[发明专利]一种直流降压变换器的连续滑模无电流传感器控制方法

说明书

本发明公开了一种直流降压变换器的连续滑模无电流传感器控制方法，该方法基于降压平均状态模型，利用连续滑模控制理论和有限时间观测器设计复合连续控制器，使降压变换器在无需电流传感器的条件下，仍可以精确跟踪参考输入电压，降低系统的硬件成本，提高系统的容错性。同时有限时间观测器还可以用来估计变换器系统因参数摄动、输入电压波动和负载突变引起的干扰，提高系统的抗干扰能力。本发明所设计的无电流传感复合控制器能够在直流降压变换器存在参数摄动、输入电压波动和负载突变的情况下，实现对于参考电压的精确跟踪。通过实例验证，本发明所提出的复合控制器可以消除传统滑模的抖颤现象，并使闭环系统具有良好的响应速度和抗干扰能力。

技术领域

本发明涉及一种直流降压变换器的连续滑模无电流传感器控制方法，具体涉及一种基于连续滑模控制和有限时间观测器的直流降压变换器无电流传感器控制方法，属于电力电子变换器技术领域。

背景技术

近年来，随着智能电网和分布式新能源的迅速发展，促进了直流降压变换器系统在多种直流电压调节系统中的广泛应用，其应用场合包括：高压直流输配电系统、直流电机驱动系统、太阳能光伏发电系统、工业自动化系统及军事航天等领域。作为最常见和基础的电能转换装置，直流降压变换器输出电压响应速度、抗干扰能力和跟踪精度都对与其连接的电气设备起到至关重要的作用，因而对于直流降压变换器的高精度控制研究受到越来越多的关注。此外，为降低系统的成本和提高系统的容错能力，无电流传感技术也成为研究的热点。

传统的PID控制方法作为工程中最为常见的控制方法，因其结构简单、实现方便、对硬件性能要求不高等优点被广泛应用于直流变换器系统。但由于其线性控制的局限性难以满足实际控制的高精度需求，尤其在直流变换器系统存在参数摄动、输入电压波动及负载突变等情况。随着微控制器计算能力的大幅度提升和半导体器件成本的下降，大量的先进非线性控制方法得以研究和成功应用于直流降压变换器系统，例如鲁棒控制、抗干扰控制、自适应控制、最优控制、滑模控制等。这些方法都从不同方面提升了降压变换器系统的性能。

值得提出的是，滑模控制因其对于参数不确定以及外界干扰有着很强的鲁棒性，且其切换控制的特点恰好符合电力电子变换器系统开关器件的动作特性，在电力电子变换器系统中得到广泛研究。文献(黄忻,汪健,陈宗祥,等.基于FPGA的比例积分滑模控制DC/DC变换器研究[J].电机与控制学报,2016,20(9):67-72)通过设计电感电流、输出电压及其积分的线性组合滑模面，在系统参数变化、供电电压变化以及外部干扰情况下，实现输出电压的稳定跟踪。但该方法设计的控制率是不连续，导致控制器的抖颤现象，不仅增加开关器件的损耗，也会引起输出电压的波动。文献(Ling R.,Maksimovic D.,Leyva R.,Second-Order Sliding-Mode Controlled Synchronous Buck DC–DC Converter[J].IEEETransactions on Power Electronics,2016,31(3):2539-2549)中针对直流降压变换器设计了二阶连续滑模控制器，实验结果表明该方案能够实现对于系统干扰的有效抑制，达到较高的跟踪精度。但该方法同时需要电压和电流的测量信息，在一定程度上提高了系统的成本，无法满足系统的高容错性要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种直流降压变换器的连续滑模无电流传感器控制方法，该方法结合有限时间观测器和连续滑模技术，实现对直流降压变换器参考电压快速、准确跟踪及干扰精确补偿抑制。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种直流降压变换器的连续滑模无电流传感器控制方法，包括如下步骤：

步骤1，分别以直流降压变换器的电容电压、电感电流为状态量，采用时间平均技术，同时考虑直流降压变换器参数摄动、输入电压波动和负载突变的影响，建立直流降压变换器的受扰状态空间平均模型；