[发明专利]一种基于降阶扩张状态观测器的直流降压变换器系统控制方法

说明书

一种基于降阶扩张状态观测器的直流降压变换器系统控制方法，适用于对直流降压变换器系统的高精度控制，该方法采取电压跟踪方式，首先对电压变化和电阻负载扰动通过设计一个降阶扩张状态观测器来观测扰动，在此基础上设计PD控制器从而得到复合控制器来控制直流降压变换器系统在有输入电压变化和负载电阻扰动情况下能够快速的高精度跟踪目标电压，该方法实现简单，参数调节较少，不但可以提高直流降压变换器系统快速跟踪参考信号的目的，而且可以有效地减小电力电子直流降压变换器稳态波动，满足高性能电力电子降压变换器系统的应用。

技术领域

本发明涉及电力电子直流降压变换器系统，尤其涉及一种基于降阶扩张状态观测器的直流降压变换器系统控制方法。

背景技术

随着现代科学技术的飞速发展，特别是电力电子技术、微电子技术、数字控制技术和现代控制理论的巨大进步，为电力电子直流开关电源系统的发展创造了有利条件，特别是在机器人、精密雷达、军用武器、新能源光伏系统等对直流开关电源控制性能要求越来越高的领域，直流变换器系统受到越来越多的关注。

目前，直流降压电力电子变换器系统多采用双闭环的控制结构，即内环为电流控制环，外环为电压控制环。控制器多采用PD 调节器。其中电流环的作用是提高系统的快速性，及时抑制电流内部的干扰；电压环的作用是提高系统抗负载扰动的能力，抑制电压稳态波动。

在实际直流供电设备中，由于直流变换器系统的工作场合大多要求输出电压精度相当高，而且要求能够快速适应各种不同的工况，但是由于目前采用的PD控制器当系统工作在不同的工况下，例如在有扰动的情况下无法消除扰动对输出电压带来的影响，特别是在系统遇到快速时变或者周期性的扰动时无法跟踪给定电压，这些扰动主要包括负载波动，电压输入变化等。如果控制器不对这些扰动快速主动进行处理，则闭环系统很难达到快速且高精度电压输出性能。因此在直流降压电力电子变换器系统存在扰动的情况下，系统能够及时地对扰动进行处理，就能够进一步提高电力电子变换器系统的跟踪速度和精度，满足电力电子系统在高精度电压输出工作领域的应用。

为了能够及时对系统扰动进行处理，提高电力电子变换器系统的跟踪精度，国内外学者进行了大量的研究。文献1(乐江源,谢运祥,洪庆祖等.Boost变换器精确反馈线性化滑模变结构控制[J].中国电机工程学报,2011,31(30):16-23.设计了基于精确反馈线性化的Boost变换器滑模变结构控制方法，通过精确反馈线性化方法将原系统简化成线性系统，设计滑模变结构控制器，但是该方法只考虑单一扰动且没考虑输入电压波动情况下的控制器设计，针对直流升压电力电子变换器控制系统系统，文献2(Said Oucheriah,LipingGuo.PWM-based adaptive sliding-mode control for boost DC–DC converters(J).IEEE Transactions on Industrial Electronics,2013，vol.60,no.8,pp.3291-3294.)提出了利用自适应规律设计状态观测器，抑制负载扰动和外部输入电压变化，实验结果表明，该方案能够及时地对扰动进行处理，达到较高的跟踪精度。

发明内容

为了克服现有直流降压变换器系统的负载变化和输入电压波动引起的扰动较大、跟踪的速度和精度较低的不足，本发明针对直流降压变换器的负载扰动和输入电压变化，利用降阶扩张状态观测器技术在实验中采集的电压状态信息基础上对扰动进行估计，实现对直流降压变换器系统给定电压跟踪的快速性和准确性；该方法易于实现，参数调节相对简单，具有很好的应用价值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于降阶扩张状态观测器的直流降压变换器系统控制方法，包括以下步骤：

步骤一：基于直流降压变换器的拓扑结构，考虑其强非线性的开关特性，采用连续建模法中的状态空间平均法将状态变量加权平均，将非线性、时变的开关电路转换为等效的线性、时不变的连续电路；以系统的电感电流、电容电压为状态变量，建立系统的状态空间平均模型；