一种基于切换控制的直流-直流变换器的控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111969848A(43)申请公布日2020.11.20(21)申请号202010643756.3(22)申请日2020.07.07(71)申请人广东工业大学地址510062广东省广州市大学城外环西路100号(72)发明人李攀硕杨洪竞鲁仁全周琪(74)专利代理机构广东广信君达律师事务所44329代理人陈胜杰(51)Int.Cl.H02M3/156(2006.01)H02M1/14(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图1页(54)发明名称一种基于切换控制的直流-直流变换器的控制方法(57)摘要本发明公开了一种基于切换控制的直流‑直流变换器的控制方法，采用了基于数据采样的切换系统模型，并且设计了一个控制效果好的切换律。考虑DC‑DC变换器的所有状态变量动态信息，构建了能够保留了变换器的所有状态变量信息的非线性数学模型模型；设计一个误差追踪反馈型的切换律，有效控制了DC‑DC变换器的状态频率，有效降低了输出参数波纹；本发明方法通过仿真调整DC‑DC变换器以及切换系统模型中的参数，并反馈到其他的控制过程中，确保DC‑DC的低切换频率和低输出电压波纹以及输出电流波纹。解决DC‑DC变换器的高变换频率问题，实现了变换器的低输出纹波，实现DC‑DC变换器的高电能转换效率，降低能源损耗，提高电气性能。CN111969848ACN111969848A权利要求书1/2页1.一种基于切换控制的直流-直流变换器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，构建直流-直流DC-DC变换器的基本模型所述基本模型包括DC-DC变换器、数模转换器ADC、切换控制器、DPWM模块单元、开关信号驱动器，其中，DC-DC降压变换器、数模转换器ADC、切换控制器、DPWM模块单元、开关信号驱动器依次连接，开关信号驱动器的输出端连接DC-DC降压变换器；所述数模转换器用于对DC-DC降压变换器输出电压及电感电流进行采样处理，输出采样得到的离散信号；所述切换控制器用于根据离散信号进行误差追踪信号的处理，输出切换条件；所述DPWM模块单元用于根据切换条件产生用于对所述开关信号驱动器进行控制的开关控制信号；DC-DC变换器的连续动态表示为：T2x(t)＝[iL,VC]∈R其中，iL表示电感电流，Vc为输出电压，r为电感寄生电阻，L为电感、C为电容，Vg为直流2稳压电源，x(t)为状态变量，为x(t)的一阶导数，R为实数集，Aσ、Bσ为状态参数，有两种取值情况；当σ取值为1和2时，即(A1，A2)和(B1，B2)；步骤2，设计切换控制器的切换控制率所述切换控制率表示为：T其中，表示(x(k)-xe)Pi(x(k)-xe)达到最小值时i＝σ(x(k))的取值，xe＝[iLeTVCe]表示DC-DC变换器在开关断开、闭合两种不同状态的平衡参考值，iLe、VCe表示在两种不同状态下的输出电压、电感电流；-1xe＝-(λA1+(1-λ)A2)(λB1+(1-λ)B2)，其中λ为自由变量，通过调节λ的取值改变DC-DC变换器的输出参考值；Tx(k)表示在状态变量x(t)＝[iL,VC]在经过数模转换器ADC的离散化之后的离散信号的值，T＝tk+1-tk表示数模转换器ADC离散采样间隔，且数模转换器的离散采样频率fk＝1/T；式中T为一个有最大上界值的时变参数，即0＜T＜Tmax，Tmax为最大采样间隔值且为一个已知的给定参数；Pi为切换控制率的待定参数矩阵，其中i代表DC-DC变换器的状态，可取为1或2；步骤3，利用稳定性判据，求解控制率的待定参数矩阵Pi，从而得到切换控制率σ(x(k))；步骤4，通过切换控制率对DC-DC变换器进行控制在DC-DC变换器的状态输出后，通过模数转化器将连续的状态变量x(t)进行采样离散化后，将离散状态变量与参考输出值相比较得到的误差(x(k)-xe)代入切换控制律中进行判断，确定切换控制律σ(x(k))的取值；切换控制律通过DPWM模块单元生成的切换信号，由2CN111969848A权利要求书2/2页开关信号驱动器实现对DC-DC变换器的开关元器件的控制，从而影响到DC-DC变换器的状态变量x(t)的输出值。2.根据权利要求1所述的基于切换控制的直流-直流变换器的控制方法，其特征在于，所述DC-DC变换器采用降压型变换电路，包括直流稳压电源Vg、电容C、电感L、负载电阻R、由所述开关信号驱动器组成的开关元件Sw、二极管D、电感寄生电阻r，其中，二极管D、电容C以及负载电阻R分别并联在直流稳压电源Vg两端，开关元件串联在二极管D的负极与直流稳压电源Vg的正极之间，电感寄生电阻r、电感L串联在二极管D的负极与电容C之间，则负载电阻R两端为输出电压Vc，流经电感L的电流i