[发明专利]一种三电平LLC谐振变换器的自抗扰控制方法

说明书

本发明提供一种三电平LLC谐振变换器的自抗扰控制方法，包括：采用扩展描述函数法建立三电平LLC谐振变换器的模型；采用Fal函数对参考给定信号进行平滑处理；根据传递函数模型阶数，设计线性扩张状态观测器，利用输出电压与控制量，估计系统的扰动量；用给定值的平滑处理信号与实际输出电压作差，对误差进行放大，再与估计的总扰动信号作差，除以b₀后生成控制量，控制量用于控制变换器的输出电压。本控制方法能够对谐振频率偏移，负载扰动，电压扰动等扰动进行有效的抑制，使控制系统具有更好的鲁棒性和适应性。该控制方法解决了在谐振类变换器中，由于受输入电压波动，寄生参数变化，负载扰动等因素影响，造成输出电压纹波大的问题。

技术领域

本发明属于谐振类变换器控制领域，具体涉及到一种应用于三电平LLC谐振变换器的线性自抗扰控制方法。

背景技术

谐振类DC/DC变换器由于具有体积小，功率密度高，效率高，等优点，受到工程师和学者的广泛青睐，而其中的LLC串联谐振变换器由于可在全负载范围内实现开关管ZVS，减小开关损耗，以及整流管可实现ZCS，减小二极管的反向震荡损耗，大大提高了变换器的效率，可以在很宽的范围内实现软开关，由于谐振电流为高频正弦交变电流，因此电磁干扰小，在工业系统变换器中非常受欢迎。但是此类变换器采用脉冲频率控制(PFM)，受电路寄生参数影响非常大，比如在不同开关频率下的，高频变压器匝间电容，线路之间寄生电容大小变化很大，谐振电感与谐振电容都为非理想器件，随频率的变化呈现出的特性会不同，把这一类可以归结为变换器内部扰动。而输出电压值还会受负载大小，输入电压波动等因素影响，把变换器本身以外的扰动称为外部扰动，这些扰动的综合作用会对控制器的鲁棒性提出更高的要求。而自抗扰控制器可以大大提高控制器的鲁棒性，因此非常适合谐振类的控制要求。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种有效提高系统鲁棒性的三电平LLC谐振变换器的自抗扰控制方法。

为解决上述技术问题，本发明的一种三电平LLC谐振变换器的自抗扰控制方法，包括以下步骤：

步骤1：采用扩展描述函数法对三电平LLC谐振变换器电路建立数学模型；

步骤2：采用非线性Fal函数滤波器，对给定电压指令u_ref进行滤波，滤波后的值为u_ref’；

步骤3：根据传递函数阶数，建立起线性扩张状态观测器，具体为：一阶惯性系统表示为：其中f为总扰动，y为输出，u为控制量，线性扩张状态观测器表示为：z₁，z₂分别是输出量的观测值和扰动的观测值，β₁，β₂为观测器系数，b₀为系统参数，通过实时采集输出量电压v_o，控制量u，形成新的状态变量f，用以观测系统扰动；

步骤4：利用给定电压滤波后的值u_ref’与实际输出电压v_o作差，对误差进行比例控制，放大k_p倍，生成控制量u₀；

步骤5：将观测到的系统扰动量f与u₀相减，然后除以b₀形成系统控制量u；

步骤6：将计算得出控制量u进行限幅处理后，u即为开关频率，传入到压频转换器模块中，形成PWM脉冲，驱动变换器。

本发明还包括：

步骤2所述的Fal函数滤波器具体为：

其中：u_ref是输出电压的给定指令；u_ref’是通过Fal函数低通滤波器后的电压给定指令；为u_ref的导数，k为调节响应速度的比例系数，δ为Fal函数滤波器的滤波因子。