[发明专利]基于指数幂次趋近律的降压型直流变换器的滑模控制方法

说明书

本发明公开了一种基于指数幂次趋近律的降压型直流变换器的滑模控制方法，包括：(1)建立在时变扰动作用下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，并转换为降压型直流变换器的受扰模型；(2)设计未知输入观测器来估计降压型直流变换器系统中存在的时变扰动；(3)基于未知输入观测器和改进的指数幂次趋近律设计滑模控制器，控制降压型直流变换器系统输出稳定的电源电压。本发明提供的控制方法实现了对系统存在时变扰动的问题进行复合控制，提高了控制精度和系统的抗扰性能；与普通的滑模控制相比，输出电压误差收敛时间速度更快，改进的指数幂次趋近律有着更快的趋近速率和更短的趋近时间，抑制了输出抖振。

技术领域

本发明属于降压型直流变换器的技术领域，特别涉及一种基于指数幂次趋近律的降压型直流变换器的滑模控制方法。

背景技术

降压型直流变换器是可以将输入的固定直流电压降为另一种直流可调电压的电力电子设备，并广泛地运用于通讯、计算机、汽车制造、办公自动化设备、医疗器械、军事、航天航空等领域，几乎涉及到国民经济的每一个行业。

针对这类变换器，工业中常用的控制方法有PID控制。PID控制的方法，主要用在对输出电压精度要求不高的场合中，而且PID控制对系统参数变化比较敏感，当负载受到外部扰动发生突变时，PID方法控制的降压型直流变换器动态响应速度较慢、输出电压可能会出现偏差。近年来，越来越多的新型控制的理论已经出现，很多国内外专家学者把这些研究运用到电力电子系统中的，其中滑模控制、自抗扰控制、模糊控制、神经网络控制都已经得到广泛研究，并且已经在实际中开始应用。大量研究证明滑模控制是一种可以在直流变换器中有效使用，且具有广阔前景的控制方法。

滑模控制本身是一种非线性的开关控制方法，由于它自身固有的特点，所以系统的输出会出现抖振，加上DC-DC变换器在实际使用中输出会出现纹波会加剧输出抖振，所以在实际中减小稳态输出时的抖振是滑模控制的一个研究重点。

而且传统的滑模控制在复杂工作环境下的鲁棒性性能并不是十分突出，所以在设计滑模控制器时，如何提高变换器系统在复杂工作环境下的抗扰性能也是急需解决的一个难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于指数幂次趋近律的降压型直流变换器的滑模控制方法，可以实现降压型直流变换器在复杂工作环境时变扰动作用下，输出电压具有快速调节和优良的抗扰特性。

本发明提供如下技术方案：

一种基于指数幂次趋近律的降压型直流变换器的滑模控制方法，包括以下步骤：

(1)建立在时变扰动作用下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来估计降压型直流变换器系统中存在的时变扰动；

(3)基于未知输入观测器和改进的指数幂次趋近律设计滑模控制器，控制降压型直流变换器系统输出稳定的电源电压。

所述时变扰动作用下的降压型直流变换器系统模型为：

其中，V_o是输出电压，i_L是电感电流，是输入电压V_in额定值，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，时变扰动的复合表达形式

定义状态变量x₁＝V₀-V_ref，时变扰动作用下降压型直流变换器的误差动态方程表示为：

其中，V_ref为参考输出电压，为正常值；