[发明专利]一种基于非线性扩张状态观测器和PD控制技术的直流升压变换器系统控制方法

权利要求书

1.一种基于非线性扩张状态观测器和PD控制技术的直流升压变换器系统控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一、组建一个直流升压变换器，以系统的电感电流、电容电压为状态变量，依靠时间平均技术，将时变、非线性的开关电路转换为等效的时不变、线性的连续电路，由此可对开关变换器进行大信号瞬态分析，建立系统的状态空间平均模型，以开关管的两种状态u＝0或1，建立升压变换器的模型：

开关管Q关断时，控制量输入为0即u＝0，电感电流i_L通过二极管D向输出侧流动，电源功率和电感的储能向负载和电容转移，给电容充电，此时，加在电感上的电压为v_in-v_o，因v_o＞v_in，故i_L线性减小；

开关管Q导通时,控制量输入为1即u＝1，电源电压v_in全部加到升压电感上，电感电流i_L线性增长，此时二极管D截止，负载由滤波电容供电；

整理模型如下：

步骤二、分别设计两个非线性扩张状态观测器，对负载电阻变化和输入电压波动进行估计，观测器Ⅰ设计为：

式中为电感电流的估计值，为输入电压扰动的估计值，观测器增益λ₁,λ₂＞0；

观测器Ⅱ设计为：

式中为输出电压的估计值，为负载电阻扰动的估计值，观测器增益λ₃,λ₄＞0；

步骤三、在已设计的非线性扩张状态观测器的基础上，升压变换器选择输出电压作为被控变量时系统为非最小相位系统，因此，考虑到系统的非最小相位特性，基于系统总储能设计控制器；

升压变换器系统的总储能为：

对上式进行二次微分，得到：

其中：

分别为输入电压和负载电阻的估计值；

系统总储能参考值为:

其中电感电流的参考值为：

系统总储能偏差定义为：

e＝y-y_r

对上式进行二次微分，得到：

控制器设计为：

其中k_p,k_d为控制器参数，当k_p,k_d＞0时，闭环系统的输出电压v_o就实现了对于参考电压v_r的跟踪。

2.根据权利要求1所述的一种基于非线性扩张状态观测器和PD控制技术的直流升压变换器系统控制方法，其特征在于，所述的是直流升压电力电子变换器，所采用的模型是状态平均模型。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于非线性扩张状态观测器和PD控制技术的直流升压变换器系统控制方法，其特征在于，所考虑的系统扰动是电压输入的变化和负载电阻扰动。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于非线性扩张状态观测器和PD控制技术的直流升压变换器系统控制方法，其特征在于，所考虑的系统扰动观测器是非线性扩张状态观测器，所采用的控制器是PD控制器。