[发明专利]一种逆解耦自适应滑模控制方法

权利要求书

1.一种逆解耦自适应滑模控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：建立带恒功率负载多电平DC-DC Buck变换器的非线性数学模型，采用逆系统方法验证系统的可逆性，并推导出逆系统表达式；

S2：将系统线性化解耦为多个伪线性子系统，抵消负阻抗特性的影响；

S3：引入自适应机制实时更新滑模切换增益，分别为子系统设计自适应滑模控制器；

S4：基于李雅普诺夫理论验证闭环系统的稳定性和鲁棒性；

S5：与现有控制方法进行仿真比较，验证逆解耦自适应滑模控制方法具有更强的鲁棒性和更好的优越性；

S6：搭建原理样机。

2.根据权利要求1所述的逆解耦自适应滑模控制方法，其特征在于，步骤S1中以(v_Ck，i_L，v_o)为状态变量，以d＝(d₁，…，d_k，…，d_p-1，d_p)为输入变量，采用状态空间平均建模法建立的带恒功率负载多电平DC-DC Buck变换器的非线性数学模型为其中，v_Ck为C_k两端电压，i_L为电感电流，d_k为Q_k的占空比，R，L，C分别为电阻、电感和电容；P为恒功率负载的功率，基本单元由开关管Q_k、二极管D_k和飞跨电容C_k组成，且Q_k和D_k互不导通；对于C_k，k＝1,2,…,p-1；而对于Q_k和D_k，k＝1,2,…,p；带恒功率负载多电平DC-DC Buck变换器由p个基本单元串联组成，包含有p个开关管，p个二极管和p-1个飞跨电容；理想状态下，p个开关管占空比相等，均为d，且相位依次相差2π/p导通，此时FC电压平衡于kV_in/p，输出电压v_o＝d×V_in，其中V_in为输入电压；为使系统具有良好的跟踪效果，分别取FC电压和输出电压作为输出函数，即对由FC电压和输出电压作为输出函数中的y_k和y_o分别求一阶导和二阶导，以作为逆系统的输入，得到逆系统表达式为其中，K、F分别满足：

3.根据权利要求2所述的逆解耦自适应滑模控制方法，其特征在于，步骤S2中将逆系统串接在步骤S1中建立的带恒功率负载多电平DC-DC Buck变换器的非线性数学模型中，构成伪线性子系统其中，s为拉普拉斯算子；通过逆系统方法处理后，FC电压和输出电压分别被线性化解耦为p-1个一阶线性子系统和一个二阶线性子系统。

4.根据权利要求3所述的逆解耦自适应滑模控制方法，其特征在于，步骤S3中为子系统设计自适应滑模控制器时，定义p-1个一阶线性子系统的误差为其中，V_Ck为y_k的参考值；对p-1个一阶线性子系统的误差求一阶导得滑模面及指数趋近律分别设计为s₁＝e₁,…,s_k＝e_k,…,s_p-1＝e_p-1，结合上述各式得到p-1个FC电压的控制律分别为定义二阶线性子系统的误差为e_o＝y_o-V_oref，并求导得其中V_oref为y_o的参考值；取二阶滑模面及滑模控制律分别为其中β为大于零的常数；结合上述各式得到输出电压的控制律为引入自适应律来更新c_k和c_o，和分别表示Q_k和M的估计值，自适应律设计为其中，ρ_k0和γ0。

5.根据权利要求4所述的逆解耦自适应滑模控制方法，其特征在于，步骤S4中取李雅普诺夫函数为则带恒功率负载多电平DC-DC Buck变换器的控制律d设计为