[发明专利]一种功率变换器的复合非奇异终端滑模控制方法

说明书

一种功率变换器的复合非奇异终端滑模控制方法，涉及一种降压变换器的滑模控制方法与扰动观测技术结合的控制方案。本发明基于降压变换器的平均状态模型，将一阶非奇异终端滑模控制与非线性扰动观测技术相结合，通过采用定频PWM方式，改变开关器件的占空比来控制其导通或关断，进而实现降压变换器的目标电压输出。本发明提出了一种基于非奇异终端滑模与扰动观测技术相结合的功率变换器控制方法，以解决传统滑模/PID控制响应速度慢、电压输出品质不高、抗扰动性差等问题。所述控制方法中非奇异终端滑模具有全局快速收敛，精度高的优点，扰动观测技术可对干扰进行等效补偿，很大程度上消除了高频抖振对输出电压的影响，从而提高了功率变换器控制系统的抗干扰性能。

技术领域

本发明涉及电力电子变换器领域，具体是利用非奇异终端滑模技术来提高降压变换器输出电压的动态性能和稳态性能，以及用非线性扰动观测技术对扰动进行补偿，从而进一步削弱滑模控制中广泛存在的抖振。

背景技术

目前，在变换器的实际控制过程中，由于滑模控制具有其他控制不具备的一些优点而受到青睐，如具有快速响应、对参数变化不灵敏等，在电力系统、机器人控制、飞行器等领域应用广泛。因其本身的特点，状态轨迹在滑模面附近时由于惯性、时间和空间滞后等原因，系统存在抖振。为了解决该问题，一般都是利用边界层方法来解决抖振问题，但是抗干扰性能也相应降低。针对该问题，一些学者提出了终端滑模控制方法，较普通的滑模控制，具有更好的抗干扰性能。

另一方面，为了补偿实际系统中存在的系统不确定性和外部扰动等，工程上开始利用扰动观测技术对扰动进行观测并补偿。较为成熟的是对线性系统的扰动观测器设计，其中经典的频域扰动观测器以其控制结构简单，利用模型倒数和低通滤波器即可构建等优点，在运动控制、机电系统领域中得到了广泛而深入地应用。然而，非线性特性普遍存在于控制系统中,对于非线性因素影响较大的系统，线性扰动观测器无法适用，此时应该有针对性的设计非线性扰动观测器。由于非线性系统的复杂性，相比于线性系统的扰动观测技术的广泛应用,对于非线性扰动观测技术的应用刚起步，还没有形成一个完整的体系。

本文为了更加精确地实现对功率器件的控制设计，利用扰动观测技术对扰动进行观测，并对系统进行扰动补偿，最终与终端滑模控制器相结合形成复合控制，从而进一步降低了扰动对系统输出品质的影响。

发明内容

本发明提出了一种功率变换器的复合非奇异终端滑模控制方法，为了解决现有的传统滑模控制方法中存在的对电压输出响应较慢，抗扰动能力不够高等问题。针对降压型Buck变换器，利用非奇异终端滑模与扰动观测结合的相关理论设计控制器，其具体的技术方案如下：

一种功率变换器的复合非奇异终端滑模控制方法,包括以下三步:

步骤一、降压变换器的平均状态模型建立；

步骤二、非奇异终端滑模控制器设计；

步骤三、基于非奇异终端滑模和扰动观测的复合控制设计。

进一步，步骤一中所述降压变换器的状态空间平均模型为：

其中，V_g是直流电压源，L是电感，C是电容，R是负载，i_L是电感电流，u_C是输出电压，d是开关量，其值取0或1，则降压变换器系统如下：

考虑扰动时，上述表达式可以写为：

其中，△V_g、△L、△R、△C分别表示对应的扰动不确定因素。

进一步可将上式写成如下形式：