CN112510999A - 降压型直流变换器固定时间滑模控制方法和装置 - Google Patents

降压型直流变换器固定时间滑模控制方法和装置 Download PDF

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CN112510999A CN202011347868.0A CN202011347868A CN112510999A CN 112510999 A CN112510999 A CN 112510999A CN 202011347868 A CN202011347868 A CN 202011347868A CN 112510999 A CN112510999 A CN 112510999A
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Abstract

本发明实施例提供一种降压型直流变换器固定时间滑模控制方法和装置，该方法包括：建立降压型直流变换器系统模型；然后根据预先确定的状态变量，将所述降压型直流变换器系统模型转换成误差状态空间方程；设计固定时间滑模面和滑模趋近律，使得初始化系统状态运行到固定时间滑模面并在所述滑模面上达到稳定状态；由于设计了固定时间滑模面和滑模趋近律，使得根据所述误差状态空间方程、所述固定时间滑模面和滑模趋近律确定的固定时间滑模控制器，能够控制降压型直流变换器的输出电压在更快的固定时间内收敛到预设期望输出电压，减少了系统响应时长。

Description

降压型直流变换器固定时间滑模控制方法和装置
技术领域
本发明实施例涉及滑模控制技术领域，尤其涉及一种降压型直流变换器固定时间滑模控制方法和装置。
背景技术
随着电力电子技术的飞速发展，直流变换器的应用领域将不断扩大，对直流变换器的性能要求也会越来越高。因此提升直流变换器性能，得到高品质的输出波形，已成为研究直流变换器所追求的目标。直流变换器输出波形的质量主要包含三个方面：一是动态性能，二是稳态精度，三是抗干扰能力。为了得到满意的直流变换器控制效果，非线性控制理论的研究成为了直流变换器控制研究领域的一个重要方向。其中，滑模控制是非线性控制领域内较常见的一种控制方法。
相关技术中，降压型直流变换器固定时间滑模控制方法主要是采用固定时间终端滑模面，并基于该滑模面设计固定时间滑模控制器，与传统的滑模控制相比，系统收敛时间上界与系统状态变量初始值无关，从而消除了系统状态变量初始值对收敛时间上界的影响。
然而，现有技术虽然解决了系统不受初始值的影响，但是在动态性能上较差，系统收敛时间过长。
发明内容
本发明实施例提供一种降压型直流变换器固定时间滑模控制方法和装置，本发明实施例提供了一种快速固定时间滑模控制器来保证降压型直流变换器系统的输出电压能够在更短在固定时间内收敛到预设期望输出电压，使系统更快达到稳定状态，以克服现有技术中固定时间滑模控制方法系统收敛时间过长的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供一种降压型直流变换器固定时间滑模控制方法，包括：
建立降压型直流变换器系统模型；
根据预先确定的状态变量，将所述降压型直流变换器系统模型转换成误差状态空间方程；
设计固定时间滑模面和滑模趋近律，使得初始化系统状态运行到固定时间滑模面并在所述滑模面上达到稳定状态；
根据所述误差状态空间方程、所述固定时间滑模面和滑模趋近律，设计固定时间滑模控制器；
采用所述固定时间滑模控制器，控制所述降压型直流变换器的输出电压在固定时间内收敛到预设期望输出电压。
可选的，所述降压型直流变换器系统模型表示成第一公式：
Figure BDA0002800475740000021
其中，iL表示电感电流，Vin表示输入电压，vo表示输出电压，L表示电感，C表示电容，R表示负载电阻，u表示控制输入。
可选的，所述根据预先确定的状态变量，将所述降压型直流变换器系统模型转换成误差状态空间方程，包括：
确定x1表示电感电流，x2表示电容电压，则由所述第一公式得到所述降压型直流变换器系统的状态空间方程的表示为第二公式：
Figure BDA0002800475740000022
确定状态变量e1和e2，其中，e1＝vo-Vref，
Figure BDA0002800475740000023
其中，Vref表示期望电压，e1表示输出电压与期望电压差值；
根据所述状态变量e1和e2，对所述状态空间方程进行转换，得到所述降压型直流变换器系统的误差状态空间方程的状态空间形式表示为第三公式：
Figure BDA0002800475740000024
可选的，所述设计固定时间滑模面和滑模趋近律，包括：
根据所述状态变量设计固定时间滑模面，表示为第四公式：
Figure BDA0002800475740000025
其中，α1＞0、β1＞0，m1、n1、p1和q1均为正整数，且m1＞n1、p1＜q1；
设计滑模趋近律，表示为第五公式：
Figure BDA0002800475740000031
其中，α2＞0、β2＞0，m2、n2、p2和q2均为正整数，且m2＞n2、p2＜q2。
可选的，所述根据所述误差状态空间方程、所述固定时间滑模面和滑模趋近律，设计固定时间滑模控制器，包括：
对所述第三公式、所述第四公式和第五公式进行处理，得到所述固定时间滑模控制器u的表示为第六公式：
Figure BDA0002800475740000032
可选的，所述方法还包括：
确定所述降压型直流变换器系统的李雅普诺夫函数，表示为第七公式：
Figure BDA0002800475740000033
对所述第七公式进行求导，得到第八公式：
Figure BDA0002800475740000034
将所述第四公式和所述第五公式代入所述第八公式，得到第九公式为：
Figure BDA0002800475740000035
分别在|S|≥1和|S|＜1时对所述第九公式进行处理，得到第十公式：
Figure BDA0002800475740000036
根据第一定理和所述第十公式，得到所述降压型直流变换器系统初始化时趋近至所述滑模面上需要的时间T2符合第一条件：
Figure BDA0002800475740000037
当所述降压型直流变换器系统趋近至所述滑模面时S＝0，且在所述滑模面上达到稳定状态需要的时间T1符合第二条件：
Figure BDA0002800475740000041
所述降压型直流变换器的输出电压在固定时间内收敛到预设期望输出电压需要的系统收敛时间为T，并且所述系统收敛时间T满足如下条件：
Figure BDA0002800475740000042
可选的，所述第一定理为：
若微分方程为：
Figure BDA0002800475740000043
其中，α＞0、β＞0，m、n、p和q均为正整数，且m＞n、p＜q，则存在：
Figure BDA0002800475740000044
第二方面，本发明实施例提供一种降压型直流变换器固定时间滑模控制装置，包括：
建立模块，用于建立降压型直流变换器系统模型；
转换模块，用于根据预先确定的状态变量，将所述降压型直流变换器系统模型转换成误差状态空间方程；
设计模块，用于设计固定时间滑模面和滑模趋近律，使得初始化系统状态运行到固定时间滑模面并在所述滑模面上达到稳定状态；
所述设计模块还用于根据所述误差状态空间方程、所述固定时间滑模面和滑模趋近律，设计固定时间滑模控制器；
控制模块，用于采用所述固定时间滑模控制器，控制所述降压型直流变换器的输出电压在固定时间内收敛到预设期望输出电压。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：至少一个处理器和存储器；
所述存储器存储计算机执行指令；
所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述至少一个处理器执行如上第一方面以及第一方面各种可能的设计所述的降压型直流变换器固定时间滑模控制方法。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如上第一方面以及第一方面各种可能的设计所述的降压型直流变换器固定时间滑模控制方法。
本发明实施例提供一种降压型直流变换器固定时间滑模控制方法和装置，该方法通过建立降压型直流变换器系统模型；然后根据预先确定的状态变量，将所述降压型直流变换器系统模型转换成误差状态空间方程；设计固定时间滑模面和滑模趋近律，使得初始化系统状态运行到固定时间滑模面并在所述滑模面上达到稳定状态；由于设计了固定时间滑模面和滑模趋近律，使得根据所述误差状态空间方程、所述固定时间滑模面和滑模趋近律确定的固定时间滑模控制器，能够控制降压型直流变换器的输出电压在更快的固定时间内收敛到预设期望输出电压，减少了系统响应时长。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的降压型直流变换器固定时间滑模控制方法的应用场景图；
图2为本发明一实施例提供的降压型直流变换器固定时间滑模控制方法的流程示意图；
图3为本发明一实施例提供的降压型直流变换器的电路图；
图4为本发明另一实施例提供的降压型直流变换器固定时间滑模控制方法的流程示意图；
图5为本发明一实施例提供的固定时间滑模控制器的仿真曲线图；
图6为本发明一实施例提供的降压型直流变换器固定时间滑模控制装置的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
随着电力电子技术的飞速发展，直流变换器的应用领域将不断扩大，对直流变换器的性能要求也会越来越高。因此提升直流变换器性能，得到高品质的输出波形，已成为研究直流变换器所追求的目标。直流变换器输出波形的质量主要包含三个方面：一是动态性能，二是稳态精度，三是抗干扰能力。为了得到满意的直流变换器控制效果，非线性控制理论的研究成为了直流变换器控制研究领域的一个重要方向。其中，滑模控制是非线性控制领域内较常见的一种控制方法。
相关技术中，降压型直流变换器固定时间滑模控制方法主要是采用固定时间终端滑模面，并基于该滑模面设计固定时间滑模控制器，与传统的滑模控制相比，系统收敛时间上界与系统状态变量初始值无关，从而消除了系统状态变量初始值对收敛时间上界的影响。然而，现有技术虽然解决了系统不受初始值的影响，但是在动态性能上较差，系统收敛时间过长。
针对此缺陷，本申请提供的技术构思为：通过建立降压型直流变换器系统模型；然后根据预先确定的状态变量，将所述降压型直流变换器系统模型转换成误差状态空间方程；设计固定时间滑模面和滑模趋近律，使得初始化系统状态运行到固定时间滑模面并在所述滑模面上达到稳定状态；由于设计了滑模趋近律，使得系统能够在更短的时间内趋近至滑模面，然后根据设计的固定时间滑模面，使得系统能够在更短的时间内在滑模面上达到稳定状态，因此，根据所述误差状态空间方程、所述固定时间滑模面和滑模趋近律确定的固定时间滑模控制器，能够控制降压型直流变换器的输出电压在更快的固定时间内收敛到预设期望输出电压，减少了系统响应时长。
图1为本发明一实施例提供的降压型直流变换器固定时间滑模控制方法的应用场景图。如图1所示，本实施例提供的应用场景主要包括：操作终端101，降压型直流变换器102和显示终端103；操作人员通过操作终端输入相应的系统参数，经过降压型直流变换器对输入的系统进行变换处理，最终得到输出波形，并通过显示终端显示输出波形。
图2为本发明一实施例提供的降压型直流变换器固定时间滑模控制方法的流程示意图，本实施例提供的方法的执行主体可以使图1所示实施例中的降压型直流变换器，也可以是具有相关处理功能的处理器、控制器等。
如图2所示，本实施例提供的方法可以包括以下步骤。
S201，建立降压型直流变换器系统模型。
具体的，建立的降压型直流变换器的电路图如图3所示，Vin表示电压输入端，输入电压的值为Vin；Uo表示电压输出端，输出电压的值为vo，Q表示滑动变阻器，D表示二极管。根据电流、电压基尔霍夫定理整理得到降压型直流变换器系统平均模型，并初始化系统状态和控制参数，该系统平均模型表示成第一公式为：
Figure BDA0002800475740000071
其中，iL表示电感电流，Vin表示输入电压，vo表示输出电压，L表示电感，C表示电容，R表示负载电阻，u表示控制输入。
S202，根据预先确定的状态变量，将所述降压型直流变换器系统模型转换成误差状态空间方程。
具体的，确定x1表示电感电流，x2表示电容电压，则对所述第一公式进行处理，得到所述降压型直流变换器系统的状态空间方程，表示成第二公式为：
Figure BDA0002800475740000072
然后，取期望电压为Vref，然后确定状态变量e1和e2，其中，e1＝vo-Vref，
Figure BDA0002800475740000073
其中，Vref表示期望电压，e1表示输出电压与期望电压差值。
进一步的，根据所述状态变量e1和e2，对所述状态空间方程进行转换，得到所述降压型直流变换器系统的误差状态空间方程的状态空间形式表示为第三公式：
Figure BDA0002800475740000081
S203，设计固定时间滑模面和滑模趋近律，使得初始化系统状态运行到固定时间滑模面并在所述滑模面上达到稳定状态。
需要说明的是，滑模控制过程可分为两个阶段，第一个阶段是滑模趋近阶段，即控制降压型直流变换器系统由某一点趋近至滑模面上；第二个阶段是在滑模面上的运动阶段，即系统达到滑模面上之后会在滑模面上来回运动，最终稳定在滑模面上，达到稳定状态。
具体的，根据所述状态变量设计固定时间滑模面，表示为第四公式：
Figure BDA0002800475740000082
其中，α1＞0、β1＞0，m1、n1、p1和q1均为正整数，且m1＞n1、p1＜q1；
设计滑模趋近律，表示为第五公式：
Figure BDA0002800475740000083
其中，α2＞0、β2＞0，m2、n2、p2和q2均为正整数，且m2＞n2、p2＜q2。
S204，根据所述误差状态空间方程、所述固定时间滑模面和滑模趋近律，设计固定时间滑模控制器。
具体的，对所述第三公式、所述第四公式和第五公式进行反推处理，得到所述固定时间滑模控制器u，表示为第六公式：
Figure BDA0002800475740000084
S205，采用所述固定时间滑模控制器，控制所述降压型直流变换器的输出电压在固定时间内收敛到预设期望输出电压。
具体的，采用步骤S204中得到的固定时间滑模控制器控制降压型直流变换器，能够使得降压型直流变换器的输出电压在固定时间内收敛到预设期望输出电压，降低了系统收敛时间，即减少了系统响应时长。
为了验证本发明实施例提供的方案设计的固定时间滑模控制器相比于现有固定时间滑模控制器能够控制降压型直流变换器的输出电压在更短的固定时间内收敛到预设期望输出电压，减少了系统收敛时间，下面将对本方案的进行验证，具体如下：
确定所述降压型直流变换器系统的李雅普诺夫函数，表示为第七公式：
Figure BDA0002800475740000091
对所述第七公式进行求导，得到第八公式：
Figure BDA0002800475740000092
将所述第四公式和所述第五公式代入所述第八公式进行处理，得到第九公式为：
Figure BDA0002800475740000093
根据第九公式可知，当|S|≥1时，可以得到
Figure BDA0002800475740000094
当|S|＜1时，可以得到
Figure BDA0002800475740000095
因此，第十公式为：
Figure BDA0002800475740000096
根据第一定理和所述第十公式，得到所述降压型直流变换器系统初始化时趋近至所述滑模面上需要的时间T2符合第一条件：
Figure BDA0002800475740000097
由此可见，在理论上能够验证本方案设计的滑模趋近律能够使得系统达到滑模面的时间小于现有方案到达固定滑模面需要的时间。
当所述降压型直流变换器系统趋近至所述滑模面时S＝0，类似的，可以得到系统达到滑模面之后，在所述滑模面上达到稳定状态需要的时间T1符合第二条件：
Figure BDA0002800475740000098
由此可见，在理论上能够验证本方案设计的固定时间滑模面能够使得系统趋近至滑模面之后在滑模面上达到稳定的时间小于现有方案中的系统在固定时间滑模面到达稳定状态需要的时间。
进一步的，整个系统收敛时间包含两部分：系统从某一点趋近至固定时间滑模面需要的时间(即T2)以及系统趋近至滑模面在滑模面上达到稳定状态需要的时间(即T1)，假设系统收敛时间用T表示，则可以得到T满足如下条件：
Figure BDA0002800475740000101
由此可见，本方案的设计，既缩短了系统趋近滑模面过程的时间，还缩短了在滑模面上稳定下来的时间，所以整个系统收敛时间要比现有系统收敛时间更短。并且，通过设计滑模趋近律也可以减小系统的抖震现象，使得系统输出波形更稳定。
需要说明的是，所述第一定理为：
若微分方程为：
Figure BDA0002800475740000102
其中，α＞0、β＞0，m、n、p和q均为正整数，且m＞n、p＜q，则存在：
Figure BDA0002800475740000103
对所述第一定理进行证明，过程如下：
将上述微分方程变换成如下形式：
Figure BDA0002800475740000104
根据伯努利方程通解公式，可以得到：
Figure BDA0002800475740000105
为了验证本方案设计的有效性，下面将举例对由第六公式表示的固定时间滑模控制器的控制效果进行仿真实验，选取Buck开关变换器的初始条件和系统参数，即：Vin＝10V，Vref＝5V，L＝1mH，R＝10Ω，C＝1000μF，m＝3，n＝1，p＝5，q＝7，α＝10，β＝5。对由第六公式表示的固定时间滑模控制器控制的Buck开关变换器进行仿真实验，得到结果如图5中的实线所示。图5中横轴表示系统时间，纵轴表示实际输出电压和期望输出电压的差值，图中实线表示本方案设计的快速固定时间滑模控制器对应的仿真结果，虚线为采用上面同样的初始条件和系统参数对现有技术中的固定时间滑模控制器进行仿真得到的仿真结果。从图5中可以看出，取相同的初始条件和系统参数的情况下，本方案设计的固定时间滑模控制器能够控制系统收敛时间大约在0.008秒，而现有技术中的固定时间滑模控制器控制系统收敛时间大约在0.015秒。由此可见，无论是理论验证，还是实验仿真，都能够验证本方案的固定时间滑模控制器能够控制降压型直流变换器的输出电压在更快的固定时间内收敛到预设期望输出电压，减少了系统响应时长。
图4为本发明另一实施例提供的降压型直流变换器固定时间滑模控制方法的流程示意图，本实施例提供的方法是在图2所示实施例的基础上，对固定时间滑模控制方法的基本流程进行描述。
如图4所示，开始后，第一步，操作人员输入参考期望输出电压；第二步，系统初始化参数；第三步，然后计算状态变量x1、x2及其各阶导数；第四步，根据状态变量及其各阶导数计算固定时间滑模面和滑模趋近律；第五步，根据固定时间滑模面和滑模趋近律计算控制信号输入u(t)；第六步，按照预设采样时间点对系统进行采样，判断是否达到采样个数，如果是，则进入第七步，系统输出实际信号轨迹；如果否，则令t＝t+1，返回第三步。
本实施例中，未做详细说明的部分请参考上述有关方法实施例中相应步骤中的描述，此处不再重复说明。
图6为本发明一实施例提供的降压型直流变换器固定时间滑模控制装置的结构示意图。
如图6所示，本实施例提供的装置包括：建立模块601，转换模块602，设计模块603和控制模块604；其中，建立模块601，用于建立降压型直流变换器系统模型；转换模块602，用于根据预先确定的状态变量，将所述降压型直流变换器系统模型转换成误差状态空间方程；设计模块603，用于设计固定时间滑模面和滑模趋近律，使得初始化系统状态运行到固定时间滑模面并在所述滑模面上达到稳定状态；所述设计模块还用于根据所述误差状态空间方程、所述固定时间滑模面和滑模趋近律，设计固定时间滑模控制器；控制模块604，用于采用所述固定时间滑模控制器，控制所述降压型直流变换器的输出电压在固定时间内收敛到预设期望输出电压。
进一步的，所述降压型直流变换器系统模型表示成第一公式：
Figure BDA0002800475740000121
其中，iL表示电感电流，Vin表示输入电压，vo表示输出电压，L表示电感，C表示电容，R表示负载电阻，u表示控制输入。
进一步的，所述转换模块具体用于：
确定x1表示电感电流，x2表示电容电压，则由所述第一公式得到所述降压型直流变换器系统的状态空间方程的表示为第二公式：
Figure BDA0002800475740000122
确定状态变量e1和e2，其中，e1＝vo-Vref，
Figure BDA0002800475740000123
其中，Vref表示期望电压，e1表示输出电压与期望电压差值；
根据所述状态变量e1和e2，对所述状态空间方程进行转换，得到所述降压型直流变换器系统的误差状态空间方程的状态空间形式表示为第三公式：
Figure BDA0002800475740000124
进一步的，所述设计模块具体用于：
根据所述状态变量设计固定时间滑模面，表示为第四公式：
Figure BDA0002800475740000125
其中，α1＞0、β1＞0，m1、n1、p1和q1均为正整数，且m1＞n1、p1＜q1；
设计滑模趋近律，表示为第五公式：
Figure BDA0002800475740000126
其中，α2＞0、β2＞0，m2、n2、p2和q2均为正整数，且m2＞n2、p2＜q2。
进一步的，所述设计模块具体用于：
对所述第三公式、所述第四公式和第五公式进行处理，得到所述固定时间滑模控制器u的表示为第六公式：
Figure BDA0002800475740000131
进一步的，还包括：验证模块，所述验证模块用于：
确定所述降压型直流变换器系统的李雅普诺夫函数，表示为第七公式：
Figure BDA0002800475740000132
对所述第七公式进行求导，得到第八公式：
Figure BDA0002800475740000133
将所述第四公式和所述第五公式代入所述第八公式，得到第九公式为：
Figure BDA0002800475740000134
分别在|S|≥1和|S|＜1时对所述第九公式进行处理，得到第十公式：
Figure BDA0002800475740000135
根据第一定理和所述第十公式，得到所述降压型直流变换器系统初始化时趋近至所述滑模面上需要的时间T2符合第一条件：
Figure BDA0002800475740000136
当所述降压型直流变换器系统趋近至所述滑模面时S＝0，且在所述滑模面上达到稳定状态需要的时间T1符合第二条件：
Figure BDA0002800475740000137
所述降压型直流变换器的输出电压在固定时间内收敛到预设期望输出电压需要的系统收敛时间为T，并且所述系统收敛时间T满足如下条件：
Figure BDA0002800475740000141
其中，所述第一定理为：
若微分方程为：
Figure BDA0002800475740000142
其中，α＞0、β＞0，m、n、p和q均为正整数，且m＞n、p＜q，则存在：
Figure BDA0002800475740000143
本实施例提供的装置，可用于执行上述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。
图7为本发明实施例提供的电子设备的硬件结构示意图。如图7所示，本实施例的电子设备70包括：处理器701以及存储器702；其中
存储器702，用于存储计算机执行指令；
处理器701，用于执行存储器存储的计算机执行指令，以实现上述实施例中网络覆盖问题识别方法所执行的各个步骤。具体可以参见前述方法实施例中的相关描述。
可选地，存储器702既可以是独立的，也可以跟处理器701集成在一起。
当存储器702独立设置时，该电子设备还包括总线703，用于连接所述存储器702和处理器701。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如上所述的路况信息监测方法。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。上述模块成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能模块的形式实现的集成的模块，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能模块存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器执行本申请各个实施例所述方法的部分步骤。
应理解，上述处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，简称CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合发明所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
存储器可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储NVM，例如至少一个磁盘存储器，还可以为U盘、移动硬盘、只读存储器、磁盘或光盘等。
总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，简称ISA)总线、外部设备互连(Peripheral Component Interconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry Standard Architecture，简称EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，本申请附图中的总线并不限定仅有一根总线或一种类型的总线。
上述存储介质可以是由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于专用集成电路(Application Specific Integrated Circuits，简称ASIC)中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于电子设备或主控设备中。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种降压型直流变换器固定时间滑模控制方法，其特征在于，包括：
建立降压型直流变换器系统模型；
根据预先确定的状态变量，将所述降压型直流变换器系统模型转换成误差状态空间方程；
设计固定时间滑模面和滑模趋近律，使得初始化系统状态运行到固定时间滑模面并在所述滑模面上达到稳定状态；
根据所述误差状态空间方程、所述固定时间滑模面和滑模趋近律，设计固定时间滑模控制器；
采用所述固定时间滑模控制器，控制所述降压型直流变换器的输出电压在固定时间内收敛到预设期望输出电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述降压型直流变换器系统模型表示成第一公式：
Figure FDA0002800475730000011
其中，iL表示电感电流，Vin表示输入电压，vo表示输出电压，L表示电感，C表示电容，R表示负载电阻，u表示控制输入。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据预先确定的状态变量，将所述降压型直流变换器系统模型转换成误差状态空间方程，包括：
确定x1表示电感电流，x2表示电容电压，则由所述第一公式得到所述降压型直流变换器系统的状态空间方程的表示为第二公式：
Figure FDA0002800475730000012
确定状态变量e1和e2，其中，e1＝vo-Vref，
Figure FDA0002800475730000013
其中，Vref表示期望电压，e1表示输出电压与期望电压差值；
根据所述状态变量e1和e2，对所述状态空间方程进行转换，得到所述降压型直流变换器系统的误差状态空间方程的状态空间形式表示为第三公式：
Figure FDA0002800475730000021
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述设计固定时间滑模面和滑模趋近律，包括：
根据所述状态变量设计固定时间滑模面，表示为第四公式：
Figure FDA0002800475730000022
其中，α1＞0、β1＞0，m1、n1、p1和q1均为正整数，且m1＞n1、p1＜q1；
设计滑模趋近律，表示为第五公式：
Figure FDA0002800475730000023
其中，α2＞0、β2＞0，m2、n2、p2和q2均为正整数，且m2＞n2、p2＜q2。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述误差状态空间方程、所述固定时间滑模面和滑模趋近律，设计固定时间滑模控制器，包括：
对所述第三公式、所述第四公式和第五公式进行处理，得到所述固定时间滑模控制器u的表示为第六公式：
Figure FDA0002800475730000024
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
确定所述降压型直流变换器系统的李雅普诺夫函数，表示为第七公式：
Figure FDA0002800475730000025
对所述第七公式进行求导，得到第八公式：
Figure FDA0002800475730000026
将所述第四公式和所述第五公式代入所述第八公式，得到第九公式为：
Figure FDA0002800475730000027
分别在|S|≥1和|S|＜1时对所述第九公式进行处理，得到第十公式：
Figure FDA0002800475730000031
根据第一定理和所述第十公式，得到所述降压型直流变换器系统初始化时趋近至所述滑模面上需要的时间T2符合第一条件：
Figure FDA0002800475730000032
当所述降压型直流变换器系统趋近至所述滑模面时S＝0，且在所述滑模面上达到稳定状态需要的时间T1符合第二条件：
Figure FDA0002800475730000033
所述降压型直流变换器的输出电压在固定时间内收敛到预设期望输出电压需要的系统收敛时间为T，并且所述系统收敛时间T满足如下条件：
Figure FDA0002800475730000034
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一定理为：
若微分方程为：
Figure FDA0002800475730000035
其中，α＞0、β＞0，m、n、p和q均为正整数，且m＞n、p＜q，则存在：
Figure FDA0002800475730000036
8.一种降压型直流变换器固定时间滑模控制装置，其特征在于，包括：
建立模块，用于建立降压型直流变换器系统模型；
转换模块，用于根据预先确定的状态变量，将所述降压型直流变换器系统模型转换成误差状态空间方程；
设计模块，用于设计固定时间滑模面和滑模趋近律，使得初始化系统状态运行到固定时间滑模面并在所述滑模面上达到稳定状态；
所述设计模块还用于根据所述误差状态空间方程、所述固定时间滑模面和滑模趋近律，设计固定时间滑模控制器；
控制模块，用于采用所述固定时间滑模控制器，控制所述降压型直流变换器的输出电压在固定时间内收敛到预设期望输出电压。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器和存储器；
所述存储器存储计算机执行指令；
所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述至少一个处理器执行如权利要求1至7任一项所述的降压型直流变换器固定时间滑模控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如权利要求1至7任一项所述的降压型直流变换器固定时间滑模控制方法。
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