[发明专利]一种基于扩张状态观测器和滑模控制技术的直流降压变换器系统控制方法

摘要

一种基于扩张状态观测器和滑模控制技术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扩张状态观测器来观测扰动，在此基础上设计滑模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。

主权项

1.一种基于扩张状态观测器和滑模控制技术的直流降压变换器系统控制方法，其特征在于，所述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，依靠时间平均技术，建立系统的状态空间平均模型；步骤二：考虑到直流变换器的输入电压波动和负载电阻变化，对其设计扩张状态控制器，对负载电阻变化和输入电压波动进行估计，在DC‑DC变换器统一模型的基础上，将负载电阻变化和输入电压波动的扰动估计为d₁(t),根据扩张状态观测器技术设计观测器对扰动进行估计；步骤三：在以扩张状态观测器对扰动进行估计的基础上，在考虑负载电阻变化和输入电压波动的情况下设计滑模控制器，滑模控制器保证在系统存在扰动时输出电压v_c仍然能够较快的跟踪给定参考电压v_r；所述步骤一中，以系统的电感电流、负载电压为状态变量，依靠时间平均技术，将时变、非线性的开关电路转换为等效的时不变、线性的连续电路，由此可对开关变换器进行大信号瞬态分析，建立系统的状态空间平均模型，以开关管的两种状态μ＝0或1，建立降压变换器的模型：开关管Q关断时，控制量输入为0即μ＝0，电感电流i_L通过二极管D向输出侧流动，电感的储能向负载和电容转移，给电容充电；此时，加在电感上的电压为‑v_s，故i_L线性减小；开关管Q导通时,控制量输入为1即μ＝1，电源电压E通过开关管Q加到二极管D和输出滤波电感L、输出滤波电感C上，二极管D截止；此时，加在电感上的电压为E，故i_L线性增长；以开关管的两种状态μ＝0或1，将上式统一为所述步骤二中，考虑到直流变换器的输入电压波动和负载电阻变化，对其设计扩张状态观测器，对负载电阻变化和输入电压波动进行估计，在DC‑DC变换器统一模型的基础上，将负载电阻变化和输入电压波动的扰动估计为d₁(t)，根据扩张状态观测器的理论，其观测器设计为：式中为输出电压与输出电压标称值之差的估计值，为输出电压与输出电压标称值之差求导后的估计值,为负载电阻变化和输入电压波动的扰动估计值，参数β₁、β₂、β₃＞0；其中x₁＝e＝v_s‑v_r，所述步骤三中，设计滑模面：s＝kx₁+x₂，在已设计的扩张状态观测器的基础上，设计在负载电阻可变和输入电压波动的态观测器和滑模控制技术结合的复合控制器：闭环系统的输出电压v_s就实现了对于参考电压v_r的跟踪。