[发明专利]基于未知输入观测器的降压型直流变换器非奇异终端滑模控制方法

说明书

本发明公开了一种基于未知输入观测器的降压型直流变换器非奇异终端滑模控制方法，所述控制方法包括以下步骤：(1)建立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，估计系统的集总扰动，未知输入观测器的估计误差在有限时间内收敛到平衡点邻域附近；(3)根据系统的集总扰动设计非奇异终端滑模控制器，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在非奇异终端滑模控制器的基础上利用未知输入观测器对扰动进行观测，估计系统的集总扰动，并通过滑模控制器进行前馈补偿，使得最后系统能够快速稳定地输出理想电压。

技术领域

本发明属于降压型直流变换器滑模控制方法的技术领域，特别涉及一种基于未知输入观测器的降压型直流变换器非奇异终端滑模控制方法。

背景技术

直流开关变换器主要是通过对功率开关进行高频的导通和关断实现电能在输入和输出端的传输。那么如何能够使直流开关变换器以更高的效率转换成更高品质的电能是当代电力电子技术面临的一大问题。为了实现这一目的，通常会选择两种方式，一种是通过采用各种形式的软开关变换电路或者降低内阻等方法来减小变换器中开关造成的损耗；另一种是使用各种新型的控制方法来提高变换器的各项动态性能指标和稳态精度。这里所述的控制方法包括模糊控制、鲁棒控制、神经网络控制、自适应控制和滑模变结构控制等非线性控制方法。其中滑模变结构控制方法有着方法简洁，鲁棒性强及响应速度快等优点，能够较好地改善系统的动态性能。

另外，由于系统外部扰动以及模型参数不确定导致的系统干扰，许多学者开始专注于基于扰动估计的复合控制方法，其中基于扰动观测器对系统进行前馈补偿的方法是效果比较理想的一种，其优点在于可以不牺牲系统性能，只需要对估计出来的扰动进行前馈补偿便可以消除扰动导致的系统稳态精度差等问题。如公开号为CN104601071A的中国专利公开了一种基于扰动观测器的永磁同步电机电流环滑模控制方法，通过构建一个多输入多输出的滑模控制器，利用多输入量之间存在耦合的关系，实现电流环的解耦跟踪控制，使电流控制内环只有一个控制器，即滑模控制器。同时考虑到当外界干扰和系统参数变化时，滑模变结构控制的鲁棒性就会减弱，因此为了进一步提高系统的鲁棒性，在控制策略中加入了一个扰动观测器，用于在线预估系统由于参数变化和外界干扰引起的不确定量，补偿到滑模控制器，实现系统电流的误差补偿，确保了电流精确控制，提高了永磁同步电机速度调节性能。

因此，目前本领域技术人员主要集中在解决由于实际电路中存在输入电压波动、输出负载突变以及电感，电容参数摄动等扰动，造成的使用降压型直流变换器有可能出现输出电压不稳定，误差大等不理想情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于未知输入观测器的降压型直流变换器非奇异终端滑模控制方法，该控制方法在非奇异终端滑模控制器的基础上利用未知输入观测器对扰动进行观测，估计系统的集总扰动，并通过滑模控制器进行前馈补偿，使得最后系统能够快速稳定地输出理想电压。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于未知输入观测器的降压型直流变换器非奇异终端滑模控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

(1)建立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，估计系统的集总扰动，未知输入观测器的估计误差在有限时间内收敛到平衡点邻域附近；

(3)根据系统的集总扰动设计非奇异终端滑模控制器，控制降压型直流变换器系统输出稳定的电源电压。

本发明的技术构思为：针对降压型直流变换器系统中滑模控制的收敛速度问题以及扰动造成的影响，本发明采用未知输入观测器，并基于该观测器设计非奇异终端滑模控制器，与传统的滑模控制相比，系统能更快地在有限时间内收敛到平衡，且具有更高的稳态精度。

在步骤(1)中，所述降压型直流变换器系统模型表示成如下形式：