[发明专利]一种基于扰动观测器的升降压电路抗干扰控制方法

说明书

本发明涉及电力电子变换器技术，具体涉及一种基于扰动观测器的升降压电路抗干扰控制方法，该方法在双闭环的基础上加入扰动观测器与PI控制器相结合的控制策略，对Buck‑Boost变换器的输出电压进行调节，以消除匹配或不匹配的电路参数扰动，在有负载突变和输入电压突变的情况下，采用电压电流双闭环控制，设计两个扰动观测器，分别实时估计出输出电压和电感电流中的不确定因素，并前馈至前向通道给予补偿消除扰动，从而提高系统动态特性，在系统摄动、参数不确定和负载突变情况下，该控制方法均可以对Buck‑Boost变换器进行较好的控制，并提高其响应速度和鲁棒性。

技术领域

本发明属于电力电子变换器技术领域，特别涉及一种基于扰动观测器的升降压电路抗干扰控制方法。

背景技术

无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术因其可靠性、安全性、灵活性等优点有着广泛的应用领域，该技术基于电磁感应原理，实现由供电设备向用电设备非物理接触的电能传输，与传统接触式供电方式相比，避免了接触不良、漏电危险、适应环境能力差等缺点，不受外部恶劣环境的限值，在一些特殊场景应用广泛，如电动汽车、水下供电、轨道交通等。大多数场合要求WPT系统保持恒定的电压输出，控制的方法一般有副边采用基于DC-DC变换器的控制，DC-DC变换器的控制性能对WPT系统稳定性有直接影响。

Buck-Boost变换器由于其电压变换范围广，具有提高或降低输出电压的能力，已被广泛应用于无线电能传输技术中。Buck-Boost变换器的主要控制目标是控制系统保持稳定的输出电压，通过控制功率开关管的通断来调节输出电压。由于WPT系统应用场合比较复杂，系统参数在实际应用中容易受到环境影响，如线圈偏移、负载突变和输入电压变化都会导致输出电压偏移设定值。传统的控制方法较难得到符合实际需求的系统输出，常常会引起闭环控制系统反应迟钝，产生震荡等副作用，而在一些动态无线充电场景，要求系统快速到达额定功率，因此需要研究更有效的Buck-Boost变换器控制方法，使系统快速进入稳态且在有未知外部干扰下迅速恢复稳态从而优化系统的动态性能。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供一种基于扰动观测器的Buck-Boost变换器抗干扰控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于扰动观测器的升降压电路抗干扰控制方法，该电路包括Buck-Boost变换器主电路和控制电路；Buck-Boost主电路包括输入电压、开关管V_g、续流二极管D、电感、电容及电阻；控制电路包括电流环PI控制器、电压环PI控制器、第一扰动观测器和第二扰动观测器；控制电路输出连接开关管V_g的栅极，输入电压正极与开关管V_g漏极相连，开关管V_g源极与电感的一端和续流二极管D负极相连，续流二极管D正极与电容的一端和电阻的一端相连，电容另一端、电阻另一端和电感另一端与输入电压负极相连；基于该电路的控制方法包括：电压输出值与电感电流值作为电压外环通道中扰动观测器的两个输入信号，第一扰动观测器估计出的系统扰动前馈至电压环PI控制器，得到电感电流理想值；电压输出值、电感电流值和电流环PI控制器输出值作为电流内环通道中扰动观测器的三个输入信号，第二扰动观测器估计出的系统扰动前馈至电流环PI控制器，得到控制量，送入调制模块得到开关管的驱动信号，从而控制系统稳定输出。

在上述基于扰动观测器的升降压电路抗干扰控制方法中，控制方法具体步骤如下：

步骤1、建立电感电流连续导通模式下Buck-Boost变换器的电路模型；

步骤1.1、Buck-Boost变换器开关管导通的电路模型为：

其中，v_C为电容两端电压，i_L为电感电流，V_in为输入电压，C为电容值，L为电感值，R为电阻值；