[发明专利]一种直流降压变换器复合电流约束控制方法

说明书

本发明公开了一种直流降压变换器的复合电流约束控制方法，包括步骤：分别以直流降压变换器的电容电压、电感电流为状态量，建立直流降压变换器标称系统的状态空间平均模型；建立基准电流约束控制器；根据直流降压变换器系统的参数摄动、输入电压波动及负载突变扰动，建立直流降压变换器受扰状态平均模型；构造广义比例积分观测器，并获得时变扰动估计值；引入所述基准电流约束控制器，对时变扰动进行补偿，以得到复合电流约束控制器；计算得到控制量，及控制量由输出模块输出以得到PWM驱动信号，控制降压变换器的开关管，实现降压变换器的电压控制。本发明可在满足电流约束功能基础上，兼顾系统的输出电压跟踪快速性、准确性及抗扰动性能的要求。

技术领域

本发明涉及一种直流降压变换器的复合电流约束控制方法，属于电力电子变换器的技术领域。

背景技术

随着全球环境的日益恶化和传统化石能源的短缺，努力开发可再生新能源已经成为各国的共识。这大大促进了面向新能源的直流降压变换器系统在多种电压调节系统中的广泛应用。直流降压变换器系统在其中起到了极其重要的作用，其应用场合包括：高压直流输配电系统、太阳能光伏发电系统、电动汽车系统，工业自动化系统及军事航天系统等领域。降压变换器输出电压响应速度、抗扰动能力和跟踪精度都对与其连接的电气设备起到至关重要的作用，因而对于直流降压变换器的高精度控制研究受到越来越多的关注。此外，尤其是在大功率应用场合，通过数字控制器实现对于启动瞬时电流约束的同时，兼顾输出电压的动态响应和抗扰动性能也成为研究的热点。

研制一种同时兼顾动、静态性能的的高精度控制器已经成为一个迫切的任务。在实际应用中，传统的控制算法为取得输出电压的快速响应，往往会导致启动瞬间过大的瞬时电流。过大的瞬时电流很容易造成硬件电路的损坏，这种现象在大功率的应用系统尤为明显。现有的方案主要是从硬件角度来实现电流保护，通过在系统中增加额外的硬件保护电路来实现对于电流的约束，保证整个系统的安全运行。但这种方案一方面增加了系统的硬件成本，另一方面也增加了系统的电能损耗降低了系统效率。因此，研究者更倾向于从数字控制算法的角度来解决这一问题。很自然的思路就是通过减小控制器的增益，使得瞬时电流不会超过限制的数值。但这种方案往往无法兼顾动、静态性能，在一定程度上牺牲了闭环系统的性能。

除电流约束问题之外，直流降压变换器控制精度还受到多种时变扰动的影响，其中最主要的扰动包括模型参数摄动、输入电压波动和负载电阻突变。由于物理传感器很难精确测量上述时变扰动，扰动观测和前馈补偿被证明是提升系统抗扰动能力的有效方法。基于扰动观测器的控制方法在电力电子变换器系统中得到了广泛研究。文献(丁世宏,王加典, 黄振跃,等.Buck变换器扰动补偿控制算法及实现[J].农业工程学报,2015,31(8):214-220.)通过设计扰动观测器(DOB)对系统中的参数不确定和负载变换进行估计和补偿，提高系统的抗扰动能力，实现对于输出电压的快速跟踪。但该方法设计扰动观测器只能实现对于慢变扰动的估计，在估计时变扰动时，始终存在估计误差，无法实现对于时变扰动的精确补偿。

文献(Sun B,Gao Z.,A DSP-based active disturbance rejection controldesign for a 1-kW H-bridge DC-DC power converter[J],IEEE Transactions onIndustrial Electronics,2005,52(5):1271-1277.)中设计一种主动抗扰动方案，对系统扰动进行精确估计和补偿，实验结果表明该方案能够实现对于系统扰动的有效抑制，达到较高的跟踪精度。但该方法没有考虑启动电流约束问题，在大功率的工况中，过大的瞬时电流容易导致电路硬件损坏，无法满足系统的安全性的要求。

发明内容