開(kāi)關(guān)DC--DC變換器的有限時(shí)間控制方法研究.pdf

1、相對(duì)于傳統(tǒng)的線性電源，開(kāi)關(guān)變換器因其具有高功率變換效率、高功率密度等優(yōu)異性能而得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前，隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的快速發(fā)展，如何進(jìn)一步提升開(kāi)關(guān)變換器的性能吸引了眾多學(xué)者的關(guān)注。從控制的角度來(lái)看，開(kāi)關(guān)DC-DC變換器本質(zhì)上屬于強(qiáng)非線性系統(tǒng)，以線性控制理論為基礎(chǔ)的PWM技術(shù)在瞬態(tài)特性和魯棒性等方面的不足逐漸受到人們的關(guān)注，如在集成電路、微處理芯片等場(chǎng)合要求對(duì)其供電的變換器具有極高的性能。為提高開(kāi)關(guān)變換器的性能，有必要研

2、究并引入一些具有更優(yōu)控制性能的新型非線性控制方法。本文主要利用一種近年來(lái)新發(fā)展的非線性控制方法，即有限時(shí)間控制方法來(lái)研究開(kāi)關(guān)DC-DC變換器系統(tǒng)的控制問(wèn)題，以提高閉環(huán)系統(tǒng)的收斂性能和抗干擾性能。本文所做的主要工作如下:
　　1)基于Buck型DC-DC變換器系統(tǒng)，根據(jù)其平均狀態(tài)空間方程，利用一定的時(shí)間尺度坐標(biāo)變換，得到新的變換后狀態(tài)方程。利用有限時(shí)間控制理論方法，即齊次性理論設(shè)計(jì)方法，具體構(gòu)造出有限時(shí)間狀態(tài)反饋控制器，從而在理論上

3、可以證明變換器的輸出電壓在一個(gè)有限時(shí)間內(nèi)達(dá)到期望的參考電壓?？紤]到實(shí)際系統(tǒng)對(duì)DC-DC變換器的控制輸入，即占空比的限制，對(duì)齊次型有限時(shí)間控制器進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了飽和的有限時(shí)間控制器，從理論上嚴(yán)格地保證了對(duì)控制輸入飽和的限制。
　　2)針對(duì)Buck型DC-DC變換器系統(tǒng)，在實(shí)際中存在外部負(fù)載和輸入電壓變化的情況，基于系統(tǒng)模型的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了時(shí)變的有限時(shí)間參數(shù)估計(jì)器，以在有限時(shí)間內(nèi)快速辨識(shí)出外部負(fù)載和輸入電壓。結(jié)合前述的有限時(shí)間控制算法

4、，設(shè)計(jì)出自適應(yīng)的有限時(shí)間電壓調(diào)節(jié)控制算法?？紤]到系統(tǒng)如果同時(shí)存在電感、電容參數(shù)的不確定性，將系統(tǒng)建模成帶有不匹配和匹配干擾形式的模型，基于有限時(shí)間擾動(dòng)觀測(cè)器-估計(jì)器的理論，給出基于擾動(dòng)觀測(cè)、補(bǔ)償?shù)挠邢迺r(shí)間電壓調(diào)節(jié)控制算法。
　　3)針對(duì)Buck型DC-DC變換器系統(tǒng)，為了降低系統(tǒng)的成本，提高系統(tǒng)可靠性，考慮電流不可測(cè)情況下的有限時(shí)間電壓調(diào)節(jié)控制方法。根據(jù)有限時(shí)間觀測(cè)器理論，從而設(shè)計(jì)出有限時(shí)間電流觀測(cè)器和基于輸出反饋的有限時(shí)間控制算

5、法，從而保證變換器的輸出電壓在有限時(shí)間內(nèi)收斂到參考電壓。
　　4)針對(duì)Boost型DC-DC變換器系統(tǒng)，基于系統(tǒng)模型特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了有限時(shí)間升壓控制算法，以保證輸出電壓可以在有限時(shí)間內(nèi)跟蹤上期望的電壓?？紤]外部負(fù)載和輸入電壓未知情況，設(shè)計(jì)了針對(duì)Boost型DC-DC變換器有限時(shí)間參數(shù)辨識(shí)方法，以在有限時(shí)間內(nèi)估計(jì)出外部負(fù)載和輸入電壓，從而設(shè)計(jì)出自適應(yīng)有限時(shí)間升壓控制算法;考慮電流不可測(cè)情況，設(shè)計(jì)了針對(duì)Boost型DC-DC變換器有限時(shí)間