CN117318495A - 谐振变换器的基于非线性扰动观测器滑模控制方法及系统 - Google Patents

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CN117318495A CN202311230783.8A CN202311230783A CN117318495A CN 117318495 A CN117318495 A CN 117318495A CN 202311230783 A CN202311230783 A CN 202311230783A CN 117318495 A CN117318495 A CN 117318495A
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Abstract

本发明属于电力电子DC/DC变换器控制技术领域，公开了一种谐振变换器的基于非线性扰动观测器滑模控制方法及系统，包括获取二次侧经过整流后的电流和输出端电容电压；使用采样获得的电流电压值，和已知的电路元件参数建立滑模控制与扰动观测器设计所需的LLC谐振变换器的状态空间方程；针对系统模型，基于滑模控制理论，设计滑模控制的滑模面，基于滑模面设计控制律；并设计非线性扰动观测器与滑模控制组合使用对控制的效果进行优化；将控制律基于进行反变换，得到实际的控制量开关频率的值，将其作为输入，再经由压控振荡器得到变化频率的开关信号作为变换器开关管的驱动信号，通过对频率的实时控制来调整变换器的输出电压。

Description

谐振变换器的基于非线性扰动观测器滑模控制方法及系统
技术领域
本发明属于电力电子DC/DC变换器控制技术领域，尤其涉及一种用于LLC谐振变换器的基于非线性扰动观测器滑模控制方法及系统。
背景技术
目前，在新能源发电、储能技术高电压，大功率的发展趋势下，LLC谐振变换器因其高效率、高功率密度特性得到了工业与学术领域的关注。LLC一大优势是在大范围工作区间内能实现软开关效果，有助于解决开关器件承受大电压应力导致开关损耗提高的问题，提升变换器的效率。因此LLC谐振变换器在微电网直流母线变换器，储能装置端口变换器等方面的运用有很大的潜力。
现有的针对LLC变换器的控制策略方面已有许多研究，主要关注于实现宽范围电压输出、轻载工作状态的控制。但负载均默认为纯阻性负载，然而在实际交直流微电网中，交直流配电系统直流母线上将会接入大量的恒功率负载，这些严格调节的恒功率负载具有负阻抗特性，会减小系统阻尼，这些因素将会造成控制系统不稳定。PI控制因其结构简单、易于实现，是目前实际工程中最常见的控制方法。但当系统中存在参数摄动和负载扰动时，LLC的谐振腔增益会发生改变，现有PI控制方法并未考虑负载扰动和参数摄动对系统带来的不利影响，因此其控制性能较差。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的控制策略很少考虑LLC谐振变换器的负载为恒功率负载的情况，对LLC谐振变换器在负载扰动和参数摄动等大信号扰动下的稳定性的研究较少。恒功率负载的负阻抗特性会削弱系统的稳定性，且设备运行时存在的内外部干扰，影响了设备的性能。同时，为实现复杂工作指令，对其动态响应能力提出了要求，因此研究LLC谐振变换器的控制策略以提高系统的抗扰性和动态响应能力具有较大的研究意义和应用价值。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于非线性扰动观测器滑模控制方法、系统、介质及设备，解决了LLC变换器在带恒功率负载(如电机驱动器等)时，遭遇负载扰动、输入电压波动等大信号扰动时输出稳定的电压。
具体地，本发明的目的在于改善以下几个方面:
现有LLC控制方法基于阻性负载下的LLC拓扑，很少关注负载为恒功率负载的情况。恒功率负载呈现出的复阻抗特性会削弱系统的稳定性，在电力电子负载大比例接入的趋势下需要在设计控制方法时考虑这类负载的影响。
本发明提出的LLC控制方法，基于扰动观测器的滑模控制器，可以显著提高系统的抗干扰能力，能有效抑制诸如负载突变，输入电压波动等大信号扰动对系统带来的不利影响。
本发明是这样实现的，包括：
第一步，获取二次侧经过整流后的电流和输出端电容电压；
第二步，使用采样获得的电流电压值，和已知的电路元件参数建立滑模控制与扰动观测器设计所需的LLC谐振变换器的状态空间方程；
第三步，针对系统模型，基于滑模控制理论，设计滑模控制的滑模面，基于滑模面设计控制律；并设计非线性扰动观测器与滑模控制组合使用对控制的效果进行优化；
第四步，将控制律基于进行反变换，得到实际的控制量开关频率的值，将其作为输入，再经由压控振荡器得到变化频率的开关信号作为变换器开关管的驱动信号，通过对频率的实时控制来调整变换器的输出电压。
进一步，第一步的具体实现方法：
使用电流传感器和电压传感器获取LLC谐振变换器二次侧经过整流后的电流和输出端电容电压；
将获取的电流和电压信号进行采样，得到离散的电流电压值，用于后续的控制系统设计。
进一步，第二步的具体实现方法：
基于二次侧经过整流后的电流和输出端电容电压的离散采样值，结合已知的电路元件参数，建立LLC谐振变换器的状态空间方程；
状态空间方程通常包括电流、电压和电路元件参数等状态变量。
进一步，第三步的具体实现方法：
基于LLC谐振变换器的状态空间方程，采用滑模控制理论设计滑模面，确定控制系统的目标点；
设计滑模控制的控制律，使得系统状态快速、稳定地达到滑模面并保持在滑模面上；
设计非线性扰动观测器，根据系统的输出反馈信息估计和抵消系统中的扰动和不确定性，提高控制系统的鲁棒性和控制精度。
进一步，第四步的具体实现方法：
将设计好的控制律使用传递函数进行反变换，得到实际的控制量开关频率的值，这个频率值会作为输入传递给压控振荡器；
压控振荡器根据输入的频率值调整其输出频率，得到变化频率的开关信号，这个开关信号将驱动变换器开关管的开关动作，从而调整变换器的输出电压；
通过对频率的实时控制，实现对LLC谐振变换器输出电压的调节和稳定控制。
进一步，将非线性扰动观测器与滑模控制相融合，并应用于LLC谐振变换器控制中；通过建立降阶模型、设计滑模控制器和非线性扰动观测器，系统能够快速、稳定地实现期望输出电压和电流，并有效抵消系统中的不确定性和扰动；采用变频率控制方式，根据实际控制量开关频率f来调整输出电压，提高了变换器的效率和性能。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述运基于非线性扰动观测器滑模控制方法的基于非线性扰动观测器滑模控制系统，所述系统包括：电流传感器、电压传感器、状态变量计算模块、参考值计算模块、扰动观测器模块、滑模控制器、控制律变换模块和压控振荡器模块。
进一步，所述电流传感器，用于获取二次侧经过整流后的电流；
所述电压传感器，用于获取输出端电容电压；
所述状态变量计算模块，基于所建立的LLC谐振变换器的状态空间模型，计算状态变量的实时值；
所述参考值计算模块根据其它模块的输出，实时计算出状态变量的参考值；
所述扰动观测器模块，基于状态空间模型，基于非线性扰动观测器的设计方法设计；用于计算恒功率负载的变化；
所述滑模控制器，基于状态变量计算模块得到的线性系统模型和滑模控制理论，设计滑模控制的滑模面；并基于滑模面设计控制律；
所述反变换模块，用于对滑模控制模块中的控制律进行变换，计算得到实际的控制量：开关频率的值；
所述压控振荡器，基于反变换模块得到的开关频率的值，通过压控振荡器得到变化频率固定占空比的变换器驱动信号，通过对开关频率的实时控制，调整变换器的输出电压。
结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
第一、由于谐振元件的存在，数学模型阶数较高，LLC谐振变换器建模相较于传统PWM变换器难度较大，因此那些需要基于精确小信号数学模型的控制策略会导致控制结构较为复杂。LLC谐振变换器内部也存在工作点漂移的问题，负载功率的改变将对LLC的增益特性曲线产生影响。上述存在的扰动问题一定程度上影响了传统控制方法的工作性能，甚至可能影响系统的稳定性。本发明提出的LLC控制方法，基于扰动观测器的滑模控制器，可以显著提高系统的抗干扰能力，能有效抑制诸如负载突变，输入电压波动等大信号扰动对系统带来的不利影响。与传统的PI控制相比，在带恒功率负载时可控最大功率变化范围，对扰动信号的响应速度，调节的超调量都具有优势。控制方法在提高系统的抗扰性和动态响应性能的同时，还减少了外围硬件电路(主要为采样电路)的使用，并尽量简化控制器结构便于后续模拟或数字化实现。
第二，本发明主要填补了国内外研究LLC的控制方法时很少关注到恒功率负载的情况。由于恒功率负载的负阻抗特性会削弱系统的稳定性，加之LLC变换器在负载变化时工作点发生漂移会发生变化。本发明针对这些问题设计了控制器，可以在LLC变换器在带恒功率负载时受到大信号扰动依然能保持输出电压稳定。本发明设计的控制方法拓宽了LLC谐振变换器的使用场景，可以将LLC谐振变换器运用至微电网、储能系统、电动汽车等电力电子负载设备大量接入的系统中。
第三，该基于非线性扰动观测器滑模控制方法的每个步骤具有以下显著的技术进步：
第一步，获取二次侧经过整流后的电流和输出端电容电压：
在此步骤中，通过获取二次侧经过整流后的电流和输出端电容电压，得到了变换器的重要输入参数。这些参数的准确获取为后续的滑模控制和扰动观测器设计提供了关键的数据基础。
第二步，使用采样获得的电流电压值和已知的电路元件参数建立滑模控制与扰动观测器设计所需的LLC谐振变换器的状态空间方程：
通过建立LLC谐振变换器的状态空间方程，将电流、电压和电路元件参数等信息整合到系统模型中，为后续的滑模控制和扰动观测器设计提供了基础。
第三步，基于滑模控制理论，设计滑模控制的滑模面，基于滑模面设计控制律，并设计非线性扰动观测器与滑模控制组合使用对控制的效果进行优化：在此步骤中，采用滑模控制理论设计滑模面，以实现对变换器系统的快速、鲁棒控制。然后，通过设计非线性扰动观测器来估计和抵消系统中的不确定性和扰动，从而提高控制系统的鲁棒性和稳定性。
第四步，将控制律基于进行反变换，得到实际的控制量开关频率的值，将其作为输入，再经由压控振荡器得到变化频率的开关信号作为变换器开关管的驱动信号，通过对频率的实时控制来调整变换器的输出电压：
该步骤实现了将设计好的控制律应用于实际控制中。通过对控制律进行反变换，得到实际的控制量开关频率的值，再经由压控振荡器得到变换频率的开关信号，从而实现对变换器输出电压的实时控制和调节。
该基于非线性扰动观测器滑模控制方法结合了滑模控制和扰动观测器技术，通过对电流、电压和电路元件参数的获取和整合，以及非线性扰动观测器的设计，实现了对LLC谐振变换器的高效控制和优化效果。这种方法在提高控制精度和鲁棒性方面具有显著的技术进步。
第四，该方法适用于LLC谐振变换器。下面根据权利要求对每个技术特点进行解读，并明确每条权利要求带来的显著的技术进步：
1.权利要求1：
技术特点：明确了运用于LLC谐振变换器的基于非线性扰动观测器滑模控制方法的四个关键步骤，涵盖了数据采集、模型建立、控制律设计和实际应用四个核心环节。
显著的技术进步：提供了一个完整的工作流程，确保了方法的完整性和可实现性。
2.权利要求2：
技术特点：为数据采集提供了具体的实现方式，明确了使用电流传感器和电压传感器，并对信号进行离散采样。
显著的技术进步：确保了数据采集的准确性和及时性，为后续步骤提供了高质量的数据源。
3.权利要求3：
技术特点：明确了LLC谐振变换器的基于非线性扰动观测器的滑模控制的设计方法，结合状态空间方程进行设计。
显著的技术进步：提高了系统的鲁棒性，确保控制策略能够应对不确定性和扰动，使得控制效果更加稳定。
5.权利要求5：
技术特点：为控制律的实际应用提供了具体的实现方式，包括反变换和驱动变换器开关管。
显著的技术进步：保证了控制策略的有效实施，确保了控制质量。
6.权利要求6：
技术特点：描述了一个完整的应用于LLC谐振变换器的基于非线性扰动观测器的滑模控制系统的实施方案。
显著的技术进步：提供了一个具体的实施框架，使得整个控制策略从理论走向实际应用，大大提高了实际应用价值。
这些权利要求为LLC谐振变换器提供了一个结合非线性扰动观测器的滑模控制方法，这不仅确保了控制的准确性和稳定性，而且还提高了系统的鲁棒性，使其能够在面对不确定性和扰动时仍然保持良好的控制效果。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于非线性扰动观测器滑模控制方法控制原理图；
图2是本发明实施例提供的在输入电压变化时，电压控制效果图；
图3是本发明实施例提供的在电压输出参考值变化时，电压控制效果图；
图4是本发明实施例提供的与传统PI控制方法在相同负载变换下的电压控制效果对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供的基于扰动观测器的滑模控制方法步骤如下：
S01，获取二次侧经过整流后的电流和输出端电容电压
S02，使用步骤一中采样获得的电流电压值，和已知的电路元件参数建立滑模控制与扰动观测器设计所需的LLC谐振变换器的状态空间方程。
S03，基于得到的系统模型，设计扰动观测器估计扰动量；基于滑模控制理论，设计滑模控制的滑模面，基于滑模面设计控制律。将非线性扰动观测器与滑模控制组合使用对控制的效果进行优化。
S04，将控制律基于进行反变换，得到带恒功率负载的LLC谐振变换器的控制律，将其作为输入，再经由压控振荡器得到变化频率的开关信号作为变换器开关管的驱动信号，通过对频率的实时控制来调整变换器的输出电压。
以下是每个步骤具体的实现方案：
第一步，获取二次侧经过整流后的电流和输出端电容电压：
使用电流传感器和电压传感器获取LLC谐振变换器二次侧经过整流后的电流和输出端电容电压。
将获取的电流和电压信号进行采样，得到离散的电流电压值，用于后续的控制系统设计。
第二步，建立滑模控制与扰动观测器设计所需的LLC谐振变换器的状态空间方程：
基于二次侧经过整流后的电流和输出端电容电压的离散采样值，结合已知的电路元件参数，建立LLC谐振变换器的状态空间方程。
状态空间方程通常包括电流、电压和电路元件参数等状态变量。
第三步，设计滑模控制的滑模面和控制律，并设计非线性扰动观测器与滑模控制组合使用对控制的效果进行优化：
基于LLC谐振变换器的状态空间方程，采用滑模控制理论设计滑模面，确定控制系统的目标点。
设计滑模控制的控制律，使得系统状态快速、稳定地达到滑模面并保持在滑模面上。
设计非线性扰动观测器，根据系统的输出反馈信息估计和抵消系统中的扰动和不确定性，提高控制系统的鲁棒性和控制精度。
第四步，将控制律基于进行反变换，得到实际的控制量开关频率的值，将其作为输入，再经由压控振荡器得到变化频率的开关信号作为变换器开关管的驱动信号，通过对频率的实时控制来调整变换器的输出电压：
将设计好的控制律进行反变换，得到实际的控制量开关频率的值，这个频率值会作为输入传递给压控振荡器。
压控振荡器根据输入的频率值调整其输出频率，得到变化频率的开关信号，这个开关信号将驱动变换器开关管的开关动作，从而调整变换器的输出电压。
通过对频率的实时控制，实现对LLC谐振变换器输出电压的调节和稳定控制。
具体实施例中，本发明中的使用了由全阶模型推导出的降阶模型，并将降阶模型转为滑模控制与扰动观测器设计所需的形式：
其中，C为输出电容的电容值，vo为变换器的输出电压，iBr为经过二次侧整流的电流，Po为输出功率，vn为谐振腔输出电压等效到二次侧的值，Ls为等效后的电感，Ls等效为：
Ls＝π2/8n2(1/Lr+1/Lm)
其中，Lr和Lm分别为谐振电感和励磁电感的电感值。
扰动观测器和滑模控制基于以下的形式设计：
其中x1＝vo，x2＝iBr/C为状态变量，d1＝Po/Cvo，为扰动量，/>包含了系统的不确定因素。扰动主要由负载功率、输出电压和参数的不确定性组成。
为了消除负载功率变化对输出电压的影响，需要获得扰动信息。设计一个合适的扰动观测器不仅有助于对外部干扰提供快速的动态响应，而且可以减少传感器的数量。扰动观测器的设计如下：
其中和/>是扰动d1和d2的估计值，Kdi是观测器增益，βi是观测者的内部状态量。
进一步地，根据滑模控制理论，将滑模面设置为：
其中，ex1＝x1-x1ref，ex2＝x2-x2ref为状态误差，为状态量x1参考值对时间的导数。由于状态量为输出电压vo，因此其参考值即为期望的输出电压Vref。考虑到在稳态下，输出电流io等于整流器平均输出电流iBr，因此状态变量x2的参考值x2ref可以与扰动量/>相等。因此在控制设计中状态变量的参考值取值为：
s求导得到：
根据滑模控制理论，为使s收敛至零，所设计的控制律k为：
此时s的导数可以表示为：
当Ks1、Ks2取适当的值时，滑模函数s收敛至0。当s收敛至零时，可以得到
当满足d1+x2ref＝0时，ex1的静态误差可收敛为0。其中Vref为输出电压的参考值，为扰动量d1的观测值，由上文中设计的扰动观测器得到。当ex1收敛至0时，输出电压与参考值相等。
再进一步地，由控制率k得到实际的控制量开关频率f。由于LLC使用变频率控制，实际控制信号是归一化频率f。可以得到控制率k和归一化频率的关系式：
将控制系统得到的k代入此方程中，即可计算出归一化频率的值。并使用压控振荡器产生PFM信号来作为开关管的控制信号。
与以上实施例提供的带恒功率负载直流降压变换器的滑模控制方法相对应地，本发明具体实施例还提供了LLC谐振变换器带恒功率负载直流降压变换器的滑模控制系统。所述滑模控制系统包括：电流传感器、电压传感器、状态变量计算模块、参考值计算模块、扰动观测器模块、滑模控制器、控制律变换模块和压控振荡器模块。将结合图1进行详解。
本系统的控制方法包括：
步骤1，使用采样获得的电流电压值，和已知的电路元件参数建立滑模控制与扰动观测器设计所需的LLC谐振变换器的状态空间方程。
步骤2，对所建立的LLC谐振变换器模型，同时考虑参数摄动，建立将状态空间方程变为设计扰动观测器和滑模控制所需的形式；
步骤3，针对步骤2得到的状态空间方程，基于非线性扰动观测器的设计方法，设计扰动观测器；基于扰动观测器的估计量计算状态量的参考值用于滑模控制；根据滑模控制理论，设计滑模控制的滑模面，基于滑模面设计控制律。
步骤4，将步骤3得到的控制律基于进行反变换，得到LLC谐振变换器的实际的控制律，将其作为输入，再经由压控振荡器得到变化频率的开关信号作为变换器开关管的驱动信号，通过对频率的实时控制来调整变换器的输出电压。
步骤1：具体实施例中，本发明中的使用了由全阶模型推导出的降阶模型，并将降阶模型转为滑模控制与扰动观测器设计所需的形式：
其中，C为输出滤波电容的电容值，vo为变换器的输出电压，iBr为经过二次侧整流的电流，Po为输出功率，vn为谐振腔输出电压等效到二次侧的值，Ls为等效后的电感，Ls等效为：
Ls＝π2/8n2(1/Lr+1/Lm)
其中，Lr和Lm分别为谐振电感和励磁电感的电感值。
步骤2：扰动观测器与滑模控制基于以下的形式设计：
其中x1＝vo，x2＝iBr/C为状态变量，d1＝Po/Cvo，为扰动量，/>包含了系统的不确定因素。扰动主要由负载功率、输出电压和参数的不确定性组成。
步骤3：
为了消除负载功率变化对输出电压的影响，需要获得扰动信息。设计一个合适的扰动观测器不仅有助于对外部干扰提供快速的动态响应，而且可以减少传感器的数量。扰动观测器的设计如下：
其中和/>是扰动d1和d2的估计值，Kdi是观测器增益，βi是观测者的内部状态量。
进一步地，根据滑模控制理论，将滑模面设置为：
其中，ex1＝x1-x1ref，ex2＝x2-x2ref为状态误差，为状态量x1参考值对时间的导数。由于状态量为输出电压vo，因此其参考值即为期望的输出电压Vref。考虑到在稳态下，输出电流io等于整流器平均输出电流iBr，因此状态变量x2的参考值x2ref可以与扰动量/>相等。因此在控制设计中状态变量的参考值取值为：
s求导得到：
根据滑模控制理论，为使s收敛至零，所设计的控制律k为：
此时s的导数可以表示为：
当Ks1、Ks2取适当的值时，滑模函数s收敛至0。当s收敛至零时，可以得到
当满足d1+x2ref＝0时，ex1的静态误差可收敛为0。其中Vref为输出电压的参考值，为扰动量d1的观测值，由上文中设计的扰动观测器得到。当ex1收敛至0时，输出电压与参考值相等。
步骤4：
再进一步地，将步骤3得到的控制率k转变为实际的控制量开关频率f。由于LLC使用变频率控制，实际控制信号是归一化频率f。可以得到控制率k和归一化频率的关系式：
将控制系统得到的k代入此方程中，即可计算出归一化频率的值。并使用压控振荡器产生PFM信号来作为开关管的控制信号。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
本发明的仿真条件：
本发明是在中央处理器为12th Gen Intel(R)Core(TM)i5-12400F2.50 GHz、运存16G、WINDOWS11操作系统上，运用MATLAB/Simulink软件进行的仿真。
本发明提出的LLC控制方法，基于扰动观测器的滑模控制器，可以显著提高系统的抗干扰能力，能有效抑制诸如负载突变，输入电压波动等大信号扰动对系统带来的不利影响。
在MATLAB/Simulink中，对本发明提出的基于扰动观测器的滑模控制方法进行了仿真验证，以证实其有效性。所有仿真均在LLC谐振变换器带恒功率负载的条件下进行。
首先验证存在输入电压突变的情况。如图2所示，阶跃变化分别在t＝0.1s(从240V到230V)、t＝0.2s(从230V到250V)和t＝0.3s(从250V到240V)时被添加到输入电压，所提出的控制器仍然将输出电压稳定在其参考值。
然后验证了输出电压参考值突变的情况。如图3所示，参考值从27V变为24V，然后逐步变为30V，最后降至24V。输出电压在小幅波动后，又迅速跟踪上了参考电压。
最后将所提出的控制方法与传统的PI控制器进行了比较。图4显示了在相同CPL功率变化下，本发明和PI控制的LLC谐振变换器的输出响应。可以看出，在0.2s时，当恒功率负载的功率上升到480W时，由PI控制的LLC转换器失去了输出稳定性，本发明设计的控制器保持了LLC转换器的输出稳定。且与PI控制相比，使用本发明控制器时，系统输出拥有更快响应速度。
以下提供本发明的两个具体的实施例以及实现方案：
实施例1：用于光伏并网系统的LLC谐振变换器控制
背景：光伏并网系统需要将直流电转换为交流电以并入电网。由于太阳能的不稳定性，输出功率会受到很大的扰动。
1.参数采集模块：在光伏并网逆变器的输出端，安装电流和电压传感器来持续监测其输出电流和电压。
2.方程变形模块：根据传感器获得的数据和已知的电路参数，建立LLC谐振变换器的状态空间方程。
3.观测器设计模块：针对光伏输出的扰动，设计一个非线性扰动观测器来估算并抵消扰动。使用滑模控制理论来设计滑模面，并基于这个滑模面来设计控制律。
4.电压输出模块：根据设计的控制律，调整开关频率，从而调节并网逆变器的输出电压，确保其与电网同步。
实施例2：用于无人机电池充电器的LLC谐振变换器控制
背景：现代无人机电池需要快速、稳定和安全的充电方法。为了满足这些要求，电池充电器需要能够精确地控制输出电压和电流。
1.参数采集模块：在充电器的输出端，安装电流和电压传感器来持续监测给无人机电池的充电电流和电压。
2.方程变形模块：根据传感器获得的数据和已知的电路参数，建立LLC谐振变换器的状态空间方程。
3.观测器设计模块：由于电池的充电特性可能因为使用、环境和寿命等因素而发生变化，设计一个非线性扰动观测器来估算这些扰动。然后，使用滑模控制理论来设计滑模面，并基于这个滑模面来设计控制律。
4.电压输出模块：根据设计的控制律，调整开关频率，从而调节给无人机电池的充电电压和电流，确保电池在最佳状态下进行充电。
这两个实施例分别从光伏并网和无人机电池充电器两个应用场景出发，展示了如何具体实现基于非线性扰动观测器滑模控制的LLC谐振变换器控制方法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于LLC谐振变换器的基于非线性扰动观测器滑模控制方法，其特征在于，包括：
第一步，获取二次侧经过整流后的电流和输出端电容电压；
第二步，使用采样获得的电流电压值，和已知的电路元件参数建立滑模控制与扰动观测器设计所需的LLC谐振变换器的状态空间方程；
第三步，针对系统模型，基于滑模控制理论，设计滑模控制的滑模面，基于滑模面设计控制律；并设计非线性扰动观测器与滑模控制组合使用对控制的效果进行优化；
第四步，将控制律基于进行反变换，得到实际的控制量开关频率的值，将其作为输入，再经由压控振荡器得到变化频率的开关信号作为变换器开关管的驱动信号，通过对频率的实时控制来调整变换器的输出电压。
2.如权利要求1所述的用于LLC谐振变换器的基于非线性扰动观测器滑模控制方法，其特征在于，第一步的具体实现方法：
使用电流传感器和电压传感器获取LLC谐振变换器二次侧经过整流后的电流和输出端电容电压；
将获取的电流和电压信号进行采样，得到离散的电流电压值，用于后续的控制系统设计。
3.如权利要求1所述的用于LLC谐振变换器的基于非线性扰动观测器滑模控制方法，其特征在于，第二步的具体实现方法：
基于二次侧经过整流后的电流和输出端电容电压的离散采样值，结合已知的电路元件参数，建立LLC谐振变换器的状态空间方程；
状态空间方程通常包括电流、电压和电路元件参数等状态变量。
4.如权利要求1所述的用于LLC谐振变换器的基于非线性扰动观测器滑模控制方法，其特征在于，第三步的具体实现方法：
基于LLC谐振变换器的状态空间方程，采用滑模控制理论设计滑模面，确定控制系统的目标点；
设计滑模控制的控制律，使得系统状态快速、稳定地达到滑模面并保持在滑模面上；
设计非线性扰动观测器，根据系统的输出反馈信息估计和抵消系统中的扰动和不确定性，提高控制系统的鲁棒性和控制精度。
5.如权利要求1所述的用于LLC谐振变换器的基于非线性扰动观测器滑模控制方法，其特征在于，第四步的具体实现方法：
将设计好的控制律进行反变换，得到实际的控制量开关频率的值，这个频率值会作为输入传递给压控振荡器；
压控振荡器根据输入的频率值调整其输出频率，得到变化频率的开关信号，这个开关信号将驱动变换器开关管的开关动作，从而调整变换器的输出电压；
通过对频率的实时控制，实现对LLC谐振变换器输出电压的调节和稳定控制。
6.如权利要求1所述的用于LLC谐振变换器的基于非线性扰动观测器滑模控制方法，其特征在于，将非线性扰动观测器与滑模控制相融合，并应用于LLC谐振变换器控制中；通过建立降阶模型、设计滑模控制器和非线性扰动观测器，系统能够快速、稳定地实现期望输出电压和电流，并有效抵消系统中的不确定性和扰动；采用变频率控制方式，根据实际控制量开关频率f来调整输出电压，提高了变换器的效率和性能。
7.一种实施权利要求1-6任意一项所述用于LLC谐振变换器的基于非线性扰动观测器滑模控制方法的基于非线性扰动观测器滑模控制系统，其特征在于，所述基于非线性扰动观测器滑模控制系统包括：
参数采集模块，用于使用采样获得的电流电压值，和已知的电路元件参数建立滑模控制与扰动观测器设计所需的LLC谐振变换器的状态空间方程；
方程变形模块，用于对所建立的LLC谐振变换器模型，同时考虑参数摄动，建立将状态空间方程变为设计扰动观测器和滑模控制所需的形式；
观测器设计模块，用于针对得到的状态空间方程，基于非线性扰动观测器的设计方法，设计扰动观测器；基于扰动观测器的估计量计算状态量的参考值用于滑模控制；根据滑模控制理论，设计滑模控制的滑模面，基于滑模面设计控制律；
电压输出模块，用于将得到的控制律基于进行反变换，得到LLC谐振变换器的实际的控制律，将其作为输入，再经由压控振荡器得到变化频率的开关信号作为变换器开关管的驱动信号，通过对频率的实时控制来调整变换器的输出电压。
8.如权利要求7所述用于LLC谐振变换器的基于非线性扰动观测器滑模控制系统，其特征在于，还包括：
电流传感器，用于获取二次侧经过整流后的电流；
电压传感器，用于获取输出端电容电压；
状态变量计算模块，基于所建立的LLC谐振变换器的状态空间模型，计算状态变量的实时值；
参考值计算模块根据其它模块的输出，实时计算出状态变量的参考值；
扰动观测器模块，基于状态空间模型，基于非线性扰动观测器的设计方法设计；用于计算恒功率负载的变化；
滑模控制器，基于状态变量计算模块得到的线性系统模型和滑模控制理论，设计滑模控制的滑模面；并基于滑模面设计控制律；
反变换模块，用于对滑模控制模块中的控制律进行变换，计算得到实际的控制量：开关频率的值；
压控振荡器，基于反变换模块得到的开关频率的值，通过压控振荡器得到变化频率固定占空比的变换器驱动信号，通过对开关频率的实时控制，调整变换器的输出电压。
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-5任意一项所述基于非线性扰动观测器滑模控制方法。
10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现权利要求1-5任意一项所述基于非线性扰动观测器滑模控制方法。
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