降压变换器的离散时间控制器的表达式为
[0029][0030]将u
k
作为直流降压变换器的控制输入信号，可量测获得直流降压变换器的电压输出信号V
k
跟随参考信号r
k
变化，闭环系统的跟踪误差动态特性由式(4)所刻画。
[0031]进一步的，为表征吸引律的稳态性能和收敛性能，本专利技术给出稳态误差带边界Δ
SSE
和跟踪误差首次进入稳态误差带所需最多收敛步数这两个指标的表达式；这两个指标可用于指导控制器参数整定，其中稳态误差带边界的定义如下：
[0032]|e
k+1
|≤Δ
SSE
，当|e
k
|≤Δ
SSE
ꢀꢀ
(9)
[0033]这里，Δ
SSE
为稳态误差带边界。其各指标的表达式如下：
[0034]1)稳态误差带边界Δ
SSE
表示为：
[0035][0036]2)收敛步数
[0037][0038]本专利技术的技术构思为：采用复合型干扰补偿直流降压变换器的离散吸引律方法。将复合型干扰补偿措施嵌入吸引律中，形成具有干扰补偿能力的理想误差动态。依据理想误差动态设计离散时间控制器，实现对给定参考信号的精确跟踪，提高直流降压变换器的抗干扰能力和有效降低输出电压纹波。
[0039]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.采用复合型干扰补偿直流降压变换器的离散吸引律方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立直流降压变换器控制系统的数学模型其中，V
k+1
,V
k
,V
k
‑1分别表示直流降压变换器第k+1，k，k
‑
1时刻的输出电压，u
k
表示直流降压变换器第k时刻的控制输入信号，T
s
为功率开关管的开关周期，R，L，C分别表示直流降压变换器的负载电阻、电感和电容；V
in
为输入电压；w
k+1
为k+1时刻的系统总干扰信号；步骤2：构造离散无切换幂次吸引律其中，e
k
＝r
k
‑
V
k
为第k时刻的直流降压变换器跟踪误差，r
k
为第k时刻的给定参考信号，V
k
为第k时刻直流降压变换器的实际输出电压信号；非线性函数为跟踪误差的收敛速度参数满足在吸引律(2)中，跟踪误差从任意初始值e0开始经过步后无抖振单调收敛于原点，其中为不小于k
*
的最小整数且k
*
的表达式为步骤3：复合型干扰补偿策略将复合型干扰补偿措施嵌入到吸引律(2)中，构造具有干扰补偿能力的理想误差动态：其中，为基于一步延迟干扰估计技...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅盼，邬玲伟，雷必成，林志明，朱莺莺，
申请(专利权)人：台州学院，
类型：发明
国别省市：