CN111769739A - 一种Boost变换器的自适应控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种Boost变换器的自适应控制方法，基于Boost变换器连续导电模式下的平均数学模型，包括获取所述Boost变换器连续导电模式下平均数学模型的两个状态变量，包括电感电流和电容电压；根据给定的Boost变换器期望输出电压，通得到估计的未知参数矩阵；利用所述状态变量、估计的参数矩阵和期望输出电压根据式计算得到对变换器的控制输入；由控制输入计算得到动态计算的期望输出电压。本发明提出的Boost变换器的自适应控制方法，不需要输入电压信息也不需要变换器所接负载信息，通过自适应控制参数矩阵即能得到输出电压的动态方程。

Description

一种Boost变换器的自适应控制方法
技术领域
本发明属于变换器自动控制技术领域，涉及一种Boost变换器的自适应控制方法。
背景技术
目前针对Boost变换器有几种基于自适应的反馈控制方法，如基于滑模控制的自适应PWM控制方法，自适应模糊神经控制方法等，这些方法都需要变换器的输入电压的信息及负载电阻的信息。然而变换器的输入电压可能是变化的，需要增加电压传感器实时检测，并且变换器所接的负载是多种多样的，并且其阻抗可能是变化的，同样需要对负载阻抗进行实时检测，实现过程即需要实时检测输出电压、输出电流进行计算，增加了变换器控制的复杂度。
因此，提供一种既不需要输入电压信息也不需要变换器所接负载信息的Boost变换器的自适应控制方法是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明针对上述研究现状和存在的问题，提供了一种Boost变换器的自适应控制方法，根据设置的期望输出电压以及实时采样获得的电感电流、电容电压通过计算得到驱动信号控制Boost变换器使其输出电压稳定至预设的参考输出电压。
为实现上述目的其具体方案如下：
一种Boost变换器的自适应控制方法，基于Boost变换器连续导电模式下的平均数学模型，包括如下步骤：
获取所述Boost变换器连续导电模式下平均数学模型的两个状态变量，包括电感电流x1和电容电压x2；
根据给定的Boost变换器期望输出电压x2d，通过下式计算估计的参数矩阵
Figure BDA0002560669520000021
Figure BDA0002560669520000022
其中，
Figure BDA0002560669520000023
E为输入直流电压；Go为负载电导；
Figure BDA0002560669520000024
Γ1，Γ2＞0，为增益矩阵用来调整参数的收敛速度；σ为正常数；
Figure BDA0002560669520000025
Figure BDA0002560669520000026
x1d为电感电流的期望值；
利用所述状态变量、估计的参数矩阵和期望输出电压根据式计算得到对变换器的控制输入u；
根据下式计算得到动态计算的期望输出电压x2d：
Figure BDA0002560669520000027
其中，
Figure BDA0002560669520000028
优选的，自适应控制方程
Figure BDA0002560669520000029
使李雅普诺夫函数的导数
Figure BDA00025606695200000210
李雅普诺夫函数为：
Figure BDA00025606695200000211
其中，
Figure BDA00025606695200000212
本发明相较现有技术具有以下有益效果：
本发明既不需要输入电压信息也不需要变换器所接负载信息，简化了变换器的控制过程，实现了自动化，降低了对变换器控制的计算复杂度。在需要获取的信息较少的情况下也能达到控制目的，装置所需的电压、电流传感器较少，因此成本低、可靠性高。通过自适应控制参数矩阵即能得到输出电压的动态方程。控制方法根据设置的期望输出电压以及实时采样获得的电感电流、电容电压通过计算得到驱动信号控制Boost变换器使其输出电压稳定至预设的期望输出电压，并且这种控制方法也可以较容易地推广应用于其他类型的DC-DC变换器(如buck变换器、升降压变换器等)中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明Boost变换器原理图；
图2是本发明Boost变换器的自适应控制方法的原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Boost变换器的原理图如图1所示。Boost变换器连续导电模式下的平均数学模型如式(1)、(2)。
Figure BDA0002560669520000031
Figure BDA0002560669520000032
式中，
Figure BDA0002560669520000033
x2＝uC分别是流过电感L电流和电容C两端电压；控制输入量u为开关器件VT占空比d；E为输入直流电压；Go为负载电导(Go＝1/Ro)。
令
Figure BDA0002560669520000034
未知量参数矩阵
Figure BDA0002560669520000035
相应的估计矩阵
Figure BDA0002560669520000036
Figure BDA0002560669520000037
式中，
Figure BDA0002560669520000038
控制器的目标是使输出电压x2达到设定值VR，即输出电压的期望值x2d＝VR。根据Boos t变换器的特性，电感电流x1的期望值
Figure BDA0002560669520000041
令因此，误差动态方程如下所示。
Figure BDA0002560669520000043
上式左右两端加上
Figure BDA0002560669520000044
整理得
Figure BDA0002560669520000045
Figure BDA0002560669520000046
式中，
Figure BDA0002560669520000047
R1＞0，Cd＝C+RI，
Figure BDA0002560669520000048
为阻尼，矩阵中R1是常数，一般取值范围0-1之间。
假设Ψ被一已知矩阵Υ代替，且
Figure BDA0002560669520000049
则式(5)变为
Figure BDA00025606695200000410
式中，
Figure BDA00025606695200000411
考虑下面的李雅普诺夫函数，
Figure BDA00025606695200000412
式中，
Figure BDA00025606695200000413
Γ1，Γ2＞0，为增益矩阵用来调整参数的收敛速度，一般可取单位阵。
由式(7)、(8)得
Figure BDA00025606695200000414
式(9)为自适应控制方程，该式使李雅普诺夫函数的导数
Figure BDA00025606695200000415
式(9)中，σ为常数(σ＞0)。
为了满足
Figure BDA00025606695200000416
期望矩阵xd被作为变量，由x1d的定义式得
Figure BDA00025606695200000417
控制输入u为
Figure BDA0002560669520000051
将此控制输入替换回
Figure BDA0002560669520000052
得到x2d的动态方程
Figure BDA0002560669520000053
参见图2，自适应控制方法使用***的两个状态变量、期望的输出电压(VR)，通过式(9)计算估计的未知参数矩阵
Figure BDA0002560669520000054
控制器利用***状态、估计的参数矩阵和期望的输出电压根据式(11)计算对变换器的控制输入(u)，并根据式(12)得到动态计算的期望输出电压(x2d)。
以上对本发明所提供的一种Boost变换器的自适应控制方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (2)

1.一种Boost变换器的自适应控制方法，基于Boost变换器连续导电模式下的平均数学模型，其特征在于：包括如下步骤：
获取所述Boost变换器连续导电模式下平均数学模型的两个状态变量，包括电感电流x1和电容电压x2；
根据给定的Boost变换器期望输出电压x2d，通过下式计算估计的参数矩阵
Figure FDA0002560669510000011
Figure FDA0002560669510000012
其中，
Figure FDA0002560669510000013
E为输入直流电压；Go为负载电导；
Figure FDA0002560669510000014
Γ1，Γ2＞0，为增益矩阵用来调整参数的收敛速度；σ为正常数；
Figure FDA0002560669510000015
Figure FDA0002560669510000016
x1d为电感电流的期望值；
利用所述状态变量、估计的参数矩阵和期望输出电压根据式计算得到对变换器的控制输入u；
根据下式计算得到动态计算的期望输出电压x2d：
Figure FDA0002560669510000017
其中，
Figure FDA0002560669510000018
2.根据权利要求1所述的Boost变换器的自适应控制方法，其特征在于：自适应控制方程
Figure FDA0002560669510000019
使李雅普诺夫函数的导数
Figure FDA00025606695100000110
李雅普诺夫函数为：
Figure FDA00025606695100000111
其中，
Figure FDA00025606695100000112
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