基于功率整形的输出反馈控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于功率整形的输出反馈控制方法

【技术实现步骤摘要】
基于功率整形的输出反馈控制方法、装置、介质及设备


[0001]本专利技术涉及一种基于功率整形的输出反馈控制方法
、
装置
、
介质及设备，属于电力电子变换器

。

技术介绍

[0002]近年来，微电网技术的可持续发展可以应对能源危机
、
环境污染和气候变暖等挑战
。
它可以集成不同类型的可再生能源，如太阳能
、
风能
、
储能系统
、
氢能等
。
然而，可再生能源的输出电压往往不稳定，它们很难直接用于可靠的电力供应，这就需要采用
DC
‑
DC
升降压变换器进行能量交换，使变换器工作在升压或降压模式下保持输出电压的稳定
。
鉴于升降压变换器为强耦合的非线性系统，不可避免地会受到电路参数摄动
、
负载变化等因素的影响，因此对于它的高精度控制研究受到了越来越多学者的关注
。
[0003]然而，目前自适应状态观测器的收敛性需要一个持续的激励条件来保证，这在实际应用中通常难以满足
。
此外，使用状态观测器的代价是复杂的动力学和额外的稳定性条件，它的引入确实增加了计算的复杂性
。
低的采样频率可以解决这个问题，但采样频率过低必然会导致性能降低，甚至可以使系统失去稳定性
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于功率整形的输出反馈控制方法
、
装置
、
介质及设备，借用功率整形方法，将控制输入引入匹配方程，以便于求解，然后为变换器设计了相对简单的控制器，这就实现了对参考电压快速
、
准确的跟踪
。
[0005]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种基于功率整形的输出反馈控制方法，包括：
[0007]获取升降压变换器的电感电流和电容电压，应用平均技术和基尔霍夫定律，建立升降压变换器的数学模型；
[0008]根据升降压变换器的数学模型，计算获得基于功率整形的输出反馈控制器，通过输出反馈控制器稳定升降压变换器
。
[0009]进一步的，对基于功率整形的输出反馈控制器稳定后的升降压变换器进行仿真，根据仿真结果确定输出反馈控制器是否稳定
。
[0010]进一步的，所述升降压变换器的数学模型的公式如下：
[0011][0012]其中，
x1为电感电流，
x2为电容电压，为对状态变量
x1进行一次求导，为对状态变量
x2进行一次求导，
C、L
分别为直流升降压变换器中电容
、
电感的标称值，
R
为电阻阻值，
E
为输入电压，
u
为控制输入，
u
＝1‑
d
，
d
为占空比，
d∈[0
，
1]。
[0013]进一步的，所述根据升降压变换器的数学模型，计算获得基于功率整形的输出反
馈控制器，包括：
[0014]将所述升降压变换器的数学模型转换为如下公式：
[0015][0016]其中，
f(x
，
u)
是系统矩阵，为状态变量；提出只依赖于电容电压
x2的控制器，即
u
＝
α
(x2)
，
α
为控制器函数；
[0017]定义映射后的计算公式如下：
[0018][0019]其中为满足条件的非奇异结构矩阵，
Q(x
，
α
(x2))
，
Q
为映射，为映射，是中间量，是一个自由函数，则能量函数
H(x)
的梯度为：
[0020][0021]其中为系统矩阵；
[0022]定义其中
k
为调优参数；
[0023]进一步得到如下公式：
[0024][0025]其中：
[0026][0027]是只依赖于
x2的函数，公式
(4)
的转置梯度公式如下：其中为梯度符号，
[0028][0029]删除
b)
项，借助功率整形控制中的可积性条件得到如下公式：
[0030][0031]定义来消除公式
(8)
左边的项此时，公式
(8)
简化为如下公式：
[0032][0033]公式
(9)
的解为：
[0034][0035]其中，
c1为一个自由常数，系统的平衡点为
x
*
＝
(x
1*
，
x
2*
)
，其中
x
1*
为电流的平衡点，
x
2*
为输出电压的平衡点，结合平衡点条件，得到如下公式：
[0036][0037]由于控制输入
u
＝
α
(x2)
，
α
为控制器函数，当系统稳定时，此时的控制输入为
[0038]因此，基于功率整形的输出反馈控制器的具体表达形式为：
[0039][0040]进一步的，求解调优参数
k
的范围，包括：
[0041]由于系统在平衡状态时其中为二维状态向量，因此直流升降压变换器的平衡点为：
[0042][0043]x
*
为系统的平衡点，
x
*
＝
(x
1*
，
x
2*
)
，其中
x
1*
为电流的平衡点，
x
2*
为输出电压的平衡点；
[0044]计算能量函数
H(x)
：
[0045][0046]进一步可以得到在平衡点处转置梯度为：
[0047][0048]其中
()
*
为在平衡点处的表达式，则表示在平衡点处的转置梯度的表达式，其中：
[0049][0050]当时，
x
*
是一个孤立的平衡点，选择
k
＞
E
，公式
(15)
在平衡点处的行列式为：
[0051][0052]通过对该多项式进行根轨迹分析求得，当
k
＞
2E
，因此，基于上述分析，当
k
＞
2E
时，能量函数
H(x)
在平衡点
x
*
处有最小值
。
[005本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于功率整形的输出反馈控制方法，其特征在于，包括：获取升降压变换器的电感电流和电容电压，应用平均技术和基尔霍夫定律，建立升降压变换器的数学模型；根据升降压变换器的数学模型，计算获得基于功率整形的输出反馈控制器，通过输出反馈控制器稳定升降压变换器
。2.
根据权利要求1所述的基于功率整形的输出反馈控制方法，其特征在于，对基于功率整形的输出反馈控制器稳定后的升降压变换器进行仿真，根据仿真结果确定输出反馈控制器是否稳定
。3.
根据权利要求1所述的基于功率整形的输出反馈控制方法，其特征在于，所述升降压变换器的数学模型的公式如下：其中，
x1为电感电流，
x2为电容电压，为对状态变量
x1进行一次求导，为对状态变量
x2进行一次求导，
C、L
分别为直流升降压变换器中电容
、
电感的标称值，
R
为电阻阻值，
E
为输入电压，
u
为控制输入，
u
＝1‑
d
，
d
为占空比，
d∈[0,1]。4.
根据权利要求3所述的基于功率整形的输出反馈控制方法，其特征在于，所述根据升降压变换器的数学模型，计算获得基于功率整形的输出反馈控制器，包括：将所述升降压变换器的数学模型转换为如下公式：其中，
f(x,u)
是系统矩阵，
x
为状态变量；提出只依赖于电容电压
x2的控制器，即
u
＝
α
(x2)
，
α
为控制器函数；定义映射后的计算公式如下：其中为满足条件的非奇异结构矩阵，的非奇异结构矩阵，
Q
为映射，是中间量，是一个自由函数，则能量函数
H(x)
的梯度为：其中为系统矩阵；定义其中
k
为调优参数；进一步得到如下公式：
其中：其中：是只依赖于
x2的函数，公式
(4)
的转置梯度公式如下：其中为梯度符号，为梯度符号，删除
b)
项，借助功率整形控制中的可积性条件得到如下公式：定义来消除公式
(8)
左边的项此时，公式
(8)
简化为如下公式：公式
(9)
的解为：其中，
c1为一个自由常数，系统的平衡点为
x
*
＝
(x
1*
,x
2*
)
，其中
x
1*
为电流的平衡点，
x
2*
为输出电压的平衡点，结合平衡点条件，得到如下公式：由于控制输入

【专利技术属性】
技术研发人员：贺伟，张艳琴，李涛，郑柏超，宋公飞，杨溢，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：