[发明专利]一种多相DCDC鲁棒控制器设计方法

说明书

本发明涉及一种多相DCDC控制器设计方法，该方法基于广义多相DCDC升压转换器模型，采取各组独立的控制方式，综合分析线性模型的参数不确定性、系统干扰输入以及二次非线性，建立了的多相boost变换器的鲁棒控制模型。该模型适用于单相boost、典型磁集成多相boost、耦合电感多相boost等多种电路拓扑，并充分考虑了参数不确定性、干扰输入、二次非线性，具有很高的适用性，良好的鲁棒稳定性和鲁棒性能。该方法设计的鲁棒控制器具有稳定性好、对有界不确定性和干扰不敏感的特点，实现了大功率多相DCDC变换器宽工作范围下的系统稳定性及瞬态性能要求，解决了多相交错DCDC控制器设计的难题。

技术领域

本发明涉及一种多相DCDC控制器设计方法，可用于电力电子设备领域。

背景技术

多相DCDC变换器采取多相并联的拓扑结构，利用多组器件合力实现设计目标，在突破了单一器件功率限制的同时，还有效降低了对电容量以及电感量的需求，从而提高了功率密度。此外，更低的输出纹波、更多的可控对象以及设计余量，提高了直流变换器的控制灵活性和工作可靠性。

多相DCDC变换器虽然具有功率大、功率密度高、控制灵活以及可靠性高的特点，但是其结构复杂，器件繁多，并且由于电路杂散参数和各相非对称性的问题，使精确建模非常困难。而且多相DCDC变换器的参数不确定性以及二次非线性问题影响着控制的稳定性和可靠性，常用的控制方法如PID控制、滑模控制、极点配置等无法有效的处理系统的参数不确定性，而在设计中，为了处理方便，二次非线性还往往会被忽略。

发明内容

针对现有多相DCDC控制器设计存在的不足，本发明提出一种具有良好鲁棒稳定性和鲁棒性能的控制器设计方法，综合考虑了参数不确定性、二次非线性和干扰输入，且模型适用范围广。

为解决多相DCDC控制器设计中的不确定参数和二次非线性难以有效处理的工程难题，本发明提出了一种广泛适用并具有良好鲁棒稳定性和鲁棒性能的多相DCDC控制器设计方法。该方法基于一种广义多相DCDC升压转换器模型，通过李雅普诺夫函数保证不确定参数和二次非线性成分的鲁棒稳定，通过H∞控制理论保证干扰输入的鲁棒性能。

技术方案

一种多相DCDC鲁棒控制器设计方法，其特征是，包括步骤：

步骤1：建立含有二次非线性成分的动态小信号模型

采用的主电路拓扑，整个电路含有M组耦合电感，每组耦合电感又由N个相互耦合的电感组成，每相电感构成一个boost电路，通过改变互感数和相数变成单相、磁集成多相、耦合电感多相等多种DCDC变换器结构；

所述含有二次非线性成分的动态小信号模型推导过程如下：

根据基尔霍夫定律，可推导出电路微分方程如下：

式中各符号定义见下表：

选取电感电流和输出电压作为状态变量，输入电压、输出电流和二极管压降作为干扰输入，将式(1)转换成状态方程的形式，求得稳态解后，加入扰动，并保留二次非线性部分，得到动态小型号模型：

其中分别为状态变量、干扰输入和占空比，K、则为对应的系数矩阵；

步骤2：基于各组独立的控制方式，加入控制器增益，建立含有二次非线性成分的多相升压变换器的控制模型

控制模型采取各组独立的控制方式，各组内所有相的占空比相同，由外环补偿器直接生成各内环补偿器给定，根据需求实现均流或比例控制；

基于上述的控制方式，采用的控制模型，得到增加控制器后的动态小信号模型：