開關(guān)DC--DC變換器的有限時間控制方法研究.pdf

1、相對于傳統(tǒng)的線性電源，開關(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，如何進一步提升開關(guān)變換器的性能吸引了眾多學(xué)者的關(guān)注。從控制的角度來看，開關(guān)DC-DC變換器本質(zhì)上屬于強非線性系統(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、微處理芯片等場合要求對其供電的變換器具有極高的性能。為提高開關(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新發(fā)展的非線性控制方法，即有限時間控制方法來研究開關(guān)DC-DC變換器系統(tǒng)的控制問題，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，利用一定的時間尺度坐標變換，得到新的變換后狀態(tài)方程。利用有限時間控制理論方法，即齊次性理論設(shè)計方法，具體構(gòu)造出有限時間狀態(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有限時間內(nèi)達到期望的參考電壓?？紤]到實際系統(tǒng)對DC-DC變換器的控制輸入，即占空比的限制，對齊次型有限時間控制器進行了改進，設(shè)計了飽和的有限時間控制器，從理論上嚴格地保證了對控制輸入飽和的限制。
　　2)針對Buck型DC-DC變換器系統(tǒng)，在實際中存在外部負載和輸入電壓變化的情況，基于系統(tǒng)模型的特點，設(shè)計了時變的有限時間參數(shù)估計器，以在有限時間內(nèi)快速辨識出外部負載和輸入電壓。結(jié)合前述的有限時間控制算法

4、，設(shè)計出自適應(yīng)的有限時間電壓調(diào)節(jié)控制算法?？紤]到系統(tǒng)如果同時存在電感、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，基于有限時間擾動觀測器-估計器的理論，給出基于擾動觀測、補償?shù)挠邢迺r間電壓調(diào)節(jié)控制算法。
　　3)針對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，考慮電流不可測情況下的有限時間電壓調(diào)節(jié)控制方法。根據(jù)有限時間觀測器理論，從而設(shè)計出有限時間電流觀測器和基于輸出反饋的有限時間控制算

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