CN111371322A - 一种基于有限时间收敛观测器的Boost型变换器控制方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于有限时间收敛观测器的Boost型变换器控制方法及***，属于电力电子及其控制技术领域。本发明包括有限时间收敛观测器模块、非奇异终端滑模控制器模块和PWM模块，其设计步骤为：选择电感电流iL和输出电压Vo作为***的状态变量，建立Boost变换器关于电感电流iL和输出电压Vo的微分方程；根据微分方程设计有限时间收敛观测器并得到
将
与传统的非奇异终端滑模控制方法相结合，设计出新的非奇异终端控制器；将新的控制器的输出控制量与锯齿波同时输入到PWM模块中，产生PWM信号去驱动控制Boost变换器中的功率器件。本发明在负载电阻和输入电压发生突变时，输出电压仍可以在有限时间内收敛到参考电压，改善了***的动态、稳态以及抗干扰性能。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子及其控制技术领域，更具体地说，涉及一种基于有限时间收敛观测器的Boost型变换器控制方法及***。
背景技术
DC-DC变换器的核心是控制算法，控制算法的主要任务是维持输出电压的稳定与抵消***参数化不确定性，其优劣直接决定了DC-DC变换器的运行效果。传统的线性控制策略主要有电压控制策略、峰值电流控制策略与平均电流控制策略。其中电压控制策略动态响应较慢，从而导致出现负载变化等扰动时的抗干扰性能差；而峰值电流控制策略(将电感电流引入回路)，具备更快的响应速度，但在占空比超过50％的情况下，会出现次谐波震荡；平均电流控制策略有高增益的误差放大器，可以实现电流精确跟踪控制，抑制噪声的能力强，其电流内环补偿器可以抑制次谐波震荡，不需要斜坡补偿，但平均电流控制策略中需要两个误差放大器，其参数整定比较复杂，在很大程度上增加了***的复杂程度。近年来，为了获得更高性能的DC-DC变换器，很多专家学者提出一些新的控制技术，它们分别从不同的方面提高了DC-DC变换器的性能，接下来对这些先进的控制方法进行简要的介绍：
(1)自适应控制
DC-DC变换器的控制器设计过程中，可能存在着模型参数不确定***的控制问题，因此就需要采用自适应控制算法。自适应控制就是设计自适应律得到不确定量的在线估计值，进而抵消不确定对***性能的影响。优点是可以完全抵消***参数化不确定性，使被控***的稳态误差趋近于零，实现无误差跟踪；局限是由于自适应控制是面向稳态性能的，忽略了对动态性能的影响，因此***的输出可能会出现超调量等问题。
(2)滑模变结构控制
滑模控制属于鲁棒控制，也是非线性控制策略的一种，是一种变结构控制策略。滑模控制器的设计包括两个步骤：第一，在状态空间中设计一个滑模面，该滑模面一般是期望状态的一个线性或非线性组合；第二，设计一种控制律使任意初始状态点都能在有限时间内到达滑模面，并驻留在滑模面上，最后稳定在***的平衡点，也就是稳定于***输出期望值的附近。滑模控制的优点是：对内部参数的摄动和外部干扰作用具有不变性、鲁棒性，适用于处理一般的受扰***和时变不确定***，具有很强的鲁棒性及适应性。滑模控制也有局限性，最主要的一点是前面提到的抖振现象。它不仅会很大程度上影响控制精度，也会磨损硬件电路。这是滑模控制不可避免的缺点，但是也是存在一些降低抖振的方法的，包括用饱和函数、反正切函数近似替代符号函数，从而进一步改善***的动态性能。
(3)模糊控制
模糊控制理论最早运用在变换器领域。传统的控制方法都是基于被控***的数学模型进行控制器的设计。然而，由于***复杂，***参数不确定等原因，精确数学模型建立是困难的，因此，模糊控制的方法应运而生。模糊控制不需要建立被控***的数学模型，直接运用语言的形式表达控制器设计者的直觉和经验。模糊控制的主要过程分三部分：模糊化，模糊规则推理，去模糊化。模糊控制的优势在于不需要***的准确数学模型，而是主要依靠控制器设计者的经验，所以很适合于直流开关变换器这种非线性的***。但是模糊控制存在一些缺点，比如，控制器函数选择没有具体依据，从而没有设计和分析控制器的***方法，不能保证规则库的完整性。
(4)无源性控制
无源性控制目前已经成为了设计控制***的重要的方法之一，它起源于网络理论以及其它物理分支学科。该方法通过配置***能量耗散方程中的无功力，迫使***总能量跟踪预期的能量函数，并使***的状态变量渐近收敛到期望值。利用无源性方法设计控制器可以避免复杂的控制规律，并且设计过程比较简单、实现也比较容易，在非线性***的稳定性和控制***的设计方面得到了广泛应用。另外，将无源性控制方法与其它先进的非线性方法的结合及应用也获得了广泛的关注。
期刊《中国电机工程学报》中第31卷，第30期，第16-22页，提出了一种改进的Boost变换器精确反馈线性化滑模变结构控制***，研究了基于精确反馈线性化的Boost变换器滑模变结构控制方法，应用该方法设计了基于Boost变换器的滑模变结构控制器，并对该控制***进行了实验分析。结果表明，这种改进的Boost变换器精确反馈线性化滑模变结构控制算法对Boost变换器***是适合的，具有较强的实用性。但是该***的不足之处在于：虽然该控制***具有较强的实用性，但是该控制***主要是通过研究精确反馈线性化非线性控制进行改进，并未考虑到参数的不确定性。
期刊《电气传动》中第49卷，第5期，第55-58页，提出了基于状态观测器的DC-DC升压变换器滑模控制方法，依据典型的基于PWM的DC-DC升压变换器平均电路模型，按照***控制目标，采用状态观测器实时估计输入电压和负载电阻的值，并将估计值反馈给控制器；利用估计值设计自适应滑模面，并结合指数趋近律得到控制律，使变换器输出电压能够跟踪参考电压，仿真验证该控制方法合理有效。但是该方法的不足之处在于：虽然可以改善传统PI控制策略动态响应较慢、稳态性能较差和对负载变化和输入电压变化等扰动的抗干扰性能差的问题，但是并未对传统线性滑模函数存在的缺陷进一步进行研究。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有Boost型变换器中使用的传统滑模控制方法动态响应较慢、稳态性能较差以及当出现负载变化和输入电压变化等扰动时的抗干扰性能差的问题，提出了一种基于有限时间收敛观测器的Boost型变换器控制方法及***；本发明在传统的非奇异终端滑模控制策略的基础上，采用了可以对负载和输入电压进行有限时间估计的有限时间收敛观测器模块，当负载电阻和输入电压发生突变时，输出电压仍可以在有限时间内收敛到参考电压，从而改善了***的动态和稳态性能。
2、技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种基于有限时间收敛观测器的Boost型变换器控制方法，包括以下几个步骤：
步骤一、选择电感电流iL和输出电压Vo作为***的状态变量，并基于基尔霍夫电压和电流定律，推导出功率器件导通和关断时Boost变换器的微分方程，以及Boost变换器在连续导通模式下的平均状态方程，得到关于电感电流iL和输出电压Vo的微分方程；
步骤二、根据得到的电感电流iL和输出电压Vo的微分方程，设计一种有限时间收敛观测器，从而得到
其中，R为负载电阻，θ＝1/R，
为θ估计值的微分，
为输入直流电压Vin的估计值的微分；
步骤三、将由有限时间收敛观测器得到的
与传统的非奇异终端滑模控制方法相结合，设计出一种新的非奇异终端滑模面函数S1及非奇异终端滑模控制律；
步骤四、将控制器的输出控制量与锯齿波同时输入到PWM模块中产生PWM信号去驱动控制Boost变换器中的功率器件。
本发明的一种基于有限时间收敛观测器的Boost型变换器控制***，包括有限时间收敛观测器模块、非奇异终端滑模控制器模块和PWM模块，所述的三个模块串行，有限时间收敛观测器模块对负载和输入电压进行有限时间估计，得到
并将其与传统非奇异终端滑模控制方法结合设计出新的非奇异终端滑模控制器模块，最终将非奇异终端滑模控制器模块的输出控制量与锯齿波同时输入到PWM模块中产生PWM信号。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种基于有限时间收敛观测器的Boost型变换器控制方法，基于Boost变换器的模型，以***的电感电流、电容电压为状态变量，依靠时间平均技术，将时变、非线性的开关电路转换为等效的时不变、线性的连续电路，搭建通用的***状态空间平均模型，从而该控制方法的实用性更强。
(2)本发明的一种基于有限时间收敛观测器的Boost型变换器控制方法，结合了有限时间收敛观测器模块和滑模变结构控制技术，所设计的控制***具有强鲁棒性，消除了传统线性化控制方法对***数学模型的强依赖性，为先进控制方法的工程应用提供了理论途径，且控制律简单，具有工程实用价值。
(3)本发明的一种基于有限时间收敛观测器的Boost型变换器控制方法，其有限时间收敛观测器结合滑模变结构的复合控制策略，可以推广到其他更复杂的电力电子***中，譬如PFC、APF及电机控制等，为电力电子变换器的控制器设计提供了一定的借鉴作用。
(4)本发明的一种基于有限时间收敛观测器的Boost型变换器控制***，通过有限时间收敛观测器模块、非奇异终端滑模控制器模块和PWM模块三个模块的串行使用，在传统的非奇异终端滑模控制方法的基础上，采用了可以对负载和输入电压进行有限时间估计的有限时间收敛观测器模块，当负载电阻和输入电压发生突变时，输出电压仍可以在有限时间内收敛到参考电压，从而克服了传统滑模控制方法动态响应较慢、稳态性能较差以及当出现负载变化和输入电压变化等扰动时的抗干扰性能差的问题。
附图说明
图1为Boost变换器电路图；
图2为本发明的Boost变换器的控制结构图；
图3为本发明与传统方法控制下输入电压变化时的输出电压对比波形图；
图4为本发明与传统方法控制下负载电阻变化时的输出电压对比波形图；
图5为本发明与传统方法控制下参考电压变化时的输出电压对比波形图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例的一种基于有限时间收敛观测器的Boost型变换器控制方法及***，其在Boost电路的基础上设计新型控制***，包括有限时间收敛观测器模块、非奇异终端滑模控制器模块和PWM模块，三个模块的串行使用，并进行了综合设计，保证模块之间能够协调运行。其设计方法是在对传统非奇异终端滑模控制研究基础上提出的一种新方法，下面将对本实施例的控制方法原理及实现进行具体描述：
步骤一、建立Boost变换器的数学模型
结合图1，其中，Vin为输入直流电压，VT为可控功率器件，Vo为输出电压，D为续流二极管，L为滤波电感，C为滤波电容，R为负载电阻，θ＝1/R，iL为电感电流。通过对Boost变换器中功率器件的导通和关断情况进行分析，选择电感电流iL和输出电压Vo作为***的状态变量，并基于基尔霍夫电压和电流定律，可以推导出功率器件导通和关断时Boost变换器的微分方程分别为：
可以推导出在连续导通模式下，Boost变换器的平均状态方程如下：
其中，μ为控制输入，即功率器件的占空比，且满足μ∈[0，1]。
本实施例以***的电感电流iL、电容电压(即输出电压Vo)为状态变量，依靠时间平均技术，将时变、非线性的开关电路转换为等效的时不变、线性的连续电路，搭建通用的***状态空间平均模型，从而该控制方法的实用性更强。
步骤二、有限时间收敛观测器的设计
结合图2，考虑到在实际***中，Boost电路中的负载电阻与输入电压变化对***恒压输出性能造成的负面影响，提出了一种有限时间收敛观测器，实现对未知参数的实时估计，基于得到的电感电流iL和输出电压Vo的平均状态方程，设计如下所示的有限时间收敛观测器，从而得到
其中，Vref是电路的输出电压给定参考值，
分别为Vo,iL,θ,Vin的估计值，
分别为
的微分，k1,k2,k3,k4为估计器增益，且满足k1>0,k2>0,k3>0,k4>0，0.5<α1,α2<1,α3＝2α1-1,α4＝2α2-1。
步骤三、基于有限时间收敛观测器的非奇异终端滑模控制器的设计
将由有限时间收敛观测器得到的
与传统的非奇异终端滑模控制方法相结合，设计出一种新的非奇异终端滑模面函数S1及非奇异终端滑模控制律。
(1)传统的非奇异终端滑模控制律设计
考虑到Boost变换器的非最小相位特性以及电感和电容两个储能元件，采用构造储能函数的方法来设计非奇异终端滑模面函数S以及选择指数趋近律来设计相应的非奇异终端滑模控制律；
构造的储能函数
表达式如下：
结合公式(1)，则可以得到该状态的***动态方程为：
其中，
为储能函数
的微分，
为
的微分，Vref为输出电压的参考值，iLref为电感电流的参考值，通过对状态方程的平衡点进行求解，可知稳态时电感电流参考值满足下列关系：
因此Boost变换器储能函数及其微分的参考值分别为：
当***处于稳态时，则有：
此外，又因为：
所以可以推导出iL将跟踪iLref，Vo将跟踪Vref。
分别令e1,e2为储能函数的误差值和储能函数误差微分值，则有：
对公式(11)进行求导，并将公式(3)代入，可得：
相应的非奇异终端滑模面函数设计为：
其中，
且设计参数p和q均为正奇数，β>0，为设计参数；
对该非奇异终端滑模面函数S进行求导，并将公式(9)代入，可得：
此外，为确保***在有限时间内可以从任意状态趋向滑模面，可选择指数趋近律来设计滑模控制律，选择的指数趋近律如下：
其中，待设计的参数ε,η>0。
联立公式(14)和公式(15)可得非奇异终端滑模控制律为：
(2)新的非奇异终端滑模控制律设计
考虑到传统的非奇异终端滑模控制律设计过程中，忽略了负载电阻和输入电压等***不确定因素发生变化时，带来的对输出电压的影响，本实施例结合
和传统的非奇异终端滑模控制方法，设计新的非奇异终端滑模面函数及非奇异终端滑模控制律，从而实现对***给定电压跟踪的快速性和准确性。
考虑到Boost变换器的储能误差***，并结合式(13)，新的非奇异终端滑模面函数S1设计如下：
其中，待设计的参数β1>0，p和q均为正奇数，且满足1<p/q<2，
为e1,e2的估计值，具体表达式如下：
此时，对于Boost***而言，新的非奇异终端滑模控制律表达式如下：
步骤四、驱动
将新的非奇异终端滑模控制器的输出控制量与锯齿波同时输入到PWM模块中，产生PWM信号去驱动控制Boost变换器中的功率器件。
本实施例的一种基于有限时间收敛观测器的Boost型变换器控制器的设计过程通过Matlab/Simulink仿真平台进行了仿真验证。仿真实验将传统滑模控制方法(SMC)和新型非奇异终端滑模控制方法(NTSMC+FCO)下的波形进行对比。
通过仿真，得到输入电压存在扰动情况下，在传统滑模控制方法下的输出电压波形和本实施例采用的控制方法下的输出电压波形，参见图3。通过对比可知，相对于传统滑模控制方法，本实施例采用的控制方法下输出电压的变化幅度较小且能很快收敛到期望值，使***具有更良好的动态性能。
由图4可知，在参考电压存在扰动情况下，相比传统滑模控制，当再一次达到稳态时，本实施例采用的控制方法使***获得更快的动态响应速度，具有更好的抗干扰能力。由图5可知，在负载电阻存在扰动情况下，相比传统滑模控制，当再一次达到稳态时，本实施例采用的新型非奇异终端滑模控制方法收敛速度明显更快，且超调更小，使***具有更快的收敛性和较强的抗负载变化能力。
相比于传统滑模控制方法，本实施例在传统的非奇异终端滑模控制方法的基础上，采用了可以对负载和输入电压进行有限时间估计的有限时间收敛观测器模块，当负载电阻和输入电压发生突变时，输出电压仍可以在有限时间内收敛到参考电压，从而克服了传统滑模控制方法动态响应较慢、稳态性能较差以及当出现负载变化和输入电压变化等扰动时的抗干扰性能差的问题，改善了***的动态和稳态性能。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于有限时间收敛观测器的Boost型变换器控制方法，其特征在于，其步骤为：
步骤一、选择电感电流iL和输出电压Vo作为***的状态变量，并基于基尔霍夫电压和电流定律，推导出功率器件导通和关断时Boost变换器的微分方程，以及Boost变换器在连续导通模式下的平均状态方程，得到关于电感电流iL和输出电压Vo的微分方程；
步骤二、根据得到的电感电流iL和输出电压Vo的微分方程设计一种有限时间收敛观测器并得到
其中，θ＝1/R，R为负载电阻，
为θ估计值的微分，
为输入直流电压Vin的估计值的微分；
步骤三、将由有限时间收敛观测器得到的
与传统的非奇异终端滑模控制方法相结合，设计出一种新的非奇异终端滑模面函数及非奇异终端滑模控制律；
步骤四、将新的非奇异终端滑模控制器的输出控制量与锯齿波同时输入到PWM模块中，产生PWM信号去驱动控制Boost变换器中的功率器件。
2.根据权利要求1所述的一种基于有限时间收敛观测器的Boost型变换器控制方法，其特征在于：步骤一中功率器件导通和关断时Boost变换器的微分方程如下：
其中，Vin为输入直流电压，L为滤波电感，C为滤波电容，θ＝1/R，R为负载电阻；
连续导通模式下，Boost变换器的平均状态方程如下：
其中，μ为功率器件的占空比，且满足μ∈[0，1]。
3.根据权利要求2所述的一种基于有限时间收敛观测器的Boost型变换器控制方法，其特征在于：步骤二中基于平均状态方程，设计如下所示的有限时间收敛观测器：
其中，
分别为Vo,iL,θ,Vin的估计值，
分别为
的微分，k1,k2,k3,k4为估计器增益，且满足k1>0,k2>0,k3>0,k4>0，0.5<α1,α2<1,α3＝2α1-1,α4＝2α2-1。
4.根据权利要求3所述的一种基于有限时间收敛观测器的Boost型变换器控制方法，其特征在于，步骤三中传统的非奇异终端滑模面函数以及非奇异终端滑模控制律的设计如下：
构造的储能函数
则可以得到该状态的***动态方程：
其中，
为储能函数
的微分，
为
的微分，Vref为输出电压的参考值，iLref为电感电流的参考值，通过对状态方程的平衡点进行求解，可知稳态时电感电流参考值满足下列关系：
因此Boost变换器储能函数及其微分的参考值分别为：
当***处于稳态时，则有：
此外，又因为：
所以可以推导出iL将跟踪iLref，Vo将跟踪Vref；
分别令e1,e2为储能函数的误差值和储能函数误差微分值，则有：
对公式(11)进行求导，可得：
相应的非奇异终端滑模面函数设计为：
其中，
且设计参数p和q均为正奇数，β>0，为设计参数；
对滑模面函数S进行求导，可得：
选择指数趋近律来设计滑模控制律，选择的指数趋近律如下：
其中，待设计的参数ε,η>0；
联立公式(14)和公式(15)可得非奇异终端滑模控制律为：
5.根据权利要求4所述的一种基于有限时间收敛观测器的Boost型变换器控制方法，其特征在于，步骤三中基于有限时间收敛观测器的、新的非奇异终端滑模面函数及非奇异终端滑模控制律的设计如下：
新的非奇异终端滑模面函数S1设计如下：
其中，待设计的参数β1>0，p和q均为正奇数，且满足1<p/q<2，
为e1,e2的估计值，具体表达式如下：
此时，对于Boost***而言，新的非奇异终端滑模控制律表达式如下：
6.一种基于有限时间收敛观测器的Boost型变换器控制***，其特征在于：包括有限时间收敛观测器模块、非奇异终端滑模控制器模块和PWM模块，所述的三个模块串行，有限时间收敛观测器模块对负载和输入电压进行有限时间估计，得到
并将其与传统非奇异终端滑模控制方法结合设计出新的非奇异终端滑模控制器模块，最终将非奇异终端滑模控制器模块的输出控制量与锯齿波同时输入到PWM模块中产生PWM信号。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112615538A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-04-06 | 安徽工业大学 | 一种基于扩张状态观测器的Boost型变换器的滑模控制方法 |
| CN112731798A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-30 | 大唐可再生能源试验研究院有限公司 | 基于dc-dc变换器的pi控制方法及控制器 |
| CN113093543A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-09 | 南京工业大学 | 一种非奇异终端滑模固定时间收敛控制方法 |
| CN114865916A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-08-05 | 佛山仙湖实验室 | 一种应用于氢燃料汽车的dc-dc变换器滑模控制方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5371669A (en) * | 1992-06-18 | 1994-12-06 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Sliding mode control method having terminal convergence in finite time |
| CN104734505A (zh) * | 2015-04-16 | 2015-06-24 | 哈尔滨工业大学 | Buck变换器电压—电流双闭环终端滑模控制方法 |
| CN105186863A (zh) * | 2015-08-14 | 2015-12-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于Buck变换器的连续非奇异终端滑模控制方法 |
| CN106877658A (zh) * | 2017-03-27 | 2017-06-20 | 江苏大学 | 一种功率变换器的复合非奇异终端滑模控制方法 |
| CN107994771A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-05-04 | 西安交通大学 | 一种buck变换器的非奇异终端滑模硬件控制电路及控制方法 |
| US20180203963A1 (en) * | 2016-12-22 | 2018-07-19 | Synopsys, Inc. | THREE-DIMENSIONAL NoC RELIABILITY EVALUATION |
| CN109245518A (zh) * | 2018-09-13 | 2019-01-18 | 浙江工业大学 | 一种降压型直流变换器固定时间滑模控制方法 |
-
2020
- 2020-03-13 CN CN202010173962.2A patent/CN111371322B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5371669A (en) * | 1992-06-18 | 1994-12-06 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Sliding mode control method having terminal convergence in finite time |
| CN104734505A (zh) * | 2015-04-16 | 2015-06-24 | 哈尔滨工业大学 | Buck变换器电压—电流双闭环终端滑模控制方法 |
| CN105186863A (zh) * | 2015-08-14 | 2015-12-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于Buck变换器的连续非奇异终端滑模控制方法 |
| US20180203963A1 (en) * | 2016-12-22 | 2018-07-19 | Synopsys, Inc. | THREE-DIMENSIONAL NoC RELIABILITY EVALUATION |
| CN106877658A (zh) * | 2017-03-27 | 2017-06-20 | 江苏大学 | 一种功率变换器的复合非奇异终端滑模控制方法 |
| CN107994771A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-05-04 | 西安交通大学 | 一种buck变换器的非奇异终端滑模硬件控制电路及控制方法 |
| CN109245518A (zh) * | 2018-09-13 | 2019-01-18 | 浙江工业大学 | 一种降压型直流变换器固定时间滑模控制方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JIE PAN等: ""Finite-time control for DC-DC boost converter using nonsingular terminal sliding modes via exact feedback linearization"", 《2017 36TH CHINESE CONTROL CONFERENCE (CCC)》 * |
| JUNXIAO WANG等: "Finite-time disturbance observer based non-singular terminal sliding-mode control for pulse width modulation based DC–DC buck converters with mismatched load disturbances", 《IET POWER ELECTRONICS ( VOLUME: 9, ISSUE: 9, 7 27 2016)》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112731798A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-30 | 大唐可再生能源试验研究院有限公司 | 基于dc-dc变换器的pi控制方法及控制器 |
| CN112731798B (zh) * | 2020-12-21 | 2023-06-30 | 大唐可再生能源试验研究院有限公司 | 基于dc-dc变换器的pi控制方法及控制器 |
| CN112615538A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-04-06 | 安徽工业大学 | 一种基于扩张状态观测器的Boost型变换器的滑模控制方法 |
| CN113093543A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-09 | 南京工业大学 | 一种非奇异终端滑模固定时间收敛控制方法 |
| CN114865916A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-08-05 | 佛山仙湖实验室 | 一种应用于氢燃料汽车的dc-dc变换器滑模控制方法 |
| CN114865916B (zh) * | 2022-07-06 | 2022-10-14 | 佛山仙湖实验室 | 一种应用于氢燃料汽车的dc-dc变换器滑模控制方法 |
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