[发明专利]一种逆解耦自适应滑模控制方法

说明书

本发明属于带恒功率负载(Constant power load，CPL)多电平DC‑DC(Multilevel DC‑DC，MD)Buck变换器的鲁棒控制技术范畴，具体涉及一种逆解耦自适应滑模控制方法，包括如下步骤：S1：建立带CPL MD 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；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。本发明可以解决带CPL MD Buck变换器的飞跨电容电压的平衡问题及飞跨电容电压与输出电压的解耦难题。

技术领域

本发明属于带恒功率负载(Constant power load，CPL)多电平DC-DC(MultilevelDC-DC，MD)Buck变换器的鲁棒控制技术范畴，具体涉及一种逆解耦自适应滑模控制方法。

背景技术

多电平DC-DC(Multilevel DC-DC，MD)变换器因较传统两电平DC-DC变换器具有更低的电压应力、更多的电平输出、更小的滤波体积等优点，已逐渐在低压、低功率领域得到了应用与研究。为使MD变换器能正常工作且具有良好工作性能，保证飞跨电容(Flyingcapacitor，FC)电压稳定至各自平衡值极其关键。然而，MD变换器属于一类多输入多输出、强耦合的非线性系统，不仅开关数量众多，工作模态繁杂，且输出电压与FC电压之间存在强耦合作用，给FC电压的平衡及系统的解耦控制带来挑战。为了解决上述问题，现有文献的处理方法可大致分为三类，即增加外部电路方法、线性解耦法和精确反馈线性化(Exactfeedback linearization，EFL)解耦法。

对于增加外部电路方法，文献“STALA R.The switch-mode flying-capacitorDC-DC converters with improved natural balancing[J].IEEE Transactions onIndustrial Electronics，2010，57(4)：1369-1382”提出了增强型FC电压平衡方法，该法通过在原拓扑上增加外围电路以达到改善FC电压平衡的目标。

文献“DELMAS L,GATEAU G,MEYNARD T.Stacked multicell converter:controland natural balancing[C]//IEEE 33rd Annual Power Electronics SpecialistsConference,Australia，2002：689-694”提出了并联RLC谐振电路控制方案，该方案通过在变换器输出端并联接入RLC谐振电路，从而加快FC电压的调节速度。增加外部电路法增加了系统的体积和损耗，难以兼顾FC电压和输出电压的耦合性，加大了系统的控制难度。为此，线性解耦法被提出。

文献“张元媛，阮新波.多电平直流变换器中飞跨电容电压的一种控制策略[J].中国电机工程学报，2004，24(08)：37-41”对MD Buck变换器提出了一种平衡控制策略，该策略通过线性解耦矩阵实现了FC电压和输出电压的解耦，进而设计比例-积分控制器，提高了系统稳定性。

文献“SUN R Y，WU X H，LI W L，et al.Equivalent sliding mode control formulti-level buck converter[C]//IEEE International Conference on AircraftUtility Systems.Beijing，China，2016：460-465”对MD Buck变换器提出了等效滑模控制方法，先采用线性解耦矩阵实现系统解耦，再分别设计等效滑模控制器，提高了系统的控制效果。然而，线性解耦控制方法建立在小信号模型基础上，难以满足现有应用对更高控制性能和更强鲁棒性的要求。为了克服上述缺陷，基于EFL的解耦控制方法被提出。