一種Buck-Boost變換器系統的非線性控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Buck-Boost變換器系統的非線性控制方法，其特征是：首先獲得輸入電壓、電感電流、電容電壓和Buck-Boost變換器主電路的狀態(tài)平均模型，其次獲得Buck-Boost變換器系統的協同控制律，再次獲得電感電流期望值，最后獲得所述Buck-Boost變換器系統的協同無源控制律，從而實現對所述Buck-Boost變換器系統的非線性控制。本發(fā)明能有效消除Buck-Boost變換器系統電感電流的瞬態(tài)超調，減小電容電壓的穩(wěn)態(tài)誤差，從而提高Buck-Boost變換器系統的穩(wěn)定性。
【專利說明】一種Buck-Boost變換器系統的非線性控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種DC-DC變換器控制系統，更具體地說是一種具有升壓和降壓功能的Buck-Boost變換器系統的非線性控制方法。
【背景技術】
[0002]Buck-Boost變換器由于具有結構簡單、輸入電壓范圍寬和靈活實現升壓與降壓控制等優(yōu)點，因此在電力電子領域得到了廣泛的應用。
[0003]Buck-Boost變換器通常采用經典的電流內環(huán)和電壓外環(huán)的雙閉環(huán)PI控制，但Buck-Boost變換器系統在輸入電壓變化、負載變化及其電路電子器件參數發(fā)生改變條件下，經典的雙閉環(huán)PI控制往往無法獲得滿意的系統動態(tài)和靜態(tài)控制性能，甚至會出現系統不穩(wěn)定運行的現象，尚需尋求高性能的非線性控制策略。
[0004]對Buck-Boost變換器，常用的非線性控制策略有滑?？刂?、無源控制和協同控制等。采用滑?？刂圃O計的系統，具有較強的魯棒性，但此種控制不能使開關管MOS工作在固定的頻率下，輸出電壓穩(wěn)態(tài)誤差較大，對濾波器的設計要求較高。
[0005]無源控制是基于能量耗散理論，對外部擾動和系統參數變化均具有較強魯棒性技術優(yōu)勢，但研究表明:對較大范圍的外部擾動，無源控制下Buck-Boost變換器的輸出電壓穩(wěn)態(tài)誤差較大。為改善系統性能，在無源控制的基礎上，引入滑?？刂?，有效抑制了Buck-Boost變換器電感電流的瞬態(tài)超調，但針對負載擾動，Buck-Boost變換器系統仍然存在較大的輸出電壓穩(wěn)態(tài)誤差。更有將無源控制和PI控制相結合的控制策略，針對外部擾動，Buck-Boost變換器系統雖然能夠鎮(zhèn)定到平衡點，但電感電流存在瞬態(tài)超調，且輸出電壓穩(wěn)態(tài)誤差依然較大。
[0006]非線性控制中的協同控制，是基于定向自組織原理，按照協同控制理論設計的控制器具有較好的穩(wěn)態(tài)特性和動態(tài)性能，并對參數的變化具有很強的魯棒性。但研究表明:協同控制下Buck-Boost變換器的電感電流存在較大的瞬態(tài)超調。為改善系統性能，在協同控制的基礎上，改進協同控制中的宏變量的選取，在一定程度上減小但不能完全消除電感電流的瞬態(tài)超調，是以增加軟件開銷為代價，尚需尋找有效抑制電感電流瞬態(tài)超調的控制方法。在協同控制基礎上引入遺傳算法優(yōu)化協同控制器參數，因宏變量選取時包含積分環(huán)節(jié)，在輸入電壓變化、負載變化及其電路電子器件參數發(fā)生改變條件下，Buck-Boost變換器系統能夠鎮(zhèn)定至平衡點，但Buck-Boost變換器的電感電流依然存在瞬態(tài)超調，且在協同控制策略中引入積分環(huán)節(jié)，采用遺傳算法優(yōu)化控制器參數導致控制策略復雜，增加了軟件開銷，不易于控制算法的實時實現。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明是為了克服現有技術存在的不足之處，提供一種結構簡單且易于實現的Buck-Boost變換器系統的非線性控制方法，能有效消除Buck-Boost變換器系統電感電流的瞬態(tài)超調，減小電容電壓的穩(wěn)態(tài)誤差，從而提高Buck-Boost變換器系統的穩(wěn)定性。[0008]本發(fā)明為解決技術問題采取如下技術方案:
[0009]本發(fā)明一種Buck-Boost變換器系統的非線性控制方法的特點是:所述Buck-Boost變換器系統的組成包括=Buck-Boost變換器主電路、輸入電壓檢測調理電路、電感電流檢測調理電路、電容電壓檢測調理電路、開關管驅動電路和處理器模塊，所述Buck-Boost變換器主電路是由輸入電源、開關管M0S、電感L、二極管D、電容C和負載R組成；所述Buck-Boost變換器系統的非線性控制方法按如下步驟進行:
[0010]步驟一、獲得輸入電源的輸入電壓Uin、電感L的電流ip電容C的電壓Uc和Buck-Boost變換器主電路的狀態(tài)平均模型:
[0011]1.1、由所述輸入電壓檢測調理電路、電感電流檢測調理電路和電容電壓檢測調理電路分別獲得輸入電源的輸入電壓uin、電感L的電流k和電容C的電壓Uc ；
[0012]1.2、令Ii1=X1, Ue=X2,在連續(xù)工作模式下,獲得所述Buck-Boost變換器主電路的狀態(tài)平均模型如式(1)所示:
【權利要求】
1.一種Buck-Boost變換器系統的非線性控制方法,其特征是:所述Buck-Boost變換器系統的組成包括=Buck-Boost變換器主電路、輸入電壓檢測調理電路、電感電流檢測調理電路、電容電壓檢測調理電路、開關管驅動電路和處理器模塊，所述Buck-Boost變換器主電路是由輸入電源、開關管M0S、電感L、二極管D、電容C和負載R組成；所述Buck-Boost變換器系統的非線性控制方法按如下步驟進行: 步驟一、獲得輸入電源的輸入電壓Uin、電感L的電流k、電容C的電壓Uc和Buck-Boost變換器主電路的狀態(tài)平均模型: . 1.1、由所述輸入電壓檢測調理電路、電感電流檢測調理電路和電容電壓檢測調理電路分別獲得輸入電源的輸入電壓Uin、電感L的電流k和電容C的電壓Uc ； . 1.2、令Ii1=X1, Ue=X2,在連續(xù)工作模式下,獲得所述Buck-Boost變換器主電路的狀態(tài)平均模型如式(I)所示:

【文檔編號】H02M3/155GK103683922SQ201310693250
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權日:2013年12月17日
【發(fā)明者】李紅梅, 葉幫紅, 周亞男, 姚宏洋, 張恒果 申請人:合肥工業(yè)大學