基于复合型干扰补偿器的Buck型变换器电压跟踪控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于复合型干扰补偿器的Buck型变换器电压跟踪控制方法。利用复合型干扰补偿器对Buck型变换器系统干扰进行估计和补偿；构造离散变速吸引律，将复合型干扰补偿器嵌入到离散变速吸引律中，形成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控制信号作为Buck型变换器的控制输入。具体的控制器参数整定工作可依据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绝对吸引层和稳态误差带边界的具体表达式。本发明专利技术将离散变速吸引律的快速收敛特性与复合型干扰补偿器的强抗干扰能力相结合，提高了Buck型变换器的控制性能。型变换器的控制性能。型变换器的控制性能。

【技术实现步骤摘要】
基于复合型干扰补偿器的Buck型变换器电压跟踪控制方法


[0001]本专利技术涉及一种基于复合型干扰补偿器的Buck型变换器电压跟踪控制方法，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]Buck型变换器是一种实现直流降压功能的电力电子设备。由于Buck型变换器具有系统结构简单、轻便、可靠以及稳定等优点，目前在电动汽车充电、新能源发电以及直流电机驱动等工业领域得到广泛应用。
[0003]常规的Buck型变换器控制器常采用线性比例
‑
积分
‑
微分(PID)控制方法，但由于Buck型变换器存在供电输入电压波动、输出负载突变以及系统模型参数摄动等扰动，很难实现高性能控制。滑模变结构控制是常用的非线性控制方法，具有实现简单、系统响应快和鲁棒性强等优点。然而滑模变结构控制存在固有的颤振问题，将其作用于Buck型变换器中会使得Buck型变换器的输出电压纹波变大。因此，如何减小系统颤振和稳态误差(输出电压纹波)是滑模变结构控制的一个研究重点。
[0004]滑模变结构趋近律方法采用等式形式的到达条件，系统动态响应过程分为趋近过程与滑动模态过程，其稳定性能与收敛性能由具体的趋近律形式和切换函数所决定。吸引律方法直接采用跟踪误差信号，能够使系统跟踪误差在有限时间内直接趋近原点，不同于使得切换函数趋近切换面的趋近律。这样给出的闭环系统不存在滑动模态，因而无需设计滑模面，控制器设计变得更为直观、简洁。闭环系统的动态响应过程仅由吸引律所决定。考虑实际系统存在各种干扰，将干扰抑制措施“嵌入”到吸引律中，构造出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，使得闭环系统具有理想误差动态所刻画的误差动态特性，从而提高系统抗干扰能力和跟踪性能。
[0005]Buck型变换器存在各种干扰信号，例如负载突变以及供电输入电压波动等，需要对各种干扰信号进行有效估计、补偿处理。目前常用的干扰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问题，且对于慢时变干扰也存在一步滞后补偿问题，从而会降低Buck型变换器的控制精度以及干扰抑制性能。因此，如何有效提高Buck型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]为了克服现有控制方法存在输出电压纹波大和动态响应慢等问题，本专利技术提供了一种基于复合型干扰补偿器的Buck型变换器电压跟踪控制方法。采用复合型干扰抑制技术，将其嵌入到吸引律中，以便构建具有干扰抑制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。采用复合型干扰抑制策略的Buck型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：
[0008]基于复合型干扰补偿器的Buck型变换器电压跟踪控制方法，包括如下步骤：
[0009]步骤1：建立Buck型变换器控制系统的数学模型
[0010]所述的Buck型变换器控制系统的数学模型为
[0011][0012]其中，V
k+1
,V
k
,V
k
‑1分别是Buck型变换器第k+1，k，k
‑
1时刻的输出电压，u
k
为Buck型变换器第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Buck型变换器的负载电阻、电感和电容；V
in
为输入电压信号；w
k+1
为第k+1时刻的系统总干扰信号；
[0013]步骤2：构造离散变速吸引律
[0014]本专利技术构造离散变速吸引律
[0015][0016]其中，e
k
＝r
k
‑
V
k
为Buck型变换器第k时刻的跟踪误差，r
k
为第k时刻的给定参考信号，V
k
为Buck型变换器第k时刻的实际输出电压；非线性函数为跟踪误差的收敛速度参数满足
[0017]步骤3：复合型干扰补偿策略
[0018]将复合型干扰补偿措施嵌入到吸引律(2)中，构造具有干扰抑制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(4)中的w
k
为一步延迟干扰估计值，且
[0023][0024]式(4)中的为扩展状态观测值，且
[0025][0026]其中，分别表示Buck型变换器第k+1，k，k
‑
1时刻的干扰观测值；分别表示Buck型变换器第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Buck型变换器第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Δ为复合型干扰补偿误差的上确界。
[0027]步骤4：控制器设计
[0028]将式(1)代入式(3)，可得Buck型变换器的离散时间控制器的表达式为
[0029][0030]将u
k
作为Buck型变换器的控制输入信号，可量测获得Buck型变换器的电压输出信号V
k
跟随参考信号r
k
变化，系统跟踪误差的动态行为由式(3)表征。
[0031]进一步，为表征吸引律的吸引过程，本专利技术给出绝对吸引层边界以及稳态误差带边界这2个指标的表达式；这2个指标可用于指导离散时间控制器参数整定，其中绝对吸引层边界、稳态误差带边界的定义如下：
[0032]1)绝对吸引层边界Δ
AAL
[0033]|e
k+1
|＜|e
k
|，当|e
k
|＞Δ
AAL
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0034]2)稳态误差带边界Δ
SSE
[0035]|e
k+1
|≤Δ
SSE
，当|e
k
|≤Δ
SSE
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0036]这里，Δ
AAL
为绝对吸引层边界，Δ
SSE
为稳态误差带边界。其各指标的表达式如下：
[0037]1)绝对吸引层边界Δ
AAL
表示为：
[0038][0039]2)稳态误差带边界Δ
SSE
表示为：
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于复合型干扰补偿器的Buck型变换器电压跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立Buck型变换器控制系统的数学模型其中，V
k+1
,V
k
,V
k
‑1分别是Buck型变换器第k+1，k，k
‑
1时刻的输出电压；u
k
为Buck型变换器第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分别是Buck型变换器的负载电阻、电感和电容；V
in
为输入电压；w
k+1
为第k+1时刻的系统总干扰信号；步骤2：构造离散变速吸引律其中，e
k
＝r
k
‑
V
k
表示Buck型变换器第k时刻的跟踪误差，r
k
为第k时刻的给定参考信号，V
k
为Buck型变换器第k时刻的实际输出电压；非线性函数为跟踪误差的收敛速度参数满足步骤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，构造具有干扰抑制能力的理想误差动态：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，且满足式(4)中的w
k
为一步延迟干扰估计值，且式(4)中的为扩展状...

【专利技术属性】
技术研发人员：邬玲伟，梅盼，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：