[发明专利]一种直流降压变换器复合电流约束控制方法

摘要

本发明公开了一种直流降压变换器的复合电流约束控制方法，包括步骤：分别以直流降压变换器的电容电压、电感电流为状态量，建立直流降压变换器标称系统的状态空间平均模型；建立基准电流约束控制器；根据直流降压变换器系统的参数摄动、输入电压波动及负载突变扰动，建立直流降压变换器受扰状态平均模型；构造广义比例积分观测器，并获得时变扰动估计值；引入所述基准电流约束控制器，对时变扰动进行补偿，以得到复合电流约束控制器；计算得到控制量，及控制量由输出模块输出以得到PWM驱动信号，控制降压变换器的开关管，实现降压变换器的电压控制。本发明可在满足电流约束功能基础上，兼顾系统的输出电压跟踪快速性、准确性及抗扰动性能的要求。

主权项

1.一种直流降压变换器的复合电流约束控制方法，其特征在于，包括以下步骤：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，建立直流降压变换器标称系统的状态空间平均模型，具体为：其中，V_o为电容电压，i_L为电感电流，C₀、R₀、L₀和V_in0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，t为时间；步骤2、基于启动电流约束的同时兼顾输出电压的动态响应速度，建立基于动态增益方法的基准电流约束控制器，具体包括：步骤21、定义直流降压变换器的电压跟踪误差及状态变量，获得直流降压变换器的误差动态方程；步骤22、结合直流降压变换器的启动阶段最大允许电流值，获取状态变量的上下限；步骤23、基于所述直流降压变换器的启动阶段最大允许电流，设计电流约束动态增益，得到基准电流约束控制器，具体为：其中，及上式中，u为控制量占空比信号；e₁为电压跟踪误差；e₂为状态变量；为状态变量e₂的上限，K为状态变量e₂的下限；k₁＞0和k₂＞0为控制器变量，l＞0为控制电流约束效果的变量；并且，所述V_o为电容电压，为参考电压；i_L为电感电流；C₀、R₀和V_in0分别为直流降压变换器中电容、电阻和输入电压的标称值；步骤24、将所得基准电流约束控制器带入直流降压变换器的误差动态方程，获得闭环系统方程；步骤3、根据直流降压变换器标称系统的参数摄动、输入电压波动及负载突变的时变扰动，建立直流降压变换器受扰状态平均模型；及根据所述直流降压变换器受扰状态平均模型中时变扰动构造广义比例积分观测器，并对时变扰动进行估计获得时变扰动估计值；具体包括：步骤31、根据直流降压变换器系统的参数摄动、输入电压波动及负载突变扰动，建立直流降压变换器受扰状态平均模型，具体为：其中，V_o为电容电压，i_L为电感电流，C₀、R₀、L₀和V_in0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ΔV_in分别为负载突变和输入电压波动，t为时间；步骤32、将参数摄动、输入电压波动和负载突变视为集总扰动，进行坐标变换：其中，步骤33、分别对所述直流降压变换器受扰状态平均模型中的时变集中扰动d₁(t)和d₂(t)分别构造第一和第二广义比例积分观测器；所述第一广义比例积分观测器为：其中，w₁为电容电压v_o估计值，w₂为时变扰动d₁估计值，w₃为时变扰动d₁的一阶导数估计值，…,w_n‑1为时变扰动d₁的n‑3阶导数估计值,w_n为时变扰动d₁的n‑2阶导数估计值，w_n+1为时变扰动d₁的n‑1阶导数的估计值；α_i,(i＝1,2,..,n+1)为待设计的第一广义比例积分观测器增益；所述第二广义比例积分观测器为：其中v₁为电感电流i_L估计值，v₂为时变扰动d₂估计值，v₃为时变干扰d₂的一阶导数估计值，...v_m‑1为时变扰动d₂的m‑3阶导数估计值，v_m为时变扰动d₂的m‑2阶导数估计值，v_m+1为时变扰动d₂的m‑1阶导数的估计值；β_j,(j＝1,2,..,m+1)为待设计的第二广义比例积分观测器增益；步骤4、将步骤3所得时变扰动估计值引入所述基准电流约束控制器，对时变扰动进行补偿，以得到复合电流约束控制器，具体为：其中，为参考电压；v_o为电容电压；i_L为电感电流；C₀、R₀、L₀和V_in0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；所述k₁＞0和k₂＞0为控制器变量，l＞0为控制电流约束效果的变量，K为状态变量e₂的下限，为状态变量e₂的上限，M为启动阶段最大允许电流值；w₂为时变扰动d₁的估计值，w₃为时变扰动d₁的一阶导数的估计值，v₂为时变扰动d₂的估计值；步骤5、利用步骤4所得复合电流约束控制器对采集的系统电容电压计算得到控制量，控制量由输出模块输出占空比可变的PWM驱动信号；根据所述PWM驱动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电压控制。