[发明专利]一种直流降压变换器的连续滑模无电流传感器控制方法

摘要

本发明公开了一种直流降压变换器的连续滑模无电流传感器控制方法，该方法基于降压平均状态模型，利用连续滑模控制理论和有限时间观测器设计复合连续控制器，使降压变换器在无需电流传感器的条件下，仍可以精确跟踪参考输入电压，降低系统的硬件成本，提高系统的容错性。同时有限时间观测器还可以用来估计变换器系统因参数摄动、输入电压波动和负载突变引起的干扰，提高系统的抗干扰能力。本发明所设计的无电流传感复合控制器能够在直流降压变换器存在参数摄动、输入电压波动和负载突变的情况下，实现对于参考电压的精确跟踪。通过实例验证，本发明所提出的复合控制器可以消除传统滑模的抖颤现象，并使闭环系统具有良好的响应速度和抗干扰能力。

主权项

1.一种直流降压变换器的连续滑模无电流传感器控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，分别以直流降压变换器的电容电压、电感电流为状态量，采用时间平均技术，同时考虑直流降压变换器参数摄动、输入电压波动和负载突变的影响，建立直流降压变换器的受扰状态空间平均模型；所述直流降压变换器的受扰状态空间平均模型为：其中，Vo为电容电压，iL为电感电流，C0、R0、L0和Vin0分别为直流降压变换器中电容、电阻、电感和输入电压的标称值，u为控制量占空比信号，ΔC和ΔL均为参数摄动，ΔR和ΔVin分别为负载突变和输入电压波动，t为时间；步骤2，针对受扰状态空间平均模型，设计有限时间观测器，在估计电感电流的同时，估计由参数摄动、输入电压波动和负载突变引起的集总干扰；具体过程如下：步骤21，在步骤1建立的受扰状态空间平均模型基础上，将参数摄动、输入电压波动和负载突变视为集总干扰，进行坐标变换：其中，步骤22，定义直流降压变换器的电压跟踪误差x₁为：x₁＝V_o‑V_ref，其中V_ref为参考电压，定义状态变量则直流降压变换器的误差动态方程为：其中，为直流降压变换器的集总干扰；步骤23，基于步骤22得到的误差动态方程，根据高阶滑模理论，构造有限时间观测器：其中，为电压跟踪误差x₁的估计值，为状态变量x₂的估计值，为集总干扰D(t)的估计值，观测器参数K>0，v₁、v₂和v₃均为中间变量；步骤3，在步骤2设计的有限时间观测器基础上，考虑无电流传感器和集总干扰的情况，基于连续滑模控制理论，设计复合连续滑模控制器；具体过程如下：步骤31，在有限时间观测器基础上，设计无电流传感器的输出反馈滑模面S：其中c₁为控制滑模面收敛速度的参数，对滑模面S进行求导，得到：其中，步骤32，设计无电流传感器的复合连续滑模控制器：其中，λ1>0,λ2>0为复合连续滑模控制器的参数，t>0为控制器的积分时间；步骤4，将根据步骤3复合连续滑模控制器得到的控制量经dSPACE实时控制器的PWM模块输出，产生PWM信号，通过实时改变PWM信号占空比，控制直流降压变换器的输出电压；具体过程如下：步骤41，在得到的复合连续滑模控制器基础上，利用dSPACE实时控制器中的A/D采样模块，将直流降压变换器中的电压传感器采集到的电容电压即输出电压转换为数字信号；步骤42，将复合连续滑模控制量经dSPACE实时控制器的PWM模块输出，得到频率固定占空比可变的PWM信号；步骤43，利用频率固定占空比可变的PWM信号控制直流降压变换器的开关管，实现直流降压变换器的输出电压控制。