CN104852576B - 一种基于扰动观测的Boost电路装置 - Google Patents

一种基于扰动观测的Boost电路装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于扰动观测的Boost电路装置，包括Boost电路模块、电压采集模块、控制器模块、补偿1模块、补偿2模块、扰动观测器模块和PWM发生模块，所述补偿1模块用于把扰动观测器模块估计的扰动值作为补偿量，对控制器模块输出信号进行补偿；所述补偿2模块用于补偿扰动的观测值与实际值之间的误差。所述基于扰动观测的Boost电路装置采用常用控制算法来设计反馈控制器，结合扰动观测器观测Boost中的扰动，将得到的扰动估计值作为前馈补偿到输入端，与常用控制算法形成反馈加前馈的复合控制方案。本发明所提方法既不需要改变原有的反馈控制器，又能显著的提高控制效果，设计方法简单，容易实现。

Description

一种基于扰动观测的Boost电路装置
技术领域
本发明涉及电力电子变换器控制领域，更具体的说涉及消除Boost电路的非线性因素和干扰的理论方法和实现电路。
背景技术
近年来，由于电力电子技术的发展，Boost型变换器广泛应用于各类直流Boost场合，如光伏发电、激光电源、电动与混合动力汽车、LED照明以及新能源并网等领域。然而，由于Boost变换器的数学模型存在非线性和非最小相位特性，给系统控制的设计带来很大不便。另外，当系统中非线性因素或者扰动较大时，在线性控制器作用下，想要满足高精度的稳压控制要求是很困难的。
值得注意的是，在控制设计时，若能将未建模动态和参数不确定性视为系统干扰，通过设计扰动观测器对干扰进行有效地估计和补偿，则能显著提高系统性能。扰动观测器具有结构简单，计算量小且能很好满足实时需要等特点，目前已广泛应用于数控，磁盘驱动，伺服系统等领域中。
鉴于以上优点，将扰动观测器应用于Boost电路控制中，既不需要改变原来的控制器结构，又可以提高系统干扰抑制能力，大大改善系统的性能。
发明内容
由于Boost变换器数学模型中存在非线性和非最小相位问题，导致其传递函数无法直接获得。同时，由于系统存在模型摄动、输入电压波动和负载变化等问题，导致输出电压精确性难以保证。为了解决上述问题，本发明利用Boost电路小信号传递函数替代其原传递函数，设计了一种基于补偿策略的扰动观测器来提高电路的扰动抑制能力。具体技术方案如下：
一种基于扰动观测的Boost电路装置，包括Boost电路模块、电压采集模块、控制器模块、补偿1模块、补偿2模块、PWM发生模块和扰动观测器模块；所述Boost电路模块连接电压采集模块，所述电压采集模块连接所述控制器模块，所述控制器模块连接所述补偿1模块，所述补偿1模块连接所述PWM发生模块，所述PWM发生模块连接所述Boost电路模块，所述电压采集模块的一个输出端、所述补偿1模块的输出端、所述补偿2模块的输出端均与所述扰动观测器模块相连接，所述扰动观测器模块的输出端与所述补偿1模块的一个输入端相连接；
所述扰动观测器模块包括第一串联模块，第二串联模块和比较模块，所述第一串联模块的输出端、所述第二串联模块的输出端均连接所述比较模块的输入端；所述第一串联模块包括微分环节电路、第一惯性环节电路、第二惯性环节电路，所述微分环节电路、第一惯性环节电路、第二惯性环节电路相串联；所述第二串联模块包括第三惯性环节电路、第四惯性环节电路、比例微分环节电路和加法电路，所述第三惯性环节电路、第四惯性环节电路、比例微分环节电路和加法电路相串联；
所述控制器模块为PID控制模块，所述PID控制模块的输入为所述电压采集模块的输出电压UO，利用基准电压Uref和UO的差值进行比例和积分，来得到控制量ur，所述PID控制模块的输出量ur连接所述补偿1模块；
所述补偿1模块用于把扰动观测器模块估计的扰动值作为补偿量，对控制器模块输出信号进行补偿；
所述补偿2模块用于补偿扰动的观测值与实际值之间的误差；
所述PWM发生模块用于将补偿1模块的输出控制量与锯齿波进行比较，产生PWM波，PWM模块的输入端为补偿1模块输出的控制信号u，输出端将产生的PWM波δ送入Boost电路模块的输入端。
进一步，所述微分环节电路包括电阻R24、R25，电容C7，运算放大器U8B；所述R24与C7并联后的一端作为微分环节电路的输入端、所述R24与C7并联后的另一端连接U8B的输入负端，所述R25一端连接U8B的输入负端、所述R25另一端连接U8B的输出端，所述U8B的输入正端接地，所述U8B的输出端作为微分环节电路的输出端；
所述微分环节电路的输入端作为所述第一串联模块的输入端；
所述第一惯性环节电路包括电阻R26、R27，电容C8，运算放大器U6B；所述R27与所述C8并联后的两端分别连接U6B的输入负端和U6B的输出端，所述R26一端作为第一惯性环节电路的输入端，所述R26的另一端连接U6B的输入负端，所述U6B的输入正端接地，所述U6B的输出端作为第一惯性环节电路的输出端；
所述第一惯性环节电路的输入端与所述微分环节电路的输出端相连接；
所述第二惯性环节电路包括电阻R28、R29，电容C9，运算放大器U7B；所述R29与所述C9并联后的两端分别连接U7B的输入负端和U7B的输出端，所述R28一端作为第二惯性环节电路的输入端，所述R28的另一端连接U7B的输入负端，所述U7B的输入正端接地，所述U7B的输出端作为第二惯性环节电路的输出端；
所述第二惯性环节电路的输入端与所述第一惯性环节电路的输出端相连接，所述第二惯性环节电路的输出端作为所述第一串联模块的输出端。
进一步，所述第三惯性环节电路包括电阻R12、R13，电容C4，运算放大器U3A；所述R13与C4并联后的两端分别连接U3A的输入负端和U3A的输出端，所述R12的一端作为第三惯性环节电路的输入端，所述R12的另一端连接所述U3A的输入负端，所述U3A的输入正端接地，所述U3A的输出端作为第三惯性环节电路的输出端；
所述第三惯性环节电路的输入端与所述电压采集模块的输出电压UO相连接；
所述第四惯性环节电路包括电阻R14、R15，电容C5，运算放大器U3B；所述R15与C5并联后的两端分别连接U3B的输入负端和U3B的输出端，所述R14的一端作为第四惯性环节电路的输入端，所述R14的另一端连接所述U3B的输入负端，所述U3B的输入正端接地，所述U3B的输出端作为第四惯性环节电路的输出端；
所述第四惯性环节电路的输入端与所述第三惯性环节电路的输出端相连接；
所述比例微分环节电路包括电阻R16、R17，电容C6，运算放大器U4A；所述R16与所述C6并联后的一端作为比例微分环节电路的输入端，所述R16与所述C6并联后的另一端连接U4A的输入负端，所述R17的两端分别连接所述U4A的输入负端和输出端，所述U4A的输入正端接地，所述U4A的输出端作为比例微分环节电路的输出端；
所述比例微分环节电路的输入端与所述第四惯性环节电路的输出端相连接；
所述加法电路包括电阻R18、R19、R20，运算放大器U9B；所述R18的一端作为加法电路的第一输入端，所述R18的另一端连接所述U9B的输入负端，所述R19的一端作为加法电路的第二输入端，所述R19的另一端连接所述U9B的输入负端，所述R20的两端分别连接U9B的输入负端和输出端，所述U9B的输入正端接地，所述U9B的输出端作为加法电路的输出端；
所述加法电路的第一输入端连接所述比例微分环节电路的输出端，所述加法电路的第二输入端连接所述电压采集模块的输出电压UO，所述加法电路的输出端为所述第二串联模块的输出端。
进一步，所述比较模块包括电阻R30、R31、R32，运算放大器U4B；所述R30的一端作为比较模块的第一输入端，所述R30的另一端连接所述U4B的输入负端，所述R31的一端作为比较模块的第二输入端，所述R31的另一端连接所述U4B的输入负端，所述R32的两端分别连接U4B的输入负端和输出端，所述U4B的输入正端接地，所述U4B的输出端作为比较模块的输出端；
所述比较模块的第一输入端连接所述第一串联模块的输出端，所述比较模块的第二输入端连接所述第二串联模块的输出端，所述比较模块的输出端作为所述扰动观测器的输出端。
进一步，所述补偿1模块包括电阻R33、R34、R35、R36，运算放大器U5A；所述R33的一端作为补偿1模块的第一输入端，所述R33的另一端连接所述U5A的输入正端，所述R34的一端作为补偿1模块的第二输入端，所述R34的另一端连接U5A的输入负端，所述R35的一端连接U5A的输入正端，所述R35的另一端接地，所述R36的两端分别连接U5A的输入负端和输出端，所述U5A的输出端作为补偿1模块的输出端；
所述补偿1模块的第一输入端与所述控制器模块的输出端相连接，所述补偿1模块的第二输入端与所述扰动观测器的输出端相连接，所述补偿1模块的输出端分别与所述PWM发生模块和所述第一串联模块的输入端相连接。
进一步，所述补偿2模块包括电阻R21、R22、R23，电压源V5，运算放大器U5B；所述R21的一端接地、所述R21的另一端连接所述U5B的输入负端，所述R22的一端连接所述V5的正极、所述R22的另一端连接所述U5B的输入负端，所述R23的两端分别连接所述U5B的输入负端和输出端，所述U5B的输入正端和所述V5的负极相连接并接地，所述U5B的输出端作为所述补偿2模块的输出端；
所述补偿2模块的输出端与所述第一串联模块的输入端相连接。
进一步，所述Boost电路模块包括8V直流电压源V1，电感L，电容C，二极管D1，MOSFET管Q1，以及电阻R1、R；所述V1，L，D1和R依次相串联组成一个回路，所述Q1的漏极D与所述D1的正端相连接，所述Q1的源极S与所述V1的负端相连接并接地，所述C和所述R1串联后的两端分别连接所述D1的负端和所述V1的负端。
进一步，所述PWM发生模块包括比较器U2A，受控电压源V3，电阻R8、R9、R10、R11，锯齿波信号源V4；所述R11的一端与所述U2A的输入正端连接，所述R11的另一端与所述补偿1模块的输出端相连接，所述R10的一端与所述U2A的输入负端相连接，所述R10的另一端与所述锯齿波信号源V4的正端相连接，所述V4负端接地，所述V3的输入正端与所述U2A的输出端相连接，所述V3的输入负端与所述U2A的电源负端相连接并且接-9V电压，所述R9一端连接U2A的电源正端并且接9V电压，所述R9另一端连接U2A的输出端，所述R8的一端与所述MOSFET管Q1的栅极G相连接，所述R8的另一端与所述V3的输出正端相连接，所述V3的输出负端与所述MOSFET管Q1的源极S相连接。
进一步，所述电压采集模块包括电阻R3和R4；所述R3与所述R4串联后与所述电阻R相并联，所述R3与R4之间的连线上引出所述电压采集模块的输出电压UO。
进一步，所述PID控制模块包括电阻R5、R6、R7，电容C2、C3，电源V2，运算放大器U1A；所述电容C2和电阻R6并联后的一端与电阻R5的一端连接，所述电容C2和电阻R6并联后的另一端接入运算放大器U1A的输入负端，所述电阻R7和电容C3串联后的两端分别连接运算放大器U1A的输入负端和输出端，所述电源V2的正端连接运算放大器U1A的输入正端，所述电源V2的负端接地，所述电阻R5的另一端作为PID控制模块的输入端并且与电压采集模块的输出电压UO连接，所述运算放大器U1A的输出端作为所述控制器模块的输出端。
本发明的有益效果为：
(1)本发明中的扰动观测模块可以对Boost电路进行扰动估计并补偿，显著提高了Boost变换器的输出电压稳定能力，减小输出电压稳态误差。
(2)本发明用于解决Boost电路由于非最小相位而无法得到其传递函数的问题，用Boost变换器的小信号传递函数经过变换来近似稳态时Boost原传递函数。
(3)本发明用于解决Boost电路在运行过程中的模型摄动、输入电压波动或负载变化等问题，通过扰动观测器来进行扰动估计并补偿，使得控制信号可以有针对性地实时调整，满足高精度的稳压控制要求。
附图说明
图1是本发明的结构框图；
图2是本发明的Boost电路扰动抑制原理框图；
图3是本发明电路原理图；
图4是扰动观测器原理框图。
具体实施方式
实施例1
本发明的电路结构如下：
所述基于扰动观测的Boost电路装置包括：Boost电路模块、电压采集模块、控制器模块、补偿1模块、补偿2模块、PWM发生模块和扰动观测器模块；
所述Boost电路模块是将电源V1，电感L，二极管D1和电阻R依次串联成一个回路，将MOSFET管Q1的漏极D端与二极管D1的正端相连接，将MOSFET管Q1的源极S端与电源V1的负端相连接，电源V1的负端接地，将电容C一端和电阻R1的一端连接，将电容C的另一端与二极管D1的负端相连，将电阻R1的另一端与电源V1的负端相连接。
所诉电压采集模块是将电阻R3和R4串联后与负载R并联，从R1和R2之间引出采集模块的输出电压。
所述PWM发生模块将电阻R11一端与比较器U2A的输入正端连接、另一端与补偿1模块的输出端相连接，将电阻R10的一端与比较器U2A的输入负端相连接、另一端与锯齿波信号源V4相连接，将受控电压源V3的输入正端与比较器U2A的输出端相连接，将受控电压源V3的输入负端与比较器U2A的电源负端相连接，将电阻R9串联在比较器U2A的电源正端和受控电压源V3的输入正端，电阻R8一端与MOSFET管Q1的漏极G相连接、另一端与受控电压源V3的输出正端相连接，受控电压源V3的输出负端与MOSFET管Q1的源极S相连接，U2A的电源正端和电源负端分别接9V电压和-9V电压。
所述控制器模块是将电容C2和电阻R6并联，一端与电阻R5的一端连接，另一端接入运算放大器U1A的输入负端，将电阻R7一端和电容C3一端连接，电阻R7的另一端接在运算放大器U1A的输入负端，电容C3的另一端接在运算放大器U1A的输出端，将电源V2接在运算放大器的输入正端，R5的另一端为控制器模块的输入端，运算放大器U1A的输出端作为控制器模块的输出端。
所述扰动观测器模块包括一阶低通滤波环节、一阶惯性环节和一阶微分电路串联模块，一阶低通滤波环节、一阶惯性环节和二阶微分电路串联模块，以及比较模块；所述一阶低通滤波环节、一阶惯性环节和一阶微分电路串联模块由微分环节电路、第一惯性环节电路和第二惯性环节电路串联构成。所述的微分环节电路是将电阻R24与电容C7并联后连接到运算放大器U8B的输入负端，作为微分环节的输入端，再将电阻R25连接到运算放大器U8B的输入负端和输出端，运算放大器U8B的输出端作为微分环节电路的输出端；所述的第一惯性环节电路是将电阻R27与电容C8并联后连接到运算放大器U6B的输入负端与输出端，再将电阻R26一端连接到运算放大器U6B的输入负端，作为第一惯性环节的输入端，运算放大器U6B的输出端作为第一惯性环节电路的输出端；所述第二惯性环节电路是将电阻R29与电容C9并联后连接到运算放大器U7B的输入负端与输出端，再将电阻R28一端连接到运算放大器U7B的输入负端，作为第二惯性环节的输入端，运算放大器U7B的输出端作为一阶低通滤波环节、一阶惯性环节和一阶微分电路串联模块输出端；
所述一阶低通滤波环节、一阶惯性环节和二阶微分电路串联模块由一个第三惯性环节电路，第四惯性环节，比例微分环节电路和一个加法电路串联构成；所述第三惯性环节电路是将电阻R13与电容C4并联后连接到运算放大器U3A的输入负端与输出端，再将电阻R12一端连接到运算放大器U3A的输入负端，作为第三惯性环节电路的输入端，运算放大器U3A的输出端作为第三惯性环节电路的输出端；所述第四惯性环节电路是将电阻R15与电容C5并联后连接到运算放大器U3B的输入负端与输出端，再将电阻R14一端连接到运算放大器U3B的输入负端，作为第四惯性环节电路的输入端，运算放大器U3B的输出端作为第四惯性环节的输出端；所述的比例微分环节电路电阻R16与电容C6并联后连接到运算放大器U4A的输入负端，作为比例微分环节电路的输入端，再将电阻R17连接到运算放大器U4A的输入负端和输出端，运算放大器U4A的输出端作为比例微分环节电路的输出端；所述的加法电路是将电阻R18一端作为加法电路输入端一且与运算放大器U4A的输出端连接，电阻R18的另一端与运算放大器U9B输入负端连接，将电阻R19一端作为加法电路输入端二且与电压采集模块输出端相连，电阻R19的另一端与运算放大器U9B的输入负端连接，电阻R20分别连接运算放大器U9B的输入负端和输出端，运算放大器U9B的输出端作为一阶低通滤波环节、一阶惯性环节和二阶微分电路串联模块的输出端。
所述比较模块由一个加法电路构成，比较模块的两个输入端分别与一阶低通滤波环节、一阶惯性环节和一阶微分电路串联模块输出端和一阶低通滤波环节、一阶惯性环节和二阶微分电路串联模块的输出端相连接；所述比较模块将电阻R30和电阻R31分别作为运算放大器的输入负端一和输入负端二，将电阻R32两端分别连接在运算放大器U4B的输入负端和输出端，运算放大器U4B的输出端作为扰动观测器模块的输出端。
补偿1模块将扰动观测器模块估计的扰动值作为补偿量，对控制器模块输出信号进行补偿；所述补偿1模块将电阻R35一端与运算放大器U5A输入正端连接，另一端接地；电阻R33一端与运算放大器U5A输入正端连接，另一端与控制器模块输出端连接；电阻R34一端与运算放大器U5A输入负端连接，另一端与扰动观测器模块的输出端相连；电阻R36一端与运算放大器U5A的输入负端连接，另一端与运算放大器U5A的输出端相连；将运算放大器U5A的输出端作为补偿1模块的输出端。
补偿2模块将电阻R22一端与电压源V5正端串联后连接在运算放大器U5B的输入负端，电压源V5负端与运算放大器U5B输入正端共同接地，将电阻R21一端接运算放大器U5B的输入负端，另一端接地，将电阻R23两端分别接在运算放大器U5B的输入负端和输出端，将运算放大器U5B的输出端作为补偿2模块的输出端。
其中所述扰动观测器模块和补偿2模块的设计与Boost电路的传递函数相关，但由于Boost电路自身存在非线性和非最小相位的特性，从而无法直接得到其原传递函数本发明利用Boost电路的小信号传递函数通过一系列变换得到：
其中uo为稳态时输出电压瞬时值，d为稳态时扰动瞬时值，分别是对应于uo和d的扰动量，M为补偿常量，根据Boost电路的小信号传递函数和其原传递函数的关系，用小信号传递函数来等效稳态时Boost电路的原传递函数再通过基于外部补偿的扰动观测器观测出实际扰动值。
上述扰动观测器模块，补偿1模块与补偿2模块相结合，通过扰动观测补偿策略及其电路实现，提高Boost电路的扰动抑制能力。
下面结合附图对本发明进行进一步的详细说明。
图1为本发明的结构框图，包括：Boost电路模块、电压采集模块、控制器模块、补偿1模块、补偿2模块、PWM发生模块和扰动观测器模块；所述Boost电路模块连接电压采集模块，所述电压采集模块连接控制器模块，所述控制器模块连接补偿1模块，所述补偿1模块连接PWM发生模块，所述PWM发生模块连接所述Boost电路模块，所述电压采集模块的一个输出端、补偿1模块的输出端、补偿2模块的输出端分别同所述扰动观测器模块相连接，所述扰动观测器模块的输出端同所述补偿1模块的一个输入端相连接。其中，在设计扰动观测器模块时，利用Boost小信号传递函数代替稳态时的原传递函数，使得观测的扰动估计值与实际扰动值相差一个常值M，再通过设计补偿2模块将其补偿掉。
图2为本发明的Boost电路扰动抑制原理框图。将Boost电路作为对象，通过扰动观测器观测到电路的非线性因素、外部扰动和模型摄动量，将观测值作为扰动估计值对控制器的输出信号ur进行补偿，实时控制，提高Boost电路的抗扰动能力。
图3是本发明电路原理图，Boost电路模块由8V直流电压源V1，电感L，电容C，快恢复二极管D1，电力MOSFET管Q1，电阻R1，R组成；电压采集电路由电阻R3和R4组成；扰动观测器电路由电阻R12，R13，R14，R15，R16，R17，R18，R19，R20，R24，R25，R26，R27，R28，R29，R30，R31，R32，电容C4，C5，C6，C7，C8，C9，运算放大器U3A，U3B，U4A，U4B，U6B，U7B，U8B，U9B组成，运算放大器均采用LM358P；补偿1模块电路由R33，R34，R35，R36和运算放大器U5A(LM358P)组成；补偿2模块由电阻R21，R22，R23，基准电压V5和运算放大器U5B(LM358P)组成。PWM电路由比较器U2A，受控电压源V3，电阻R8、R9、R10、R11，锯齿波信号源V4组成。所述控制器模块由电阻R5、R6、R7，电容C2、C3，电源V2，运算放大器U1A组成。
所述电压采集模块采用电阻来实现分压，将两个电阻R3和R4串联后与负载电阻R并联，在两个电阻R3和R4之间引出输出电压UO；所述电压采集模块输入为实际输出电压UL，输出电压UO分别送入控制器模块和扰动观测模块的输入端。
所述补偿2模块是用于补偿扰动的观测值与实际值之间的误差。所述补偿2模块的输出端为扰动观测器模块的一个输入端。
所述扰动观测器模块通过电压采集模块所得输出电压UO与补偿2模块输出的电压常量M，经过放大器得到扰动估计值再经过一个减法电路，将控制量ur与扰动估计值相减，得到补偿后的控制信号u；所述扰动观测器模块的输入端为电压采集模块输出电压UO，补偿2模块输出电压常量M和补偿1模块输出控制量u。
所述PWM发生模块是将补偿1模块的输出控制量与幅值为5V的锯齿波进行比较，产生PWM波，PWM模块的输入端为补偿1模块输出的控制信号u，输出端将产生的PWM波δ送入Boost电路模块的输入端。
实施例2
本发明装置工作原理为：
图4所示的扰动观测器原理框图，本发明选取了Boost电路的小信号传递函数为标称模型，如下：
其中Ui是稳态时的输入电压，L，C和R分别是电感，电容和负载，D′＝1-D，D是开关占空比在稳态时的值，由于Boost电路的非最小相位特性，其传递函数是无法直接得到的，本发明采用Boost电路的小信号传递函数经过一系列变换来代替其原传递函数，而Boost电路的小信号传递函数具有如下的形式：
为了分析方便，这里将Boost电路的小信号传递函数简化为：
其中将Boost电路的小信号传递函数从频域方程转化到时域方程可以得到：
由于常数的导数为零，故上式可以化为
其中，Uos是稳态时的输出电压，再将方程转化回频域方程得：
令可以得到：
从而可以得到Boost电路的小信号传递函数和其原传递函数的关系如下：
从时域的角度看，Boost电路的小信号传递函数在扰动处比其原传递函数多了个电压常量M。本发明利用作为标称模型Gn(s)进行控制设计是可行的。这是因为主要用来进行扰动观测器的设计，而扰动观测器并不完全依赖系统的数学模型，本发明在设计时另向扰动观测器模块输入一个电压补偿常量M，使其作为一个干扰被扰动观测器观测到并进行补偿。由于Boost电路的非最小相位特性，若直接采用Gn(s)进行扰动观测器的设计，则会出现传递函数Gn(s)的零点变为扰动观测器中的极点的问题，导致无法有效观测出扰动值，因此将标称模型进行分解，令Gn(s)＝Gn-(s)Gn+(s)来解决零极点的问题。接下来就需要设计Q(s)Gn+(s)和的电路。由于单独设计Q(s)，Gn+(s)和再串联起来会使电路相对复杂，故本发明为了简化电路，将Q(s)Gn+(s)和的传递函数先计算约分再设计电路，Q(s)Gn+(s)和计算结果如下：
设计Q(s)Gn+(s)时，本发明通过设计一个一阶微分电路和两个惯性环节来获得。设计时，本发明通过先用一个比例微分电路与两个惯性环节电路相串联，再用一个加法电路将所得值与166.6相加来获得。
根据选定的标称模型及其他相关因素，本发明中将低通滤波器Q(s)设计为考虑负载变化、输入电压变化频率都较低，故T选取10-5。
图4中，将和Q(s)Gn+(s)的输出信号相减，可以得到扰动补偿量再将扰动补偿量通过一个减法电路与控制信号ur做差得到最终的控制信号u。
图1中，将输出的控制信号u送到PWM模块的输入端，来调整PWM波的占空比，使Boost电路输出我们期望的输出电压。
尽管本发明已经根据各种具体实施方式被描述，本领域技术人员将意识到，本发明可以以权力要求书的精神范围内的修改来实施。

Claims (9)

1.一种基于扰动观测的Boost电路装置，其特征在于，
包括Boost电路模块、电压采集模块、控制器模块、补偿1模块、补偿2模块、PWM发生模块和扰动观测器模块；所述Boost电路模块连接电压采集模块，所述电压采集模块连接所述控制器模块，所述控制器模块连接所述补偿1模块，所述补偿1模块连接所述PWM发生模块，所述PWM发生模块连接所述Boost电路模块，所述电压采集模块的一个输出端、所述补偿1模块的输出端、所述补偿2模块的输出端均与所述扰动观测器模块相连接，所述扰动观测器模块的输出端与所述补偿1模块的一个输入端相连接；
所述扰动观测器模块包括第一串联模块，第二串联模块和比较模块，所述第一串联模块的输出端、所述第二串联模块的输出端均连接所述比较模块的输入端；所述第一串联模块包括微分环节电路、第一惯性环节电路、第二惯性环节电路，所述微分环节电路、第一惯性环节电路、第二惯性环节电路相串联；所述第二串联模块包括第三惯性环节电路、第四惯性环节电路、比例微分环节电路和加法电路，所述第三惯性环节电路、第四惯性环节电路、比例微分环节电路和加法电路相串联；
所述控制器模块为PID控制模块，所述PID控制模块的输入为所述电压采集模块的输出电压UO，利用基准电压Uref和UO的差值进行比例和积分，来得到控制量ur，所述PID控制模块的输出量ur连接所述补偿1模块；
所述补偿1模块用于把扰动观测器模块估计的扰动值作为补偿量，对控制器模块输出信号进行补偿；
所述补偿2模块用于补偿扰动的观测值与实际值之间的误差；
所述PWM发生模块用于将补偿1模块的输出控制量与锯齿波进行比较，产生PWM波，PWM模块的输入端为补偿1模块输出的控制信号u，输出端将产生的PWM波δ送入Boost电路模块的输入端；
所述微分环节电路包括电阻R24、R25，电容C7，运算放大器U8B；所述R24与C7并联后的一端作为微分环节电路的输入端、所述R24与C7并联后的另一端连接U8B的输入负端，所述R25一端连接U8B的输入负端、所述R25另一端连接U8B的输出端，所述U8B的输入正端接地，所述U8B的输出端作为微分环节电路的输出端；
所述微分环节电路的输入端作为所述第一串联模块的输入端；
所述第一惯性环节电路包括电阻R26、R27，电容C8，运算放大器U6B；所述R27与所述C8并联后的两端分别连接U6B的输入负端和U6B的输出端，所述R26一端作为第一惯性环节电路的输入端，所述R26的另一端连接U6B的输入负端，所述U6B的输入正端接地，所述U6B的输出端作为第一惯性环节电路的输出端；
所述第一惯性环节电路的输入端与所述微分环节电路的输出端相连接；
所述第二惯性环节电路包括电阻R28、R29，电容C9，运算放大器U7B；所述R29与所述C9并联后的两端分别连接U7B的输入负端和U7B的输出端，所述R28一端作为第二惯性环节电路的输入端，所述R28的另一端连接U7B的输入负端，所述U7B的输入正端接地，所述U7B的输出端作为第二惯性环节电路的输出端；
所述第二惯性环节电路的输入端与所述第一惯性环节电路的输出端相连接，所述第二惯性环节电路的输出端作为所述第一串联模块的输出端。
2.根据权利要求1所述的基于扰动观测的Boost电路装置，其特征在于，
所述第三惯性环节电路包括电阻R12、R13，电容C4，运算放大器U3A；所述R13与C4并联后的两端分别连接U3A的输入负端和U3A的输出端，所述R12的一端作为第三惯性环节电路的输入端，所述R12的另一端连接所述U3A的输入负端，所述U3A的输入正端接地，所述U3A的输出端作为第三惯性环节电路的输出端；
所述第三惯性环节电路的输入端与所述电压采集模块的输出电压UO相连接；
所述第四惯性环节电路包括电阻R14、R15，电容C5，运算放大器U3B；所述R15与C5并联后的两端分别连接U3B的输入负端和U3B的输出端，所述R14的一端作为第四惯性环节电路的输入端，所述R14的另一端连接所述U3B的输入负端，所述U3B的输入正端接地，所述U3B的输出端作为第四惯性环节电路的输出端；
所述第四惯性环节电路的输入端与所述第三惯性环节电路的输出端相连接；
所述比例微分环节电路包括电阻R16、R17，电容C6，运算放大器U4A；所述R16与所述C6并联后的一端作为比例微分环节电路的输入端，所述R16与所述C6并联后的另一端连接U4A的输入负端，所述R17的两端分别连接所述U4A的输入负端和输出端，所述U4A的输入正端接地，所述U4A的输出端作为比例微分环节电路的输出端；
所述比例微分环节电路的输入端与所述第四惯性环节电路的输出端相连接；
所述加法电路包括电阻R18、R19、R20，运算放大器U9B；所述R18的一端作为加法电路的第一输入端，所述R18的另一端连接所述U9B的输入负端，所述R19的一端作为加法电路的第二输入端，所述R19的另一端连接所述U9B的输入负端，所述R20的两端分别连接U9B的输入负端和输出端，所述U9B的输入正端接地，所述U9B的输出端作为加法电路的输出端；
所述加法电路的第一输入端连接所述比例微分环节电路的输出端，所述加法电路的第二输入端连接所述电压采集模块的输出电压UO，所述加法电路的输出端为所述第二串联模块的输出端。
3.根据权利要求1所述的基于扰动观测的Boost电路装置，其特征在于，
所述比较模块包括电阻R30、R31、R32，运算放大器U4B；所述R30的一端作为比较模块的第一输入端，所述R30的另一端连接所述U4B的输入负端，所述R31的一端作为比较模块的第二输入端，所述R31的另一端连接所述U4B的输入负端，所述R32的两端分别连接U4B的输入负端和输出端，所述U4B的输入正端接地，所述U4B的输出端作为比较模块的输出端；
所述比较模块的第一输入端连接所述第一串联模块的输出端，所述比较模块的第二输入端连接所述第二串联模块的输出端，所述比较模块的输出端作为所述扰动观测器的输出端。
4.根据权利要求1所述的基于扰动观测的Boost电路装置，其特征在于，
所述补偿1模块包括电阻R33、R34、R35、R36，运算放大器U5A；所述R33的一端作为补偿1模块的第一输入端，所述R33的另一端连接所述U5A的输入正端，所述R34的一端作为补偿1模块的第二输入端，所述R34的另一端连接U5A的输入负端，所述R35的一端连接U5A的输入正端，所述R35的另一端接地，所述R36的两端分别连接U5A的输入负端和输出端，所述U5A的输出端作为补偿1模块的输出端；
所述补偿1模块的第一输入端与所述控制器模块的输出端相连接，所述补偿1模块的第二输入端与所述扰动观测器的输出端相连接，所述补偿1模块的输出端分别与所述PWM发生模块和所述第一串联模块的输入端相连接。
5.根据权利要求1所述的基于扰动观测的Boost电路装置，其特征在于，
所述补偿2模块包括电阻R21、R22、R23，电压源V5，运算放大器U5B；所述R21的一端接地、所述R21的另一端连接所述U5B的输入负端，所述R22的一端连接所述V5的正极、所述R22的另一端连接所述U5B的输入负端，所述R23的两端分别连接所述U5B的输入负端和输出端，所述U5B的输入正端和所述V5的负极相连接并接地，所述U5B的输出端作为所述补偿2模块的输出端；
所述补偿2模块的输出端与所述第一串联模块的输入端相连接。
6.根据权利要求1所述的基于扰动观测的Boost电路装置，其特征在于，
所述Boost电路模块包括8V直流电压源V1，电感L，电容C，二极管D1，MOSFET管Q1，以及电阻R1、R；所述V1，L，D1和R依次相串联组成一个回路，所述Q1的漏极D与所述D1的正端相连接，所述Q1的源极S与所述V1的负端相连接并接地，所述C和所述R1串联后的两端分别连接所述D1的负端和所述V1的负端。
7.根据权利要求6所述的基于扰动观测的Boost电路装置，其特征在于，
所述PWM发生模块包括比较器U2A，受控电压源V3，电阻R8、R9、R10、R11，锯齿波信号源V4；所述R11的一端与所述U2A的输入正端连接，所述R11的另一端与所述补偿1模块的输出端相连接，所述R10的一端与所述U2A的输入负端相连接，所述R10的另一端与所述锯齿波信号源V4的正端相连接，所述V4负端接地，所述V3的输入正端与所述U2A的输出端相连接，所述V3的输入负端与所述U2A的电源负端相连接并且接-9V电压，所述R9一端连接U2A的电源正端并且接9V电压，所述R9另一端连接U2A的输出端，所述R8的一端与所述MOSFET管Q1的栅极G相连接，所述R8的另一端与所述V3的输出正端相连接，所述V3的输出负端与所述MOSFET管Q1的源极S相连接。
8.根据权利要求6所述的基于扰动观测的Boost电路装置，其特征在于，
所述电压采集模块包括电阻R3和R4；所述R3与所述R4串联后与所述电阻R相并联，所述R3与R4之间的连线上引出所述电压采集模块的输出电压UO。
9.根据权利要求1所述的基于扰动观测的Boost电路装置，其特征在于，
所述PID控制模块包括电阻R5、R6、R7，电容C2、C3，电源V2，运算放大器U1A；所述电容C2和电阻R6并联后的一端与电阻R5的一端连接，所述电容C2和电阻R6并联后的另一端接入运算放大器U1A的输入负端，所述电阻R7和电容C3串联后的两端分别连接运算放大器U1A的输入负端和输出端，所述电源V2的正端连接运算放大器U1A的输入正端，所述电源V2的负端接地，所述电阻R5的另一端作为PID控制模块的输入端并且与电压采集模块的输出电压UO连接，所述运算放大器U1A的输出端作为所述控制器模块的输出端。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107989708B (zh) * 2017-12-08 2020-05-29 天津大学 基于扰动观测的自学习发动机扭矩控制系统及其方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2870295Y (zh) * 2005-10-31 2007-02-14 华中科技大学 瞬时电压pid模拟控制的逆变电源
CN104242609A (zh) * 2014-09-18 2014-12-24 江苏大学 一种降压电路的扰动抑制装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4534859B2 (ja) * 2005-05-06 2010-09-01 ソニー株式会社 サーボ制御装置及びサーボ制御方法、並びに光ディスク記録又は再生装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2870295Y (zh) * 2005-10-31 2007-02-14 华中科技大学 瞬时电压pid模拟控制的逆变电源
CN104242609A (zh) * 2014-09-18 2014-12-24 江苏大学 一种降压电路的扰动抑制装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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具有强抑制干扰能力的BOOST变换器控制策略研究;张国荣，等;《电测与仪表》;20120725(第07期);第71页，图1 *

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