CN107147283A - 一种基于扰动观测器和二阶滑模的Buck变换器补偿控制方法 - Google Patents
一种基于扰动观测器和二阶滑模的Buck变换器补偿控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107147283A CN107147283A CN201710513549.4A CN201710513549A CN107147283A CN 107147283 A CN107147283 A CN 107147283A CN 201710513549 A CN201710513549 A CN 201710513549A CN 107147283 A CN107147283 A CN 107147283A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mrow
- msub
- disturbance
- mfrac
- mtd
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
- H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
- H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
- H02M3/072—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps adapted to generate an output voltage whose value is lower than the input voltage
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于扰动观测器和二阶滑模的Buck变换器补偿控制方法，在外部扰动和系统不确定存在的条件下，可提高Buck变换器的鲁棒性能，属于电力电子变换器领域。主要步骤为：1，根据Buck变换器的工作原理，建立包含扰动的状态空间平均模型；2，选取合适的滑动变量，建立二阶滑模动力学方程；3，设计扰动观测器估计系统中存在的非匹配扰动；4，设计二阶滑模控制器确保输出电压能够快速稳定跟踪上参考电压。本发明的优点：一，考虑了非匹配扰动的影响，且滑动变量为电压误差，改善了Buck变换器系统鲁棒性的同时提高了电压误差的收敛性；二，引入扰动观测器使系统具有更好的抗扰动性能，在获得较好鲁棒性能的同时有效地减弱了抖振问题。
Description
技术领域
本发明涉及Buck变换器系统的控制技术，具体是利用扰动观测技术来设计一种扰动补偿的二阶滑模控制算法，目的是提高Buck变换器输出电压的性能指标，属于电力电子技术领域。
背景技术
由于近几十年来电力电子技术突飞猛进的发展，电路的集成化要求电子芯片的体积越来越小，而一般的线性调整器不能满足电子芯片小型化的要求，更不能提供数字储存系统所需的保持时间。而且随着科技发展，电子元器件的种类越来越多，并且对其精确性的要求也是越来越高，相应地，非线性功率变换器也需要提升其兼容性能，即能输出不同大小的稳定电压。因此，非线性功率变换器逐渐成为了关注的焦点。
在非线性控制领域，滑模控制控制方法又以其强鲁棒性和高精确性受到广泛青睐，其具有快速响应、对参数变化不灵敏等特点，在电力系统、机器人控制、飞行器等领域应用广泛。滑模控制方法具体包括两个部分，分别是滑模面的选取和控制器的设计。滑模面是人为选取的一个理想平面，确保闭环系统有一个良好的动态性能；控制器设计的主要目标是将系统从任意的初始状态拉到滑模面上，并且使其保持在滑模面上。通过两个步骤的设计，滑模控制方法能够使闭环系统稳定到初始状态。
滑模控制方法广泛应用于Buck变换器的另一个主要原因是其控制过程的不连续性与 Buck变换器的开关特性完美契合，从而免除了将控制信号转变成开关信号的工作。然而，也正因为滑模控制的不连续性，给系统带来了严重的抖振影响。而动态系统中存在过大抖振，会对系统产生很大的负面影响，甚至是系统崩溃。
所以，为了实现对Buck变换器更加精确地控制设计，本发明利用扰动观测技术对扰动进行估计，并以观测值对系统进行扰动补偿，提出了一种基于扰动观测器和二阶滑模的Buck 变换器补偿控制方法，在外部扰动和系统不确定条件下，进一步提高Buck变换器的鲁棒性能。
发明内容
为了解决目前Buck变换器稳定性控制的问题，本发明提出了一种基于扰动观测器和二阶滑模的Buck变换器补偿控制方法，提高了在外部扰动和系统不确定存在下Buck变换器的鲁棒性能。
本发明包括以下部分：
1)根据Buck变换器的工作原理，分析系统扰动因素，建立包含扰动的状态空间平均模型。
利用基尔霍夫电压定律(KVL)和基尔霍夫电流定律(KCL)，可以得到系统的状态空间平均模型如下：
式中vo为输出电压，iL为电路电流，L为电感，C为电容，R为电路中的电阻，μ取1和0分别代表开关的导通与关断，由待设计的控制器u控制。
考虑到Buck变换器在实际工作过程中会受到扰动的干扰，包括输入电压的波动、负载突变和外界干扰等。为了提高控制的精确性，本发明在系统(1)的基础上引入扰动量，建立包含扰动的状态空间平均模型如下：
2)根据状态空间模型，在考虑到系统中扰动的存在以及避免将大量不确定引入控制通道的前提下，合理选择系统滑动变量。
选取的滑动变量为：
s1＝v0-vref
3)结合状态平均模型和选取的滑动变量建立包含非匹配扰动的二阶滑模动力学方程。
结合系统(2)和滑动变量(3)可以得到含有非匹配扰动项的二阶滑模动力学方程如下：
式中d(t)为包含d1(t)的非匹配集总干扰。
4)设计扰动观测器估计滑模动力学中的扰动，该扰动包括系统不确定和外部干扰。扰动观测器构建如下：
式中z0，z1分别为vo，d(t)的观测值，λ0和λ1为待取的观测器增益。
5)合理选择扰动观测器的参数，确保扰动观测器的输出能够准确的估计出非匹配扰动。
一般地，在合理构建观测器的前提下，必须选择合适的观测器参数，才能确保扰动观测器能准确地估计出非匹配扰动。本发明中，对扰动观测器参数的选取严格按照Lipschitz理论，λ0满足
λ0＞1
特别地，λ1需足够大，扰动观测器才能准确地估计出非匹配扰动。
6)设计二阶滑模控制器，保证滑动变量能够快速收敛，即保证Buck变换器的输出电压能够快速跟踪上参考电压。
设计二阶滑模控制器为：
式中β1，β2为待选取的控制器增益，且a，r1和r2之间存在如下关系
a≥r1＝2r2＞0
附图说明
图1为本发明的系统关系示意图。
图2为Buck变换器的电路原理图。
图3为扰动随时间变化的曲线。
图4为输出电压随时间变化的曲线。
图5为系统电流随时间变化的曲线。
图6为滑动变量s1随时间变化的曲线。
图7为控制器输出随时间变化的曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种基于扰动观测器和二阶滑模的Buck变换器补偿控制方法。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下结合说明书附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1所示是本发明的系统关系示意图，它包括1、Buck型功率变换器模型2、滑模动力学方程模块3、非线性扰动观测器模块4、控制器模块。
基于上述系统，下面通过具体实施例解释本发明对扰动存在下的Buck变换器稳定控制方法：
采用的Buck变换器参数如表1所示。
表1Buck变换器参数
| 输入电压 | Vin(V) | 30 |
| 电感 | L(μH) | 330 |
| 电容 | C(μF) | 1000 |
| 电阻 | R(Ω) | 100 |
| 参考电压 | vref(V) | 15 |
1)基于图2所示的Buck变换器电路图，建立其状态空间平均模型具体过程如下：
当开关导通时，Buck电路系统可以表示为
当开关关断时，Buck电路系统可以表示为
式中vo为输出电压，iL为电路电流，L为电感，C为电容，R为电路中的电阻。
结合式(1)和式(2)，可以得出系统理想状态下的状态平均模型为：
考虑到Buck变换器在实际工作过程中会受到扰动的干扰，包括输入电压的波动、负载突变和外界干扰等。为了提高控制的精确性，本发明在系统(3)的基础上引入扰动量，建立包含扰动的状态空间平均模型如下：
2)基于Buck变换器状态空间平均模型，选择滑动变量的具体方法如下：
具体地，为了改善Buck变换器控制系统的鲁棒性，本发明采用了二阶滑模控制方法。首先，为了确保Buck变换器的输出电压能够有效的跟踪上参考电压，这里选取系统电压和参考电压的差值为滑动变量s1，在控制过程中，确保滑动变量s1趋近于零从而达到输出电压跟踪参考电压的目的。其次，为了避免滑动变量s1的一阶导数中的扰动进入控制通道，取滑动变量s1的一阶导数中部分项作为滑动变量s2。最后，根据选取的滑动变量，s1的一阶导数可以被分为三个部分，即滑动变量s2部分，已知项部分和非匹配扰动部分，从而能有效地避免扰动进入控制通道。
即，选取的滑动变量为：
s1＝v0-vref
需要注意的是，当控制器控制Buck变换器的输出电压跟踪上参考电压后，即s1＝0时， f(s1)＝0，系统中非匹配扰动仍然存在，这说明本发明涉及到的系统一直存在非匹配扰动。
3)结合状态平均模型和选取的滑动变量建立包含非匹配扰动的二阶滑模动力学方程如下：
根据状态平均模型(4)和滑动变量(5)可以得到含有非匹配扰动的二阶滑模动力学方程：
式中d(t)为包含d1(t)的非匹配集总干扰。
4)扰动观测器构建方法如下：
式中z0，z1分别为vo，d(t)的观测值，λ0和λ1为待取的观测器增益。
定义
σ0＝z0-s1,σ1＝z1-d(t)
求导可得：
由式(7)和式(8)可以看出，该微分包含的齐次度为-1，所以，非线性扰动观测器可以准确估计出非匹配扰动d(t)。
5)设计二阶滑模控制器，保证滑动变量收敛到零，即保证Buck变换器输出电压能够跟踪上参考电压，其方法如下：
设计二阶滑模控制器，保证Buck变换器的输出电压能够快速跟踪上参考电压，即设计控制器使得系统(6)收敛到零，控制器如下：
式中β1，β2为待选取的控制器增益，且a，r1和r2之间存在如下关系
a≥r1＝2r2＞0
根据系统状态空间模型(4)和滑模动力学方程(6)可以知道，Buck变换器系统的开关量μ和控制器u存在一定的关系，即控制信号必须转化为开关信号才能作用于Buck变换器系统。开关量μ通过对所设计的控制器u进行滞环调制得到，其与控制器u之间的关系如下：
式中λ为任意正实数，ζ2为控制器设计过程的中间量。
为了更好的说明扰动补偿的二阶滑模控制器(9)的控制效果，本发明基于Matlab软件搭建了仿真平台，用于验证干扰存在下控制器的有效性。仿真采用欧拉法，设定采样周期为 0.01ms。
图3为扰动随时间变化的曲线，图4为输出电压随时间变化的曲线，图5为系统电流随时间变化的曲线，图6为滑动变量s1随时间变化的曲线，图7为控制器输出随时间变化的曲线。
由仿真结果可以看出，在存在扰动干扰的情况下，本发明设计的扰动补偿二阶滑模控制器能使Buck变换器在短时间内重新达到稳定状态，且能够保证期望的输出电压。说明该控制器具有良好的鲁棒性能。
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，本发明可以以权利要求书的精神范围内的修改来实施。因此，在不背离本发明实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于扰动观测器和二阶滑模的Buck变换器补偿控制方法，其特征在于，设计过程如下：
1)根据Buck变换器的工作原理，分析系统扰动因素，建立包含扰动的状态空间平均模型；
2)选取合适的滑动变量，结合状态平均模型建立包含非匹配扰动的二阶滑模动力学方程；
3)针对系统中存在的非匹配扰动，设计扰动观测器并选取合适的观测器参数，完成对非匹配扰动的准确估计；
4)设计二阶滑模控制器，保证滑动变量能够快速收敛，即保证Buck变换器的输出电压能够快速稳定跟踪上参考电压。
2.根据权利要求1所述的一种基于扰动观测器和二阶滑模的Buck变换器补偿控制方法，其特征在于，在所述步骤1)和2)中包含非匹配扰动的滑动模态动力学方程建立方法如下：
Buck变换器工作时存在两种状态，分别为功率开关管Sw导通与关断时电路的状态；当开关导通时，二极管截止，电源给负载提供能量并且给电容充电，电容电压和负载电压的值v0最终会上升至Vin；当开关关断时，电源将不再给电路提供能量，二极管续流，与电容和电感构成放电回路；结合两种情况下Buck电路的工作原理，利用基尔霍夫电压定律(KVL)和基尔霍夫电流定律(KCL)，可以得到系统的状态空间平均模型如下：
<mrow>
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>dv</mi>
<mi>o</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mi>C</mi>
</mfrac>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>i</mi>
<mi>L</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>v</mi>
<mi>o</mi>
</msub>
<mi>R</mi>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>di</mi>
<mi>L</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mi>L</mi>
</mfrac>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>&mu;V</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>v</mi>
<mi>o</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式中vo为输出电压，iL为电路电流，L为电感，C为电容，R为电路中的电阻，μ取1和0分别代表开关的导通与关断，由待设计的控制器u控制；
考虑到Buck变换器在实际工作过程中会受到扰动的干扰，包括输入电压的波动、负载突变和外界干扰等；为了提高控制的精确性，本发明在系统(1)的基础上引入扰动量，建立包含扰动的状态空间平均模型如下：
<mrow>
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>dv</mi>
<mi>o</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mi>C</mi>
</mfrac>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>i</mi>
<mi>L</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>v</mi>
<mi>o</mi>
</msub>
<mi>R</mi>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>d</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>di</mi>
<mi>L</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mi>L</mi>
</mfrac>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>&mu;V</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>v</mi>
<mi>o</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>d</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>2</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
根据包含扰动的状态空间平均模型(2)，考虑控制电压快速稳定跟踪参考电压的控制目标，选取滑动变量如下：
<mrow>
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>s</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>v</mi>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mi>e</mi>
<mi>f</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>s</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mi>C</mi>
</mfrac>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>i</mi>
<mi>L</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>v</mi>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mi>e</mi>
<mi>f</mi>
</mrow>
</msub>
<mi>R</mi>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>3</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
结合系统(2)和滑动变量(3)可以得到含有非匹配扰动项的二阶滑模动力学方程：
<mrow>
<msub>
<mover>
<mi>s</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
</mover>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>s</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>f</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>s</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<mi>d</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mover>
<mi>s</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
</mover>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>=</mo>
<mi>a</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>i</mi>
<mi>L</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<mi>b</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>i</mi>
<mi>L</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>u</mi>
</mrow>
式中d(t)为包含d1(t)的非匹配集总干扰。
3.根据权利要求1所述的一种基于扰动观测器和二阶滑模的Buck变换器补偿控制方法，其特征在于，在所述步骤2)中滑动变量的选取方法如下：
具体地，为了改善Buck变换器控制系统的鲁棒性，本发明采用了二阶滑模控制方法，首先，为了确保Buck变换器的输出电压能够有效的跟踪上参考电压，这里选取系统电压和参考电压的差值为滑动变量s1，在控制过程中，确保滑动变量s1趋近于零从而达到输出电压跟踪参考电压的目的；其次，为了避免滑动变量s1的一阶导数中的扰动进入控制通道，取滑动变量s2如式(3)所示；最后，根据选取的滑动变量，s1的一阶导数可以被分为三个部分，即滑动变量s2部分，已知项部分和非匹配扰动部分，从而有效地避免了扰动进入控制通道；需要注意的是，当控制器控制Buck变换器的输出电压跟踪上参考电压后，即s1＝0时，f(s1)＝0，系统中非匹配扰动仍然存在，这说明本发明涉及到的系统一直存在非匹配扰动。
4.根据权利要求1所述的一种基于扰动观测器和二阶滑模的Buck变换器补偿控制方法，其特征在于，在所述步骤3)中扰动观测器构建如下：
<mrow>
<msub>
<mover>
<mi>z</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
</mover>
<mn>0</mn>
</msub>
<mo>=</mo>
<mi>&upsi;</mi>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>s</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>f</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>s</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mover>
<mi>z</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
</mover>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>=</mo>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>&lambda;</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mi>s</mi>
<mi>i</mi>
<mi>g</mi>
<mi>n</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>z</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<mi>&upsi;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式中z0，z1分别为vo，d(t)的观测值，λ0和λ1为待取的观测器增益。
5.根据权利要求1所述的一种基于扰动观测器和二阶滑模的Buck变换器补偿控制方法，其特征在于，在所述步骤3)中扰动观测器的参数选择方法如下：
一般地，在合理构建扰动观测器的前提下，还要选择合适的观测器参数，才能确保扰动观测器能准确地估计出未知扰动；本发明中，对扰动观测器参数的选取严格按照Lipschitz理论，λ0满足
λ0＞1
特别地，λ1需足够大，扰动观测器才能准确地估计出未知扰动，即扰动观测器输出将无限趋近于未知扰动的值，即满足
z0＝v0
z1＝d(t)
通常情况下，在Buck电路的实际控制过程中，选取观测器增益λ0＝1.1，λ1＝1.5即可达到扰动观测器准确估计未知扰动的目的。
6.根据权利要求1所述的基于扰动观测器和二阶滑模的Buck变换器补偿控制方法，其特征在于，在所述步骤4)中扰动补偿二阶滑模控制器设计如下：
式中β1，β2为待选取的控制器增益，a，r1和r2之间存在如下关系
a≥r1＝2r2＞0
系统开关量μ通过对所设计的控制器u进行滞环调制得到，其与控制器u之间的关系如下：
<mrow>
<mi>&mu;</mi>
<mo>=</mo>
<mfenced open = "{" close = "">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>,</mo>
</mrow>
</mtd>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>&zeta;</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>&le;</mo>
<mo>-</mo>
<mi>&lambda;</mi>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mn>0</mn>
<mo>,</mo>
</mrow>
</mtd>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>&zeta;</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>></mo>
<mi>&lambda;</mi>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mn>2</mn>
</mfrac>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>+</mo>
<mi>s</mi>
<mi>i</mi>
<mi>g</mi>
<mi>n</mi>
<mo>(</mo>
<mi>u</mi>
<mo>)</mo>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>,</mo>
</mrow>
</mtd>
<mtd>
<mrow>
<mo>-</mo>
<mi>&lambda;</mi>
<mo><</mo>
<msub>
<mi>&zeta;</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>&le;</mo>
<mi>&lambda;</mi>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
</mrow>
式中λ为任意正实数，ζ2为控制器设计过程的中间量。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710513549.4A CN107147283B (zh) | 2017-06-29 | 2017-06-29 | 一种基于扰动观测器和二阶滑模的Buck变换器补偿控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710513549.4A CN107147283B (zh) | 2017-06-29 | 2017-06-29 | 一种基于扰动观测器和二阶滑模的Buck变换器补偿控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107147283A true CN107147283A (zh) | 2017-09-08 |
| CN107147283B CN107147283B (zh) | 2019-10-01 |
Family
ID=59784446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710513549.4A Active CN107147283B (zh) | 2017-06-29 | 2017-06-29 | 一种基于扰动观测器和二阶滑模的Buck变换器补偿控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107147283B (zh) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107994771A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-05-04 | 西安交通大学 | 一种buck变换器的非奇异终端滑模硬件控制电路及控制方法 |
| CN109217371A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-01-15 | 国网山西省电力公司电力科学研究院 | 考虑锁相环影响的电压源型变流器并网系统稳定性分析方法、装置及系统 |
| CN109491245A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-03-19 | 江苏大学 | 一种cstr系统的扰动补偿控制方法 |
| CN109861498A (zh) * | 2019-02-18 | 2019-06-07 | 浙江工业大学 | 基于未知输入观测器的降压型直流变换器滑模控制方法 |
| CN110492742A (zh) * | 2019-07-03 | 2019-11-22 | 广东轻工职业技术学院 | 一种无电流传感滑模控制DC-DC Buck变换器控制系统 |
| CN110868066A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-03-06 | 河北科技大学 | 基于等速趋近率下dc-dc变换器滑模控制电路及方法 |
| CN112737315A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-04-30 | 浙江工业大学 | 基于未知系统动态估计器的降压型直流变换器快速固定时间控制方法 |
| CN112821758A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-18 | 国网黑龙江省电力有限公司绥化供电公司 | 一种针对不匹配干扰的Buck型功率变换器的分数阶滑模控制方法 |
| CN113708622A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-11-26 | 江苏大学 | 一种直流升压变换器的非连续二阶滑模控制方法 |
| CN113900375A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-07 | 沈阳工程学院 | 考虑微电网不匹配干扰的改进滑模控制方法 |
| CN116566199A (zh) * | 2023-07-07 | 2023-08-08 | 河海大学 | 一种直流降压变换器的固定时间二阶滑模控制方法 |
| CN117713500A (zh) * | 2023-12-18 | 2024-03-15 | 天津大学 | 一种基于δ算子和扰动观测的直流变换器的滑模控制方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070285031A1 (en) * | 2004-09-21 | 2007-12-13 | Exclara Inc. | System and Method for Driving LED |
| CN103378724A (zh) * | 2013-07-25 | 2013-10-30 | 重庆大学 | DC-DC buck变换器高阶滑模控制方法 |
| CN104267605A (zh) * | 2014-10-25 | 2015-01-07 | 哈尔滨工业大学 | 适用于相对阶为1控制系统的平滑非奇异终端滑模控制方法 |
| CN104734505A (zh) * | 2015-04-16 | 2015-06-24 | 哈尔滨工业大学 | Buck变换器电压—电流双闭环终端滑模控制方法 |
| CN104993702A (zh) * | 2015-07-29 | 2015-10-21 | 江苏大学 | 一种采用DSP实现二阶滑模控制的Buck变换器控制方法 |
| CN106877658A (zh) * | 2017-03-27 | 2017-06-20 | 江苏大学 | 一种功率变换器的复合非奇异终端滑模控制方法 |
-
2017
- 2017-06-29 CN CN201710513549.4A patent/CN107147283B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070285031A1 (en) * | 2004-09-21 | 2007-12-13 | Exclara Inc. | System and Method for Driving LED |
| CN103378724A (zh) * | 2013-07-25 | 2013-10-30 | 重庆大学 | DC-DC buck变换器高阶滑模控制方法 |
| CN104267605A (zh) * | 2014-10-25 | 2015-01-07 | 哈尔滨工业大学 | 适用于相对阶为1控制系统的平滑非奇异终端滑模控制方法 |
| CN104734505A (zh) * | 2015-04-16 | 2015-06-24 | 哈尔滨工业大学 | Buck变换器电压—电流双闭环终端滑模控制方法 |
| CN104993702A (zh) * | 2015-07-29 | 2015-10-21 | 江苏大学 | 一种采用DSP实现二阶滑模控制的Buck变换器控制方法 |
| CN106877658A (zh) * | 2017-03-27 | 2017-06-20 | 江苏大学 | 一种功率变换器的复合非奇异终端滑模控制方法 |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107994771A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-05-04 | 西安交通大学 | 一种buck变换器的非奇异终端滑模硬件控制电路及控制方法 |
| CN109491245A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-03-19 | 江苏大学 | 一种cstr系统的扰动补偿控制方法 |
| CN109491245B (zh) * | 2018-10-30 | 2021-09-10 | 江苏大学 | 一种cstr系统的扰动补偿控制方法 |
| CN109217371A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-01-15 | 国网山西省电力公司电力科学研究院 | 考虑锁相环影响的电压源型变流器并网系统稳定性分析方法、装置及系统 |
| CN109861498A (zh) * | 2019-02-18 | 2019-06-07 | 浙江工业大学 | 基于未知输入观测器的降压型直流变换器滑模控制方法 |
| CN109861498B (zh) * | 2019-02-18 | 2020-06-16 | 浙江工业大学 | 基于未知输入观测器的降压型直流变换器滑模控制方法 |
| CN110492742A (zh) * | 2019-07-03 | 2019-11-22 | 广东轻工职业技术学院 | 一种无电流传感滑模控制DC-DC Buck变换器控制系统 |
| CN110868066A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-03-06 | 河北科技大学 | 基于等速趋近率下dc-dc变换器滑模控制电路及方法 |
| CN112821758A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-18 | 国网黑龙江省电力有限公司绥化供电公司 | 一种针对不匹配干扰的Buck型功率变换器的分数阶滑模控制方法 |
| CN112821758B (zh) * | 2020-12-30 | 2022-09-23 | 国网黑龙江省电力有限公司绥化供电公司 | 一种针对不匹配干扰的Buck型功率变换器的分数阶滑模控制方法 |
| CN112737315A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-04-30 | 浙江工业大学 | 基于未知系统动态估计器的降压型直流变换器快速固定时间控制方法 |
| CN113708622A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-11-26 | 江苏大学 | 一种直流升压变换器的非连续二阶滑模控制方法 |
| CN113708622B (zh) * | 2021-07-14 | 2023-09-22 | 江苏大学 | 一种直流升压变换器的非连续二阶滑模控制方法 |
| CN113900375A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-07 | 沈阳工程学院 | 考虑微电网不匹配干扰的改进滑模控制方法 |
| CN113900375B (zh) * | 2021-09-30 | 2023-06-30 | 沈阳工程学院 | 考虑微电网不匹配干扰的改进滑模控制方法 |
| CN116566199A (zh) * | 2023-07-07 | 2023-08-08 | 河海大学 | 一种直流降压变换器的固定时间二阶滑模控制方法 |
| CN116566199B (zh) * | 2023-07-07 | 2023-09-08 | 河海大学 | 一种直流降压变换器的固定时间二阶滑模控制方法 |
| CN117713500A (zh) * | 2023-12-18 | 2024-03-15 | 天津大学 | 一种基于δ算子和扰动观测的直流变换器的滑模控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107147283B (zh) | 2019-10-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107147283A (zh) | 一种基于扰动观测器和二阶滑模的Buck变换器补偿控制方法 | |
| Jabr et al. | A sequential conic programming approach for the coordinated and robust design of power system stabilizers | |
| Li et al. | Sliding-mode PID control of DC-DC converter | |
| CN109256803B (zh) | 一种虚拟同步机孤岛运行灵敏度计算方法 | |
| CN108306505A (zh) | 一种Boost变换器的复合自适应模型预测控制方法 | |
| CN104734505A (zh) | Buck变换器电压—电流双闭环终端滑模控制方法 | |
| CN105978373B (zh) | 实现微电网稳定的三相逆变器逆推滑模控制方法及系统 | |
| CN108899907A (zh) | 基于重复滑模控制的lclcl型有源电力滤波器控制方法 | |
| CN107196534A (zh) | 一种基于干扰观测器的单相逆变器有限时间控制方法 | |
| CN106786492A (zh) | 含有变系数负载观测器的混合储能控制系统及其设计方法 | |
| CN109901391A (zh) | 基于指数幂次趋近律的降压型直流变换器的滑模控制方法 | |
| CN107579526A (zh) | 一种基于反步滑模的电力弹簧电压控制方法 | |
| Quevedo et al. | Finite control set MPC of an AFE rectifier with dynamic references | |
| CN105184027A (zh) | 一种基于交互式多模型算法的电力负荷建模方法 | |
| Acikgoz et al. | Experimental evaluation of dynamic performance of three‐phase AC–DC PWM rectifier with PD‐type‐2 fuzzy neural network controller | |
| Ayop et al. | Simple and fast computation photovoltaic emulator using shift controller | |
| Ma | An improved fuzzy PID control algorithm applied in liquid mixing system | |
| Kapoor et al. | Solar panel simulation using adaptive control | |
| CN105932878A (zh) | 基于主动不确定性抑制的混合动力汽车电气层控制方法 | |
| CN203896241U (zh) | 基于模糊rbf网络积分滑模的双直线电机轮廓补偿装置 | |
| CN103558761B (zh) | 一种具有控制器输入饱和的非线性化学反应循环不确定时滞系统的控制方法 | |
| CN109143862A (zh) | 基于参数自适应的降压型直流变换器固定时间滑模控制方法 | |
| CN110677034B (zh) | 一种基于幂次等速趋近律的dc-dc变换器滑模控制器及方法 | |
| CN116522773A (zh) | 一种基于数据驱动的wpt系统建模方法 | |
| CN111273632A (zh) | 基于rtds测试数据的svg控制器参数辨识方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210207 Address after: 215628 No.3 Zhenfeng Road, Nanfeng Town, Zhangjiagang City, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee after: JIANGSU SHUNHANG ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 212013 No. 301, Xuefu Road, Zhenjiang, Jiangsu Patentee before: JIANGSU University |