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专利号: 2022109898560
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.带恒功率负载直流降压变换器的积分滑模控制方法,其特征在于,所述变换器包括:输入电源、输出端电容、滤波电感、恒功率负载、续流二极管和开关管;所述输入电源的正极连接开关管的漏极,所述开关管的源极连接续流二极管的阴极和滤波电感的一端,滤波电感的另一端分别连接输出端电容的一端和恒功率负载的一端,所述输入电源的负极连接续流二极管的阴极、滤波电容的另一端和恒功率负载的另一端;

所述积分滑模控制方法包括:

获取滤波电感的电流和输出端电容的电压,根据获取的电流和电压建立大信号状态空间平均模型;

基于大信号状态空间平均模型,估计恒功率负载的功率;

基于微分的平坦型,结合估计获得的恒功率负载的功率,对原本非线性的系统状态空间方程进行坐标变换,得到线性系统模型;

针对线性系统模型,基于滑模控制理论,设计积分滑模控制的滑模面,基于滑模面设计控制律;

将控制律进行反变换,得到带恒功率负载的直流降压变换器的控制率,将其作为占空比输入;再经由PWM控制得到固定频率的变换器驱动信号,通过对占空比的实时控制,调整变换器的输出电压;

估计恒功率负载的功率的表达式如下:

其中,x1为滤波电感电流,x2为输出端电容电压,C为输出端电容的标称值, 为恒功率负载功率P的估计值, 为中间变量, 为中间变量 对时间的一阶导数,α为调节参数,需要满足条件α>0。

2.根据权利要求1所述的带恒功率负载直流降压变换器的积分滑模控制方法,其特征在于,大信号状态空间平均模型表示如下:其中,x1为滤波电感电流,x2为输出端电容电压,为滤波电感电流对时间的导数, 为输出端电容电压对时间的导数;L、C分别为滤波电感的标称值、输出端电容的标称值,Us为输入电压,d为占空比,ΔL和ΔC分别为滤波电感和输出端电容的参数摄动,P为恒功率负载功率。

3.根据权利要求1所述的带恒功率负载直流降压变换器的积分滑模控制方法,其特征在于,基于微分的平坦型,结合估计获得的恒功率负载的功率,对原本非线性的系统状态空间方程进行坐标变换,得到线性系统模型,具体包括:基于微分的平坦性,选取输出端电容的标称值构建所述变换器的平坦输出,平坦输出及其对时间的导数表示如下:其中 为平坦输出, 为平坦输出对时间的一阶导数, 为平坦输出对时间的二阶导数,L为滤波电感的标称值,Us为输入电压,d为占空比;

进行坐标变换包括:

其中, 为参考电压; 为平坦输出期望值, 为平坦输出期望值的导数, 为平坦输出误差, 为平坦输出误差的导数;

定义估计恒功率负载的功率误差 为:

考虑参数摄动和估计误差时平坦输出及其对时间的导数如下:其中, 为参考电压;Z为考虑参数摄动和估计误差时平坦输出,为考虑参数摄动和估计误差时平坦输出对时间的导数,y1为考虑参数摄动和估计误差时平坦输出的误差,y2为考虑参数摄动和估计误差时平坦输出误差的导数;

得到线性系统模型如下:

为估计恒功率负载的功率误差对时间的一阶导数, 是y1对时间的一阶导数, 是y2对时间的一阶导数,uy是线性系统的控制律。

4.根据权利要求3所述的带恒功率负载直流降压变换器的积分滑模控制方法,其特征在于,滑模面表示为:其中,s为滑模面,k1和k2为滑模面参数,满足k1>0且k2>0,t为时间;

线性系统的控制律表示为:

为关于滑模面s的符号函数,k3为滑模面参数。

5.根据权利要求4所述的带恒功率负载直流降压变换器的积分滑模控制方法,其特征在于,占空比d表示如下:

6.带恒功率负载直流降压变换器的积分滑模控制系统,其特征在于,所述变换器包括:为输入电源、输出端电容、滤波电感、恒功率负载、续流二极管和开关管;所述输入电源的正极连接开关管的漏极,所述开关管的源极连接续流二极管的阴极和滤波电感的一端,滤波电感的另一端分别连接输出端电容的一端和恒功率负载的一端,所述输入电源的负极连接续流二极管的阴极、滤波电容的另一端和恒功率负载的另一端;

所述积分滑模控制系统包括:电流传感器、电压传感器、坐标变换模块、功率观测器、积分滑模控制器、坐标反变换模块和PWM模块,所述电流传感器,用于获取滤波电感的电流;

所述电压传感器用于获取输出端电容的电压;

所述功率观测器,用于根据获取的电流和电压建立大信号状态空间平均模型;基于大信号状态空间平均模型,估计恒功率负载的功率;

所述坐标变换模块,用于基于微分的平坦型,结合估计获得的恒功率负载的功率,对原本非线性的系统状态空间方程进行坐标变换,得到线性系统模型;

所述积分滑模控制器,用于针对所述坐标变换模块得到的线性系统模型,基于滑模控制理论,设计积分滑模控制的滑模面,基于滑模面设计控制律;

所述坐标反变换模块,用于将控制律进行反变换,得到带恒功率负载的直流降压变换器的控制率,将其作为占空比输入;

所述PWM模块,用于基于占空比,通过PWM控制得到固定频率的变换器驱动信号,通过对占空比的实时控制,调整变换器的输出电压;

估计恒功率负载的功率的表达式如下:

其中,x1为滤波电感电流,x2为输出端电容电压,C为输出端电容的标称值, 为恒功率负载功率P的估计值, 为中间变量, 为中间变量 对时间的一阶导数,α为调节参数,需要满足条件α>0。