[发明专利]一种基于扰动观测的Boost电路装置

说明书

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U_O，利用基准电压U_ref和U_O的差值进行比例和积分，来得到控制量u_r，所述PID控制模块的输出量u_r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；