CN111431403A - 一种基于非线性扩张状态观测器和pd控制技术的直流升压变换器系统控制方法 - Google Patents

一种基于非线性扩张状态观测器和pd控制技术的直流升压变换器系统控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111431403A
CN111431403A CN202010106640.6A CN202010106640A CN111431403A CN 111431403 A CN111431403 A CN 111431403A CN 202010106640 A CN202010106640 A CN 202010106640A CN 111431403 A CN111431403 A CN 111431403A
Authority
CN
China
Prior art keywords
boost converter
voltage
observer
extended state
direct current
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.)
Pending
Application number
CN202010106640.6A
Other languages
English (en)
Inventor
王军晓
戎佳艺
杨海
俞立
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University of Technology ZJUT
Original Assignee
Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University of Technology ZJUT filed Critical Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority to CN202010106640.6A priority Critical patent/CN111431403A/zh
Publication of CN111431403A publication Critical patent/CN111431403A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/1563—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators without using an external clock
    • 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • 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
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/157—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators with digital control
    • 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
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/1566—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators with means for compensating against rapid load changes, e.g. with auxiliary current source, with dual mode control or with inductance variation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

一种基于非线性扩张状态观测器和PD控制技术的直流升压变换器系统控制方法，适用于在直流升压变换器系统的高精度控制，该方法首先对输入电压变化和电阻负载扰动分别设计两个非线性扩张状态观测器来观测扰动，在此基础上设计PD控制器从而得到复合控制器来控制直流升压变换器系统，使输出电压在有输入电压变化和负载电阻扰动情况下能够快速准确地跟踪参考电压。本发明实现简单，参数调节较少，不但可以提高直流升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升压变换器稳态波动，满足高性能电力电子升压变换器系统的应用。

Description

一种基于非线性扩张状态观测器和PD控制技术的直流升压变 换器系统控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子直流升压变换器系统，尤其涉及一种基于非线性扩张状态观测器和PD控制技术的直流升压变换器系统控制方法。
背景技术
现代科学技术的飞速发展，特别是电力电子技术、微电子技术、数字控制技术和现代控制理论的巨大进步，为电力电子直流开关电源的发展创造了有利条件，特别是在机器人、不间断电源系统、电动汽车和太阳能光伏系统等对直流开关电源控制性能要求越来越高的领域，直流变换器系统受到越来越多的关注。
在过去的几十年里，直流-直流转换已经成为一种普遍的技术，它被广泛应用于各种场合，包括直流电源和直流电机驱动等。20世纪80年代以来，随着大功率开关器件的迅速发展，升压变换器已广泛应用于新能源发电、便携式电子产品等工业控制领域。由于升压变换器应用广泛，市场广阔，其性能越来越受到人们的重视，对其控制的稳定性和精度的要求也越来越严格。
目前，直流升压电力电子变换器系统多采用双闭环的控制结构，即内环为电流控制环，外环为电压控制环。控制器多采用PI调节器。其中电流环的作用是提高系统的快速性，及时抑制电流内部的干扰；电压环的作用是提高系统抗负载扰动的能力，抑制电压稳态波动。
在实际直流供电设备中，由于直流变换器系统的工作场合大多要求输出电压精度相当高，而且要求能够快速适应各种不同的工况，但是由于目前采用的PI控制器当系统工作在不同的工况下，例如在有扰动的情况下主要是利用积分来消除扰动对输出电压带来的影响，是一种被动且速度较慢的控制方式，特别是在系统遇到快速时变或者周期性的扰动时很难快速地跟踪给定电压，这些扰动主要包括负载波动，电压输入变化等。如果控制器不对这些扰动快速主动进行处理，则闭环系统很难达到快速且高精度电压输出性能。因此在直流升压电力电子变换器系统存在扰动的情况下，系统能够及时地对扰动进行处理，就能够进一步提高电力电子变换器系统的跟踪速度和精度，满足电力电子系统在高精度电压输出工作领域的应用。
为了能够及时对系统扰动进行处理，提高电力电子直流升压变换器系统的跟踪精度，国内外学者进行了大量的研究。文献(Linares-Flores J.,Méndez A.H.,García-Rodríguez C.,Sira-Ramíreze H.Robust nonlinear adaptive control of a“boost”converter via algebraic parameter identification[J].IEEE Transactions onIndustrial Electronics,2013,61(8):4105-4114.)设计了一种鲁棒非线性自适应控制器，用于不确定时变参数的直流升压功率变换器的非最小相位输出电压轨迹跟踪策略。广义比例积分间接控制利用系统的平坦度特性，通过快速的在线代数参数辨识过程，对反馈控制器和输出参考轨迹进行快速的自适应。周期性地触发代数参数识别过程所需的更新，以应对未知模型参数的随时间变化。文献(Wai R J,Shih L C.Design of VoltageTracking Control for DC–DC Boost Converter Via Total Sliding-Mode Technique[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2011,58(6):2502-2511.)针对传统直流升压变换器的电压跟踪控制，设计了一种全滑模控制方案。该控制策略是在李亚普诺夫稳定性定理的意义下推导出来的，在系统出现不确定性的情况下，能够保证系统的稳定跟踪性能。
发明内容
本发明的目的在于针对直流升压变换器的负载电阻扰动和输入电压变化，首先利用非线性扩张状态观测器技术在实验中采集的电压、电流状态信息基础上对扰动进行估计，得到系统中存在的负载电阻扰动和输入电压变化估计信息后，利用PD控制技术设计出复合控制器，实现直流升压变换器系统输出电压对参考输出电压跟踪的快速性和准确性。该方法易于实现，参数调节相对简单，具有很好的应用价值。
为了实现上述发明任务本发明提供如下的技术方案：
一种基于非线性扩张状态观测器和PD控制技术的直流升压变换器系统控制方法，包括以下步骤：
步骤一、组建一个直流升压变换器，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，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u＝0或1，建立升压变换器的模型：
开关管Q关断时，控制量输入为0即u＝0，电感电流iL通过二极管D向输出侧流动，电源功率和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vin-vo，因vo＞vin，故iL线性减小；
Figure BDA0002388692880000021
开关管Q导通时,控制量输入为1即u＝1，电源电压vin全部加到升压电感上，电感电流iL线性增长，此时二极管D截止，负载由滤波电容供电；
Figure BDA0002388692880000031
整理模型如下：
Figure BDA0002388692880000032
步骤二、分别设计两个非线性扩张状态观测器，对负载电阻变化和输入电压波动进行估计，观测器Ⅰ设计为：
Figure BDA0002388692880000033
式中
Figure BDA0002388692880000034
为电感电流的估计值，
Figure BDA0002388692880000035
为输入电压扰动的估计值，观测器增益λ1,λ2＞0；
观测器Ⅱ设计为：
Figure BDA0002388692880000036
式中
Figure BDA0002388692880000037
为输出电压的估计值，
Figure BDA0002388692880000038
为负载电阻扰动的估计值，观测器增益λ3,λ4＞0；
步骤三、在已设计的非线性扩张状态观测器的基础上，升压变换器选择输出电压作为被控变量时系统为非最小相位系统，因此，考虑到系统的非最小相位特性，基于系统总储能设计控制器；
升压变换器系统的总储能为：
Figure BDA0002388692880000039
对上式进行二次微分，得到：
Figure BDA00023886928800000310
Figure BDA00023886928800000311
其中：
Figure BDA0002388692880000041
Figure BDA0002388692880000042
Figure BDA0002388692880000043
分别为输入电压和负载电阻的估计值；
系统总储能参考值为:
Figure BDA0002388692880000044
其中电感电流的参考值为：
Figure BDA0002388692880000045
系统总储能偏差定义为：
e＝y-yr
对上式进行二次微分，得到：
Figure BDA0002388692880000046
控制器设计为：
Figure BDA0002388692880000047
其中kp,kd为控制器参数，当kp,kd＞0时，闭环系统的输出电压vo就实现了对于参考电压vr的跟踪。
进一步，所述的是直流升压电力电子变换器，所采用的模型是状态平均模型。
所考虑的系统扰动是电压输入的变化和负载电阻扰动。
所考虑的系统扰动观测器是非线性扩张状态观测器，所采用的控制器是PD控制器。
本发明的技术构思为，首先，基于直流升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；接着，考虑到直流变换器的输入电压波动和负载电阻变化，分别对其设计非线性扩张状态控制器，对负载电阻变化和输入电压波动进行估计，在直流变换器统一模型的基础上，将负载电阻变化的扰动估计为
Figure BDA0002388692880000048
将输入电压波动的扰动估计为
Figure BDA0002388692880000051
根据非线性扩张状态观测器技术分别设计观测器对扰动进行估计；最后，在以非线性扩张状态观测器对扰动进行估计的基础上，考虑系统的非最小相位特性，选择系统总储能作为跟踪目标来设计控制器，保证系统输出的稳定性。在考虑负载电阻变化和输入电压波动的情况下设计PD控制器，复合控制器可以保证在系统存在扰动时输出电压vo仍然能够较快的跟踪给定参考电压vr。
本发明具有以下有益结果：本发明将设计将非线性扩张状态观测器和PD控制技术结合的复合控制器应用于直流升压变换器，在保证系统动态性能的情况下，可以明显地抑制负载变化和输入电压波动引起的扰动，从而大大提高直流升压变换器的跟踪的速度和精度。
将基于非线性扩张状态观测器和PD控制技术的控制方法应用于直流升压变换器系统，在保证原动态性能的情况下，可以明显提高直流升压变化系统的抗扰性能和跟踪性能，满足直流升压变换器在高精度领域的应用，工程人员只需要较少的调节控制器的参数，与现有的技术相比，具有设计原理简单，在确保动态性能的基础上对升压变换器的快速性和精确性明显改善，对负载电阻扰动和输入电压变化都有良好的抑制性等优点。
附图说明
图1为基于非线性扩张状态观测器和PD控制技术的直流升压变换器控制方法的控制框图；
图2为基于非线性扩张状态观测器和PD控制技术的直流升压变换器控制方法的原理图；
图3为非线性扩张状态观测器结构图；
图4为在NESO+PD复合控制器下负载电阻由400Ω突变为300Ω时的直流升压变换器系统响应实验图，其中，(A)表示输出电压，(B)表示电感电流，(C)表示控制量；
图5为在NESO+PD复合控制器下输入电压由6V突变至5V时的直流升压变换器系统响应实验图，其中，(A)表示输出电压，(B)表示电感电流，(C)表示控制量。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体实施过程，但本发明的保护范围不限于下述的实例。
参照图1～图5，一种基于非线性扩张状态观测器和PD控制技术的直流升压变换器系统控制方法，包括以下步骤：
步骤一、如图1所示结构图，建立一个直流升压变换器的基本结构图，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，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u＝0或1，建立升压变换器的模型为：
开关管Q关断时，控制量输入为0即u＝0，电感电流iL通过二极管D向输出侧流动，电源功率和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vin-vo，因vo＞vin，故iL线性减小；
Figure BDA0002388692880000061
开关管Q导通时,控制量输入为1即u＝1，电源电压vin全部加到升压电感上，电感电流iL线性增长，此时二极管D截止，负载由滤波电容供电；
Figure BDA0002388692880000062
整理模型如下：
Figure BDA0002388692880000063
令x1＝iL,x2＝vo，将输入电压波动的扰动定义为d1(t)＝vin-vin0，将负载电阻变化的扰动定义为
Figure BDA0002388692880000064
其中vin0,R0分别为输入电压和负载电阻的标称值，并考虑二极管寄生电压vF：
Figure BDA0002388692880000065
步骤二、图2为直流升压变换器控制系统的框图，分别设计两个非线性扩张状态观测器，对负载电阻变化和输入电压波动进行估计，观测器Ⅰ设计为：
Figure BDA0002388692880000071
式中
Figure BDA0002388692880000072
为电感电流的估计值，
Figure BDA0002388692880000073
为输入电压扰动的估计值，观测器增益λ1,λ2＞0；
观测器Ⅱ设计为：
Figure BDA0002388692880000074
式中
Figure BDA0002388692880000075
为输出电压的估计值，
Figure BDA0002388692880000076
为负载电阻扰动的估计值，观测器增益λ3,λ4＞0；
步骤三、在已设计的非线性扩张状态观测器的基础上，升压变换器选择输出电压作为被控变量时系统为非最小相位系统，因此，考虑到系统的非最小相位特性，基于系统总储能设计控制器；
升压变换器系统的总储能为：
Figure BDA0002388692880000077
对上式进行二次微分，得到：
Figure BDA0002388692880000078
Figure BDA0002388692880000079
其中：
Figure BDA00023886928800000710
Figure BDA00023886928800000711
Figure BDA00023886928800000712
分别为输入电压和负载电阻的估计值；
系统总储能参考值为:
Figure BDA00023886928800000713
其中电感电流的参考值为：
Figure BDA0002388692880000081
系统总储能偏差定义为：
e＝y-yr
对上式进行二次微分，得到：
Figure BDA0002388692880000082
控制器可以设计为：
Figure BDA0002388692880000083
其中kp,kd为控制器参数，当kp,kd＞0时，闭环系统的输出电压vo就实现了对于参考电压vr的跟踪。
为了进一步验证本实施例提出的基于非线性扩张状态观测器和PD控制技术的直流升压变化系统控制的有效性，本实施例中的实验平台是直流升压变换器系统，采用基于NI实时控制板卡的全数字控制实现方式，编程语言为LabVIEW语言。系统的主要组成部分有：由NI公司的控制板卡为核心组成的控制电路部分、由单极性功率场效应管MOSFET为核心的直流升压电路部分及负载功率电阻，霍尔器件等传感器，还包括键盘及显示模块。各个器件的主要用途为：霍尔传感器用于采集电流和电压信号，NI公司的控制板卡为为整个直流升压转换器系统的核心，用于采集电流电压信号，对系统的误差进行观测以及计算输出PWM的占空比等核心运算；上位机键盘和显示模块用于设定参数及显示当前系统状态；功率器件的驱动电路以功率器件MOSFET为核心，它根据上位机生成的PWM控制信号，控制MOSFET导通关断时间。
为了验证所设计的控制器的抗干扰特性，我们观察了NESO+PD控制器的控制效果。首先考虑无输入电压波动时的情况，输入电压6V，目标值12V，理想占空比为μ＝0.5。表1为直流升压变换器的参数。
Figure BDA0002388692880000084
Figure BDA0002388692880000091
表1
当负载从400Ω变为300Ω，输出电压、电感电流和控制量如图4所示，基于非线性扩张状态观测器和PD控制器在输出电压经小幅扰动后恢复12V。将负载从输入电压由6V变为5V时，见图5，同样的，输出电压经小幅扰动后恢复12V。从图4(A、B、C)和图5(A、B、C)可以看出NESO+PD控制器很大程度上提高了直流升压变换器系统的快速性和准确性。
本实施例将基于非线性扩张状态观测器和PD控制技术用于直流升压变换器系统的控制，在直流升压电力电子变换器系统存在扰动的情况下，系统能够及时的对扰动进行处理，能够进一步提高电力电子变换器系统的跟踪精度和速度，满足电力电子直流升压变换器系统在高性能电压输出工作领域的应用。实验结果表明：本方法普适性强，在系统存在扰动的情况下有良好的抗扰动性能，而且可以明显地提高电力电子直流变换器系统的跟踪速度和精度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干可以预期的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于非线性扩张状态观测器和PD控制技术的直流升压变换器系统控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一、组建一个直流升压变换器，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，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u＝0或1，建立升压变换器的模型：
开关管Q关断时，控制量输入为0即u＝0，电感电流iL通过二极管D向输出侧流动，电源功率和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vin-vo，因vo＞vin，故iL线性减小；
Figure FDA0002388692870000011
开关管Q导通时,控制量输入为1即u＝1，电源电压vin全部加到升压电感上，电感电流iL线性增长，此时二极管D截止，负载由滤波电容供电；
Figure FDA0002388692870000012
整理模型如下：
Figure FDA0002388692870000013
步骤二、分别设计两个非线性扩张状态观测器，对负载电阻变化和输入电压波动进行估计，观测器Ⅰ设计为：
Figure FDA0002388692870000014
式中
Figure FDA0002388692870000015
为电感电流的估计值，
Figure FDA0002388692870000016
为输入电压扰动的估计值，观测器增益λ1,λ2＞0；
观测器Ⅱ设计为：
Figure FDA0002388692870000017
式中
Figure FDA0002388692870000021
为输出电压的估计值，
Figure FDA0002388692870000022
为负载电阻扰动的估计值，观测器增益λ3,λ4＞0；
步骤三、在已设计的非线性扩张状态观测器的基础上，升压变换器选择输出电压作为被控变量时系统为非最小相位系统，因此，考虑到系统的非最小相位特性，基于系统总储能设计控制器；
升压变换器系统的总储能为：
Figure FDA0002388692870000023
对上式进行二次微分，得到：
Figure FDA0002388692870000024
Figure FDA0002388692870000025
其中：
Figure FDA0002388692870000026
Figure FDA0002388692870000027
Figure FDA0002388692870000028
分别为输入电压和负载电阻的估计值；
系统总储能参考值为:
Figure FDA0002388692870000029
其中电感电流的参考值为：
Figure FDA00023886928700000210
系统总储能偏差定义为：
e＝y-yr
对上式进行二次微分，得到：
Figure FDA00023886928700000211
控制器设计为：
Figure FDA0002388692870000031
其中kp,kd为控制器参数，当kp,kd＞0时，闭环系统的输出电压vo就实现了对于参考电压vr的跟踪。
2.根据权利要求1所述的一种基于非线性扩张状态观测器和PD控制技术的直流升压变换器系统控制方法，其特征在于，所述的是直流升压电力电子变换器，所采用的模型是状态平均模型。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于非线性扩张状态观测器和PD控制技术的直流升压变换器系统控制方法，其特征在于，所考虑的系统扰动是电压输入的变化和负载电阻扰动。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于非线性扩张状态观测器和PD控制技术的直流升压变换器系统控制方法，其特征在于，所考虑的系统扰动观测器是非线性扩张状态观测器，所采用的控制器是PD控制器。
CN202010106640.6A 2020-02-21 2020-02-21 一种基于非线性扩张状态观测器和pd控制技术的直流升压变换器系统控制方法 Pending CN111431403A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010106640.6A CN111431403A (zh) 2020-02-21 2020-02-21 一种基于非线性扩张状态观测器和pd控制技术的直流升压变换器系统控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010106640.6A CN111431403A (zh) 2020-02-21 2020-02-21 一种基于非线性扩张状态观测器和pd控制技术的直流升压变换器系统控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111431403A true CN111431403A (zh) 2020-07-17

Family

ID=71547058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010106640.6A Pending CN111431403A (zh) 2020-02-21 2020-02-21 一种基于非线性扩张状态观测器和pd控制技术的直流升压变换器系统控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111431403A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111831011A (zh) * 2020-08-07 2020-10-27 大连海事大学 一种水下机器人平面轨迹跟踪控制的方法
CN112421950A (zh) * 2020-10-30 2021-02-26 国网河南省电力公司洛阳供电公司 基于干扰观测器与积分滑模控制的boost变换器控制方法
CN115065237A (zh) * 2022-08-18 2022-09-16 南京信息工程大学 一种升降压变换器及其输出反馈控制方法
CN115102396A (zh) * 2022-08-24 2022-09-23 南京信息工程大学 一种含恒功率负载升压变换器的无电流传感控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140265952A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Texas Instruments Incorporated Automated Motor Control
CN104393756A (zh) * 2014-12-05 2015-03-04 东南大学 一种直流升压变换器系统先进控制方法
CN108462387A (zh) * 2018-01-09 2018-08-28 浙江工业大学 一种基于扩张状态观测器的直流降压变换器系统控制方法
CN108539974A (zh) * 2018-03-23 2018-09-14 浙江工业大学 一种基于降阶扩张状态观测器的直流降压变换器系统控制方法
CN108539975A (zh) * 2018-03-23 2018-09-14 浙江工业大学 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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140265952A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Texas Instruments Incorporated Automated Motor Control
CN104393756A (zh) * 2014-12-05 2015-03-04 东南大学 一种直流升压变换器系统先进控制方法
CN108462387A (zh) * 2018-01-09 2018-08-28 浙江工业大学 一种基于扩张状态观测器的直流降压变换器系统控制方法
CN108539974A (zh) * 2018-03-23 2018-09-14 浙江工业大学 一种基于降阶扩张状态观测器的直流降压变换器系统控制方法
CN108539975A (zh) * 2018-03-23 2018-09-14 浙江工业大学 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

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JESÚS LINARES-FLORES: "Robust Nonlinear Adaptive Control of a "Boost"Converter via Algebraic Parameter Identification", 《IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS》 *
JUNXIAO WANG: "Nonlinear disturbance observer based sliding mode control for PWM-based DC-DC boost converter systems", 《THE 27TH CHINESE CONTROL AND DECISION CONFERENCE》 *
李杰: "线性/非线性自抗扰切换控制方法研究", 《自动化学报》 *
樊婧雯: "DC-DC升压变换器抗干扰控制方法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111831011A (zh) * 2020-08-07 2020-10-27 大连海事大学 一种水下机器人平面轨迹跟踪控制的方法
CN111831011B (zh) * 2020-08-07 2023-12-12 大连海事大学 一种水下机器人平面轨迹跟踪控制的方法
CN112421950A (zh) * 2020-10-30 2021-02-26 国网河南省电力公司洛阳供电公司 基于干扰观测器与积分滑模控制的boost变换器控制方法
CN115065237A (zh) * 2022-08-18 2022-09-16 南京信息工程大学 一种升降压变换器及其输出反馈控制方法
CN115065237B (zh) * 2022-08-18 2022-11-18 南京信息工程大学 一种升降压变换器及其输出反馈控制方法
CN115102396A (zh) * 2022-08-24 2022-09-23 南京信息工程大学 一种含恒功率负载升压变换器的无电流传感控制方法
CN115102396B (zh) * 2022-08-24 2022-11-25 南京信息工程大学 一种含恒功率负载升压变换器的无电流传感控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111431403A (zh) 一种基于非线性扩张状态观测器和pd控制技术的直流升压变换器系统控制方法
Yousefizadeh et al. Tracking control for a DC microgrid feeding uncertain loads in more electric aircraft: Adaptive backstepping approach
CN104393756B (zh) 一种直流升压变换器系统控制方法
CN107093955B (zh) 一种直流降压变换器的连续滑模无电流传感器控制方法
CN111756238B (zh) 一种受扰直流降压变换器系统的新型建模及复合抗干扰控制方法
CN108462387B (zh) 一种基于扩张状态观测器的直流降压变换器系统控制方法
CN111431404B (zh) 一种直流降压变换器系统控制方法
CN113285593B (zh) 基于复合积分滑模控制的直流降压变换器系统控制方法
CN108539975B (zh) 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
CN107040138A (zh) 一种直流降压变换器复合电流约束控制方法
CN108566089B (zh) 降压型dc-dc变换器系统的输出反馈电压控制方法
CN105576972A (zh) 一种降压变换器的无抖振滑模控制方法
CN112615538A (zh) 一种基于扩张状态观测器的Boost型变换器的滑模控制方法
CN115313871A (zh) 一种并联直流降压变换器系统均流控制方法
CN108539974B (zh) 一种基于降阶扩张状态观测器的直流降压变换器系统控制方法
CN111817558B (zh) 一种降压型直流变换器系统的复合滑模控制方法
Padhi et al. Controller design for reduced order model of SEPIC converter
CN110429834B (zh) 一种基于扩张状态观测器的三相整流器滑模控制方法
CN116760288A (zh) 一种基于扩张状态观测器的dc-dc升压变换器自适应二阶滑模复合控制方法
Xu et al. A novel adaptive backstepping controller for stabilization of DC/DC converter feeding constant power load
CN116470755A (zh) 一种Buck变换器的连续非奇异终端滑模控制方法
Rong et al. Design and implementation of GPI observer based sliding mode control for DC-DC buck converter
CN112234820B (zh) 一种基于时变负载的dc-dc降压转换器系统控制方法
Utomo et al. Improved one-cycle controlled buck converter using Type-III compensator
CN115065238B (zh) 带恒功率负载直流降压变换器的积分滑模控制方法和系统

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200717

RJ01 Rejection of invention patent application after publication