[发明专利]基于未知输入观测器的降压型直流变换器滑模控制方法

权利要求书

1.一种基于未知输入观测器的降压型直流变换器滑模控制方法，包括以下步骤：

(1)建立带有匹配扰动和非匹配扰动的降压型直流变换器系统模型，初始化系统状态及控制参数；

(2)设计未知输入观测器，用于估计伺服系统中所包含的匹配扰动和非匹配扰动，得到匹配扰动和非匹配扰动的估计值，所述估计值的误差在有限时间内收敛到平衡点；

(3)根据匹配扰动和非匹配扰动的估计值设计滑模控制器，控制降压型直流变换器系统输出稳定的电源电压；

在步骤(1)中，所述带有匹配扰动和非匹配扰动的降压型直流变换器系统模型表示成如下形式：

其中，v_o是输出电压，i_L是输出电感电流，是输入电压V_in标称值，L₀、C₀、R₀分别是电感L、电容C和负载电阻R的标称值，u是控制输入，为非匹配扰动，为匹配扰动，称之为第一匹配扰动；

在步骤(1)中，所述初始化系统状态及控制参数的过程为：

定义状态变量x₁＝v₀-v_ref，则带有匹配扰动和非匹配扰动降压型直流变换器误差动态方程可表示成如下形式：

其中，v_ref为参考输出电压，且为正常值；为匹配扰动，称之为第二匹配扰动，即

在步骤(2)中，所述设计未知输入观测器的过程为：

(2-1)定义滤波变量x_1f，x_2f，有如下关系：

其中k＞0为滤波时间常数；

考虑式(2)的误差动态方程与式(3)的滤波变量方程，定义辅助变量α，所述辅助变量α是一个不变流形，表示为：

辅助变量是有界的，且满足：

(2-2)定义滤波变量u_f再结合式(3)有如下关系：

其中k＞0为滤波时间常数；

考虑式(2)的误差动态方程与式(6)的滤波变量方程，定义辅助变量β，所述辅助变量β是一个不变流形，表示为：

辅助变量是有界的，且满足：

(2-3)根据不变流形α和β，从滤波变量(x_1f,x_2f)，(x_1f,x_2f,u_f)映射到未知量d₁(t)，d₂(t)，未知输入观测器设计如下式所示：

其中为非匹配扰动d₁(t)的估计值，为第二匹配扰动d₂(t)的估计值；

在步骤(2)中，定义滤波变量d_1f，d_2f，有如下关系：

所述估计值的误差为：

在步骤(3)中，所述滑模控制器的设计过程为：

(3-1)设计如下滑模面：

其中λ＞0为控制参数；

(3-2)根据式(27)设计滑模控制器为

其中η＞0为控制器参数，sign为符号函数；

(3-3)设计李雅普诺夫函数：

对式(29)求导可得：

假设其中sup表示参数的上确界；当η＞l，系统是稳定的。