一种基于Buck-Boost变换器的无源性控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于Buck

【技术实现步骤摘要】
一种基于Buck
‑
Boost变换器的无源性控制方法


[0001]本专利技术属于自动化控制
，具体涉及一种基于Buck
‑
Boost变换器的无源性控制方法。

技术介绍

[0002]DC
‑
DC变换器是一种通过控制开关器件占空比来实现电能之间相互转换的电力电子设备，有多种形式的拓扑结构。现有常用的拓扑结构是Buck
‑
Boost型变换器，这种变换器因结构简单，工作稳定，便于控制，转换效率快等特点逐渐成为研究热点。对此常用的控制方案分为线性控制算法与非线性控制算法。线性控制算法是在平衡点附近线性化，在其邻域内达到稳定输出；但对非线性系统调节时间，超调量等动态特性仍存在优化空间；且对于恒功率负载出现情况，不能保证系统稳定运行。因而针对非线性系统，大多使用非线性控制算法。如：滑模控制、无源控制、自适应控制、自抗扰控制以及反步控制等。其中无源控制是基于能量平衡的全局控制算法，其原理设计核心是通过能量整形与阻尼注入两部分使系统阻抗部分呈现正阻抗特性，即系统为正定；根据严格正实引理(KYP)证明系统正定与无源性的关系，进而由局部不变定理以及李雅普诺夫第二方法证明无源系统是稳定的。
[0003]但现有的应用于恒功率负载系统的无源控制系统，无法兼顾超调与快速性，在满足快速响应的同时难以稳定输出。

技术实现思路

[0004]基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本专利技术的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本专利技术的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种基于Buck
‑
Boost变换器的无源性控制方法。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种基于Buck
‑
Boost变换器的无源性控制方法，具体包括：
[0007]在电感电流连续导通状态下，建立Buck
‑
Boost变换器的数学模型，得到系统端口受控哈密顿模型；
[0008]根据系统端口受控哈密顿模型，从能量整形与阻尼注入两部分入手，并与积分环节结合，优化传统级联与阻尼配置的外环控制器；
[0009]使用内环控制器，依据非线性反馈控制重新定义系统的期望电流，进一步增强系统的动态性能。
[0010]作为一种优选的实施方式，优化传统级联与阻尼配置的外环控制器具体包括：
[0011]将传统无源控制律与积分环节结合，优化传统级联与阻尼配置的外环控制器。
[0012]作为一种优选的实施方式，使用内环控制器，依据非线性反馈控制重新定义系统的期望电流，具体使用方法：
[0013]依据非线性反馈控制改进fal函数重新定义系统的期望电流。
[0014]作为一种进一步优选的实施方式，内环控制器将改进后的非线性反馈作为期望
值，进而重新定义系统的期望电流。
[0015]作为一种优选的实施方式，Buck
‑
Boost变换器的控制参数如下：
[0016][0017]其中e为输出电压与期望电压的差值，根据实验设参数β＝5；α＝0.5；δ＝0.01，k
i
取值0.8，A∈(1，π)，B小于1。V
dis
是寄生电阻的电压V
dis
＝
‑
(R
L
+(1
‑
u)*R
VD
+u*R
VT
)*x1；R
L
、R
VD
以及R
VT
分别是电感、续流二极管以及MOSFET的内阻；tan函数使得在大误差时加快系统收敛时间，且收敛时较传统函数更加平滑。
[0018]作为一种优选的实施方式，Buck
‑
Boost变换器的fal函数具体为：
[0019][0020]本专利技术与现有技术相比，有益效果是：
[0021]本专利技术的方法应用Buck
‑
Boost变换器，建立端口受控哈密顿模型，设计级联阻尼配置无源控制器，着重在内环控制中利用输入输出侧功率平衡的原则，补偿内环控制的电感电流期望值，进而通过积分环节优化无源外环控制，无论电阻性负载阻值与恒功率负载阻值大小如何变化，是否存在外部扰动，系统均能稳定运行且精确输出至期望值。
附图说明
[0022]图1为本专利技术提出的基于无源性控制的Buck
‑
Boost变换器的结构示意图；
[0023]图2为开环控制下恒功率负载与电阻性负载阻值大小关系对系统影响的示意图；
[0024]图3为本专利技术的内环控制器与传统的内环控制器误差对比图；
[0025]图4为本专利技术的控制器与其他控制器的输出电压图；
[0026]图5为本专利技术的控制器的相位图。
具体实施方式
[0027]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0028]在下述介绍中提供了本申请的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本申请也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征A、B、C，另一个实施例包含特征B、D，那么本申请也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。
[0029]下面的描述提供了示例，并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本申请内容的范围的情况下，对描述的元素的功能和布置做出改变。各个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺序不同的顺序来执行，并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外，可以将关于一些示例描述的特征组合到其他示例中。
[0030]本申请提供一种基于Buck
‑
Boost变换器的无源性控制方法，具体包括：
[0031]在电感电流连续导通状态下，建立Buck
‑
Boost变换器的数学模型，得到系统端口受控哈密顿模型。
[0032]根据所述系统端口受控哈密顿模型，从能量整形与阻尼注入两部分入手，并与积分环节结合，优化传统级联与阻尼配置的外环控制器。
[0033]在本申请的一个实施例中，提供了上述方法的一个具体实现，其具体包括如下步骤：
[0034]S11、在电感电流连续导通状态下(CCM)，建立Buck
‑
Boost电路数学模型
[0035][0036]式中，x1、x2是电感电流与电容电压；R为电阻负载；P是CPL的恒定功率；R
L
、R
VD
以及R
VT
分别是电感、续流二极管以及MOSFET的内阻；控制器u∈[0，1]；V
dis
是寄生电阻的电压V
dis
＝
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Buck
‑
Boost变换器的无源性控制方法，其特征在于，具体包括：在电感电流连续导通状态下，建立Buck
‑
Boost变换器的数学模型，得到系统端口受控哈密顿模型；根据所述系统端口受控哈密顿模型，从能量整形与阻尼注入两部分入手，并与积分环节结合，优化传统级联与阻尼配置的外环控制器；依据非线性反馈控制重新定义系统内环控制器，获得系统的期望电流，进一步增强系统的动态性能。2.如权利要求1所述的一种基于Buck
‑
Boost变换器的无源性控制方法，其特征在于，所述优化传统级联与阻尼配置的外环控制器具体包括：将传统无源控制律与积分环节结合，优化传统级联与阻尼配置的外环控制器。3.如权利要求1所述的一种基于Buck
‑
Boost变换器的无源性控制方法，其特征在于，依据非线性反馈控制重新定义系统内环控制器，获得系统的期望电流，具体使用方法：依据非线性反馈控制改进fal函数重新定义系统的期望电流。4.如权利要求3所述的一种基于Buck
‑
Boost变换器的无源性控制方法，其特征在于，所述内环控制器将改进后的非线性反馈作为期望值，进...

【专利技术属性】
技术研发人员：南余荣，程奔，王超，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：