[发明专利]基于扩张状态观测器的交错并联Buck变换器非线性控制方法

说明书

本发明公开了基于扩张状态观测器的交错并联型Buck变换器非线性控制方法，电流内环采用微分平坦控制，依据系统的状态方程得到了开关控制律；电压外环采用全局快速终端滑模控制，根据滑动模态确定了各相电感电流参考值，并且滑模控制律中不含切换函数，降低了参数调整的难度，为进一步削弱滑模控制引起的抖振，采用扩张状态观测器对总扰动进行估计，并对总扰动进行补偿.本发明在保证系统的稳态输出及瞬态响应速度的同时，实现各相均流控制,采用扩张状态观测器对未知总扰动进行估计，使输出能够快速地跟随输出期望值。

技术领域

本发明属于变换器技术领域，具体涉及基于扩张状态观测器的交错并联型Buck变换器非线性控制方法。

背景技术

随着现代科学的进步，越来越多的电子设备需要大功率、高精度、低输出纹波的直流电源供电，如微处理器供电模块、射频功率放大器以及激光二极管等。若采用独立开关电源供电，那么开关管和二极管会受到功率容量的限制而增大开关应力，从而减少开关模块的使用寿命。并联技术将总电源分为若干电源模块，减小了功率器件的开关损耗，适合应用于低压大电流的场合。交错技术将N个开关模块分别以1/N个周期相位延时，可以减小输出纹波。交错并联技术结合了二者的优点，可以作为上述高精度设备的开关模块，因此成为近年来专家研究的热点。

如何对直流变换器的各相电流平均控制，以及在受到内外干扰时保持系统的稳定性同时具有良好的暂态性能，是目前研究交错并联技术的关键。近年来，大量文献对交错并联变换器进行均流控制，其中，有的采用电荷控制，进一步拓宽负载的稳定范围并加快了瞬态响应，但线性控制的抗扰性能有限，而微分平坦控制(DFBC)、模糊控制、滑模控制等非线性控制由于具有强鲁棒性和优异的瞬态性能，因此在交错并联变换器中得到广泛应用。

非线性控制对于交错并联变换器的抗扰性能、均流特性具有良好的控制效果。其中滑模控制较少应用于该系统，并且全局快速滑模控制(FTSM)不仅具有有限时间收敛特性，而且保证了系统远离平衡点时快速收敛。

发明内容

本发明的目的是提供基于扩张状态观测器的交错并联型Buck变换器非线性控制方法，电容电压外环采用FTSM，电感电流内环采用DFBC，在保证系统的稳态输出及瞬态响应速度的同时，实现各相均流控制。

本发明所采用的技术方案是，基于扩张状态观测器的交错并联型Buck变换器非线性控制方法，电流内环采用微分平坦控制，依据系统的状态方程得到了开关控制律；电压外环采用全局快速终端滑模控制，根据滑动模态确定了各相电感电流参考值，并且滑模控制律中不含切换函数，降低了参数调整的难度，为进一步削弱滑模控制引起的抖振，采用扩张状态观测器对总扰动进行估计，并对总扰动进行补偿，具体包括以下步骤：

步骤1：对交错并联型Buck变换器建模；

步骤2、构建用于交错并联型Buck变换器控制的双闭环非线性控制器系统，包括基于全局快速滑模控制FTSM设计的电容电压外环控制器、基于微分平坦控制DFBC设计的电感电流内环控制器以及扩张状态观测器ESO；

步骤3：设计扩张状态观测器ESO，满足ESO对总扰动项进行观测并补偿；

步骤4：电容电压外环采用全局快速滑模控制，使系统状态收敛至平衡态；

步骤5：电感电流内环采用微分平坦控制，计算各相均流控制律，使得内环电流精确跟随参考值，实现交错并联型Buck变换器的非线性控制。

本发明的特点还在于，

步骤1具体为：