buck-boost變換器的大信號(hào)分解解耦控制方法以及裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種buck?boost變換器的大信號(hào)分解解耦控制方法以及裝置，方法包括：將變換器系統(tǒng)分解為擾動(dòng)部分、電流環(huán)被控對(duì)象以及電壓環(huán)被控對(duì)象以構(gòu)建變換器的大信號(hào)電路模型；對(duì)擾動(dòng)部分進(jìn)行前饋解耦；對(duì)電流環(huán)被控對(duì)象進(jìn)行逆系統(tǒng)解耦及線性反饋將其補(bǔ)償為偽線性系統(tǒng)，使補(bǔ)償后的電流環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為一階純積分環(huán)節(jié)；及對(duì)電壓環(huán)被控對(duì)象進(jìn)行逆系統(tǒng)解耦及線性反饋將其補(bǔ)償為偽線性系統(tǒng)，使補(bǔ)償后的電壓環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為單位系統(tǒng)。本發(fā)明可以分別對(duì)擾動(dòng)部分、電流環(huán)被控對(duì)象以及電壓環(huán)被控對(duì)象進(jìn)行單獨(dú)控制，從而使buck?boost變換器的擾動(dòng)控制、電壓環(huán)動(dòng)態(tài)特性控制、電流環(huán)動(dòng)態(tài)特性控制成為互不影響的獨(dú)立過(guò)程，實(shí)現(xiàn)解耦控制。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
buck-boost變換器的大信號(hào)分解解耦控制方法以及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及電力電子變換器控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種buck-boost變換器的大 信號(hào)分解解耦控制方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] buck-boost變換器小信號(hào)建模并采用線性反饋控制是目前一個(gè)成熟的分析和研 究方法，但這種方法具有以下局限性：（1)忽略了占空比與輸入電壓或狀態(tài)變量的乘積項(xiàng)， 從而要求擾動(dòng)量必須比直流工作點(diǎn)小得多；（2)實(shí)際分析中通常還要忽略直流電源和負(fù)載 的擾動(dòng)，簡(jiǎn)化為單輸入單輸出系統(tǒng)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的控制器裕度大，且還無(wú)法保證大信號(hào)擾動(dòng)及 寬范圍工作時(shí)變換器的工作性能。
[0003] 隨著新能源分布式直流供電系統(tǒng)的發(fā)展，buck-boost變換器必須適應(yīng)間歇性和隨 機(jī)性電能的變換要求，即buck-boost變換器將長(zhǎng)期工作在非平穩(wěn)狀態(tài)，工作點(diǎn)處于動(dòng)態(tài)變 化之中。而buck-boost變換器小信號(hào)建模及線性反饋控制因固有的局限性，難以實(shí)現(xiàn)buck-boost 變換器的穩(wěn)定控制和高動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能 。因而 ，針對(duì)大擾動(dòng)工作條件下buck-boost 變換 器特點(diǎn)，必須采用大信號(hào)模型建模，充分描述系統(tǒng)的非線性特性;必須解決干擾解耦、電壓 環(huán)與電流環(huán)的交叉解耦，以及控制變量和輸出變量的解耦問(wèn)題。
[0004] 變換器的大信號(hào)模型通常為非線性，對(duì)系統(tǒng)的分析和綜合需借助非線性控制理 論，采用反饋線性化、Lyapunov控制、無(wú)源控制、變結(jié)構(gòu)控制、自適應(yīng)控制等非線性控制策 略。應(yīng)用非線性理論分析和設(shè)計(jì)變換器控制系統(tǒng)有較嚴(yán)格的數(shù)學(xué)依據(jù)，在某種程度上也能 改善系統(tǒng)的控制特性，但復(fù)雜的數(shù)學(xué)變換往往導(dǎo)致其物理意義不明確，要應(yīng)用于工程實(shí)際 還存在相當(dāng)?shù)碾y度。
[0005]逆系統(tǒng)方法是一種線性化解耦控制方法，其基本思想是根據(jù)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 生成一種可用反饋方法實(shí)現(xiàn)的α階積分逆系統(tǒng)，將被控對(duì)象補(bǔ)償為解耦的偽線性系統(tǒng)，進(jìn)而 運(yùn)用線性系統(tǒng)理論完成偽線性系統(tǒng)的綜合。逆系統(tǒng)方法物理概念清晰直觀，數(shù)學(xué)分析簡(jiǎn)單， 具有較好的應(yīng)用前景。目前逆系統(tǒng)方法和自適應(yīng)逆控制已在電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、電液位置伺服 系統(tǒng)等多變量系統(tǒng)的解耦控制中得到應(yīng)用，并且取得了滿意的控制效果，但在DC-DC變換器 研究中進(jìn)展不大，主要原因是DC-DC變換器的大信號(hào)模型是非線性強(qiáng)耦合系統(tǒng)，難以求得逆 系統(tǒng)的解析解。
[0006] 公開(kāi)于該【背景技術(shù)】部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng) 當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種buck-boost變換器的大信號(hào)分解解耦控制方法及裝 置，從而克服buck-boost變換器小信號(hào)建模方法的局限性以及由于buck-boost變換器存在 耦合關(guān)系導(dǎo)致控制器設(shè)計(jì)非常復(fù)雜的缺點(diǎn)。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明一方面，提供了一種buck-boost變換器的大信號(hào)分 解解耦控制方法，具體包括:將buck-boost變換器的控制系統(tǒng)分解為擾動(dòng)部分、電流環(huán)被控 對(duì)象以及電壓環(huán)被控對(duì)象以構(gòu)建該buck-boost變換器的大信號(hào)電路模型;對(duì)所述擾動(dòng)部分 進(jìn)行前饋解耦以消除擾動(dòng);對(duì)所述電流環(huán)被控對(duì)象進(jìn)行逆系統(tǒng)解耦及線性反饋將其補(bǔ)償為 偽線性系統(tǒng)以獲取呈一階純積分環(huán)節(jié)形式的電流環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)；以及對(duì)所述電壓環(huán)被控 對(duì)象進(jìn)行逆系統(tǒng)解耦及線性反饋將其補(bǔ)償為偽線性系統(tǒng)以獲取呈單位系統(tǒng)形式的電壓環(huán) 開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種buck-boost變換器的大信號(hào) 分解解耦控制裝置，具體包括:構(gòu)建模塊，用于將buck-boost變換器的控制系統(tǒng)分解為擾動(dòng) 部分、電流環(huán)被控對(duì)象以及電壓環(huán)被控對(duì)象以構(gòu)建該buck-boost變換器的大信號(hào)電路模 型;擾動(dòng)解耦模塊，用于對(duì)所述擾動(dòng)部分進(jìn)行前饋解耦以消除擾動(dòng)；電流環(huán)解耦補(bǔ)償模塊， 用于對(duì)所述電流環(huán)被控對(duì)象進(jìn)行逆系統(tǒng)解耦及線性反饋將其補(bǔ)償為偽線性系統(tǒng)以獲取呈 一階純積分環(huán)節(jié)形式的電流環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)；以及電壓環(huán)解耦補(bǔ)償模塊，用于對(duì)所述電壓 環(huán)被控對(duì)象進(jìn)行逆系統(tǒng)解耦及線性反饋將其補(bǔ)償為偽線性系統(tǒng)以獲取呈單位系統(tǒng)形式的 電壓環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0011] 本發(fā)明提出將buck-boost變換器的控制系統(tǒng)分解為擾動(dòng)部分、電壓環(huán)被控對(duì)象和 電流環(huán)被控對(duì)象以建立大信號(hào)電路平均模型消除小信號(hào)建模的局限性以及對(duì)電壓環(huán)被控 對(duì)象和電流環(huán)被控對(duì)象進(jìn)行逆系統(tǒng)解耦，得到電流環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為一階純積分環(huán)節(jié)，電 壓環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為單位系統(tǒng)，消除了電壓環(huán)節(jié)與電流環(huán)節(jié)的交叉耦合以及輸入直流電源 和負(fù)載電流的干擾耦合，可以分別單獨(dú)控制，突破了buck-boost變換器逆系統(tǒng)大信號(hào)解析 解難以求解和實(shí)際應(yīng)用的瓶頸;實(shí)現(xiàn)了buck-boost變換器逆系統(tǒng)動(dòng)態(tài)單位解耦控制，提高 系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性、抗干擾能力和魯棒性，從而將buck-boost變換器逆系統(tǒng)控制策略推 向?qū)嵱茫@對(duì)于實(shí)現(xiàn)大擾動(dòng)條件下新能源分布式buck-boost變換器的工程化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1是根據(jù)本發(fā)明buck-boost變換器的大信號(hào)分解解耦控制方法的流程示意圖。
[0013] 圖2是根據(jù)本發(fā)明buck-boost變換器解耦控制系統(tǒng)方框圖。
[0014]圖3是根據(jù)本發(fā)明buck-boost變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖4是根據(jù)本發(fā)明buck-boos t變換器大信號(hào)電路模型。
[0016]圖5是根據(jù)本發(fā)明buck-boost變換器的控制系統(tǒng)。
[0017]圖6是根據(jù)本發(fā)明當(dāng)輸入電壓擾動(dòng)時(shí)，buck-boost電路解親控制系統(tǒng)輸出電壓波 形。
[00?8]圖7是根據(jù)本發(fā)明當(dāng)負(fù)載擾動(dòng)時(shí)，buck-boos t電路解親控制系統(tǒng)輸出電壓波形。
[0019] 圖8是根據(jù)本發(fā)明buck-boost變換器的大信號(hào)分解解耦控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保 護(hù)范圍并不受【具體實(shí)施方式】的限制。
[0021]除非另有其它明確表示，否則在整個(gè)說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中，術(shù)語(yǔ)"包括"或其變 換如"包含"或"包括有"等等將被理解為包括所陳述的組成部分，而并未排除其它組成部 分。
[0022]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的buck-boost變換器的大信號(hào)分解解耦控制 方法的流程示意圖。如圖1所示，該控制方法具體包括：
[0023] S100:將buck-boost變換器的控制系統(tǒng)分解為擾動(dòng)部分、電流環(huán)被控對(duì)象以及電 壓環(huán)被控對(duì)象以構(gòu)建該buck-boost變換器的大信號(hào)電路模型；
[0024] 圖2為buck-boost變換器解親控制系統(tǒng)方框圖，圖2中Gv(s)和Gi(s)分別為電壓環(huán) 和電流環(huán)的線性反饋控制環(huán)節(jié)，分別為電壓環(huán)和電流環(huán)的反饋環(huán)節(jié)jjs)和 D。(s)分別為輸入直流電源和負(fù)載電流擾動(dòng)的前饋解耦環(huán)節(jié)。D v(s)和Du (s)、Di2 (s)分別為 電壓環(huán)和電流環(huán)的逆系統(tǒng)解耦環(huán)節(jié)，由圖2中的可看出，該實(shí)施例將buck-boost變換器的控 制系統(tǒng)分解為擾動(dòng)部分（圖2中點(diǎn)畫(huà)線所示）、電流環(huán)被控對(duì)象（圖2中虛線所示）以及電壓環(huán) 被控對(duì)象(圖2中實(shí)線所示）。
[0025]圖3為buck-boost變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，其中：Vi為輸入電源;L為電感;rL為電感的寄 生參數(shù)；S為功率開(kāi)關(guān)管;D為二極管；C為濾波電容;rc為電容的寄生參數(shù);R為負(fù)載等效電 阻；i L為電感電流;ic電容電流;i。為輸出電流;V。為輸出電壓。由三端PWM開(kāi)關(guān)模型法建立大 信號(hào)電路模型。三端PWM開(kāi)關(guān)模型法將變換器的功率開(kāi)關(guān)整體作為一個(gè)三端開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，從而 得到如圖3所示的buck-boost變換器的大信號(hào)電路模型。
[0026]由圖4可以得到buck-boost變換器的狀態(tài)方程：
[0027]
[0028] 式中d' = l-d，d為占空比。buck-boost變換器的主電路方程經(jīng)過(guò)拉氏變換可以得 到相應(yīng)的方框圖（如圖2中的虛線框所示）。
[0029] S101:對(duì)擾動(dòng)部分(輸入電壓I，負(fù)載電流i。)進(jìn)行前饋解耦，來(lái)消除輸入電壓擾動(dòng) 和負(fù)載擾動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響。
[0030] S102:對(duì)電流環(huán)被控對(duì)象進(jìn)行逆系統(tǒng)解耦及線性反饋將其補(bǔ)償為偽線性系統(tǒng)； / ·
[0031] 由電流環(huán)的被控對(duì)象模型[ + + =-?/ν,,+?/?〈寫(xiě)成狀態(tài)空間方程的形式 ell
[0032]
(2)
[0033] 其中iL為狀態(tài)變量，VLF-cTvo+dVi為控制變量，y = iL為輸出變量。根據(jù)逆系統(tǒng)求 解方法，對(duì)輸出方程不斷進(jìn)行求導(dǎo)，直至y(a)顯含控制變量m
[0034]
(3)
[0035] 其雅可比矩陣
[0036]
(4)
[0037] Det(A) = l/L，rank(A) = l，A為非奇異矩陣，由（3)可知系統(tǒng)的相對(duì)階向量為{α}= {1}，α = 1與系統(tǒng)(2)的階數(shù)相等，因而系統(tǒng)是1階可逆的。令街^?作為新的輸入，得到(2) 的1階積分逆系統(tǒng)為
[0038] ν：1τ=1φ? (5)
[0039] 可見(jiàn)（5)表示的逆系統(tǒng)解耦具有反饋結(jié)構(gòu)。圖2中的?η(?〇=?、Ο?2(?〇=η，將其與 原系統(tǒng)組成偽線性系統(tǒng)，解耦后的廣義電流環(huán)被控對(duì)象相當(dāng)于一個(gè)一階積分線性系統(tǒng) …如圖5所示。
[0040] S103:對(duì)電壓環(huán)被控對(duì)象進(jìn)行逆系統(tǒng)解耦及線性反饋將其補(bǔ)償為偽線性系統(tǒng)；
[0041 ]電壓環(huán)的被控對(duì)象模型為
[0042]
(6)
[0043] 式中ic為狀態(tài)變量，以ic為控制變量，y = V。為輸出變量，經(jīng)拉氏變換后式(6)對(duì)應(yīng) 的傳遞函數(shù)為：
[0044]
(7)
[0045] 其單位逆系統(tǒng)為
[0046]
C8)
[0047] 式(8)表示的逆系統(tǒng)解耦具有不完全微分形式，將其串聯(lián)在原系統(tǒng)之前組成偽線 性系統(tǒng)，解耦后的廣義被控對(duì)象相當(dāng)于一個(gè)單位系統(tǒng)。
[0048] S104:最后，將兩者的逆系統(tǒng)與原系統(tǒng)共同組成偽線性系統(tǒng)，進(jìn)行理論推導(dǎo)以分別 獲取電流環(huán)和電壓環(huán)被控對(duì)象的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)；
[0049]按照上述方法所構(gòu)造的偽線性系統(tǒng)是物理可實(shí)現(xiàn)的，因此對(duì)原系統(tǒng)控制問(wèn)題已轉(zhuǎn) 化為對(duì)具有標(biāo)準(zhǔn)形式的偽線性系統(tǒng)控制。至此，就可以根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，按線性系統(tǒng)的各種設(shè) 計(jì)理論來(lái)完成所要求的控制系統(tǒng)。
[0050] 電流環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)推導(dǎo)過(guò)程如下：
[0051]
[0052]
[0053] 其中，Il(s)為電感電流的象函數(shù);L、|分別為變換器中的電感、實(shí)際測(cè)得的電感； ^、己分別為電感L的寄生電阻、實(shí)際測(cè)得的寄生電阻;cU分別為開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通占空比、實(shí)際 測(cè)得的占空比;V M、^*別為鋸齒波的峰峰值，實(shí)際測(cè)得的鋸齒波的峰峰值;W為輸入電壓； 1(8)、6(4分別為輸出電壓的象函數(shù)、實(shí)際測(cè)得的輸出電壓的象函數(shù)；〇 1(8)為電流環(huán)的 輸入信號(hào)象函數(shù)。
[0054] 電流環(huán)被控對(duì)象為一階純積分環(huán)節(jié)。若設(shè)計(jì)電流環(huán)控制，使得k能夠很好地跟蹤 iref的變化，則
[0055]
〇 " "rej / _ - m
[0056] 在電壓環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)推導(dǎo)過(guò)程中代入式(2)，得到
[0057]
[0058]
[0059] 其中，Vjs)為輸出電壓的象函數(shù);C、d分別為變換器中的電容、實(shí)際測(cè)得的電容； rc、《分別為電容C的寄生電阻、實(shí)際測(cè)得的寄生電阻;一土 IQ(s)為輸出電流 的象函數(shù)此⑷、爲(wèi)(4分別為電流環(huán)反饋環(huán)節(jié)的象函數(shù)、實(shí)際測(cè)得的象函數(shù)；〇u(s)為電壓 環(huán)的輸入信號(hào)象函數(shù)。
[0060] 由以上推導(dǎo)結(jié)果可見(jiàn)，經(jīng)加入解耦環(huán)節(jié)，消除了電壓環(huán)節(jié)與電流環(huán)節(jié)的交叉耦合， 以及輸入直流電源和負(fù)載電流的干擾耦合。解耦后，電流環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為一階純積分環(huán) 節(jié)。電壓環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為單位系統(tǒng)。據(jù)此可以根據(jù)線性系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)控制器。
[0061 ] 仿真驗(yàn)證：
[0062]基于上述提出的新型解耦控制方法，在MATLAB/Simulink模型軟件中搭建仿真模 型進(jìn)行仿真驗(yàn)證。該變換器的參數(shù)為:輸入直流電壓Vi = 27-270V，輸出直流電壓28V，電感L = 17.31μΗ，電感串聯(lián)等效電阻η = 0.05Ω，電容C = 2000yF，電容等效串聯(lián)電阻rc = 0.05Q 負(fù)載R = 20 Ω。
[0063]圖6為階躍輸入時(shí)(輸出電壓穩(wěn)定時(shí)輸入電壓由45V跳變到25V)輸出電壓波形，圖7 為負(fù)載波動(dòng)時(shí)（負(fù)載R由20歐姆跳變?yōu)?0歐姆)輸出電壓波形，從波形上可以看出控制器表 現(xiàn)出良好的動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性，證明了解耦控制的有效性。
[0064]綜上，本發(fā)明將buck-boost變換器的控制系統(tǒng)分解為:擾動(dòng)部分、電流環(huán)被控對(duì) 象、電壓環(huán)被控對(duì)象。對(duì)擾動(dòng)部分(輸入電壓W，負(fù)載電流i。)進(jìn)行前饋解耦，來(lái)消除輸入電壓 擾動(dòng)和負(fù)載擾動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響;對(duì)電流環(huán)和電壓環(huán)被控對(duì)象分別設(shè)計(jì)逆系統(tǒng)解耦和線 性反饋控制，得到電流環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為一階純積分環(huán)節(jié)，電壓環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為單位系 統(tǒng)，其目的是將這兩個(gè)對(duì)象補(bǔ)償為偽線性系統(tǒng)，消除控制環(huán)路的交叉耦合，可以分別單獨(dú)控 制。從而使buck-boost變換器的擾動(dòng)控制、電壓環(huán)動(dòng)態(tài)特性控制、電流環(huán)動(dòng)態(tài)特性控制成為 互不影響的獨(dú)立過(guò)程，實(shí)現(xiàn)解耦控制。
[0065] 在該實(shí)施例中，圖8中示出了一種buck-boost變換器的大信號(hào)分解解耦控制裝置， 具體包括：
[0066] 構(gòu)建模塊10,用于將buck-boost變換器的控制系統(tǒng)分解為擾動(dòng)部分、電流環(huán)被控 對(duì)象以及電壓環(huán)被控對(duì)象以構(gòu)建該buck-boos t變換器的大信號(hào)電路模型；
[0067] 擾動(dòng)解耦模塊20，用于對(duì)擾動(dòng)部分進(jìn)行前饋解耦以消除擾動(dòng)；
[0068] 電流環(huán)解耦補(bǔ)償模塊30,用于對(duì)電流環(huán)被控對(duì)象進(jìn)行逆系統(tǒng)解耦及線性反饋將其 補(bǔ)償為偽線性系統(tǒng)以獲取呈一階純積分環(huán)節(jié)形式的電流環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù);以及
[0069] 電壓環(huán)解耦補(bǔ)償模塊40,用于對(duì)電壓環(huán)被控對(duì)象進(jìn)行逆系統(tǒng)解耦及線性反饋將其 補(bǔ)償為偽線性系統(tǒng)以獲取呈單位系統(tǒng)形式的電壓環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)。
[0070] 前述對(duì)本發(fā)明的具體示例性實(shí)施方案的描述是為了說(shuō)明和例證的目的。這些描述 并非想將本發(fā)明限定為所公開(kāi)的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，可以進(jìn)行很多改變 和變化。對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實(shí)際應(yīng) 用，從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實(shí)施方案以及 各種不同的選擇和改變。本發(fā)明的范圍意在由權(quán)利要求書(shū)及其等同形式所限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種buck-boost變換器的大信號(hào)分解解耦控制方法，其特征在于，具體包括： 將buck-boost變換器系統(tǒng)分解為擾動(dòng)部分、電流環(huán)被控對(duì)象以及電壓環(huán)被控對(duì)象以構(gòu) 建該buck-boost變換器的大信號(hào)電路模型； 對(duì)所述擾動(dòng)部分進(jìn)行前饋解耦以消除擾動(dòng)； 對(duì)所述電流環(huán)被控對(duì)象進(jìn)行逆系統(tǒng)解耦及線性反饋將其補(bǔ)償為偽線性系統(tǒng)以獲取呈 一階純積分環(huán)節(jié)形式的電流環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)；以及 對(duì)所述電壓環(huán)被控對(duì)象進(jìn)行逆系統(tǒng)解耦及線性反饋將其補(bǔ)償為偽線性系統(tǒng)以獲取呈 單位系統(tǒng)形式的電壓環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的buck-boost變換器的大信號(hào)分解解耦控制方法，其特征在于， 所述大信號(hào)模型的電路方程為：⑴ 其中，Vi為輸入電壓;η和rc分別為電感和電容的寄生參數(shù)；k為電感電流；ic為電容電 流;i。為輸出電流;v。為輸出電壓;cT =l-d，d為占空比。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的buck-boost變換器的大信號(hào)分解解耦控制方法，其特征在于， 對(duì)所述電流環(huán)被控對(duì)象進(jìn)行逆系統(tǒng)解耦及線性反饋將其補(bǔ)償為偽線性系統(tǒng)為：(2) 其中，VLr為控制變量，L為變換器中的電感，rL為電感的寄生參數(shù)，iL為電感電流，約為輸 入變量； 對(duì)所述電壓環(huán)被控對(duì)象進(jìn)行逆系統(tǒng)解耦及線性反饋將其補(bǔ)償為偽線性系統(tǒng)為：(3) 其中，C分別為變換器中的電容，rc分別為電容C的寄生電阻。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的buck-boost變換器的大信號(hào)分解解耦控制方法，其特征在于， 獲取呈一階純積分環(huán)節(jié)形式的電流環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為： (4) (5) 其中，U(S)為電感電流的象函數(shù);L、f分別為變換器中的電感、實(shí)際測(cè)得的電感; 分別為電感L的寄生電阻、實(shí)際測(cè)得的寄生電阻；d、3分別為開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通占空比、實(shí)際測(cè)得 的占空比；VM、匕分別為鋸齒波的峰峰值，實(shí)際測(cè)得的鋸齒波的峰峰值;V1為輸入電壓;V。 (s)、?ξ〇)分別為輸出電壓的象函數(shù)、實(shí)際測(cè)得的輸出電壓的象函數(shù)；CD 1(S)為電流環(huán)的輸 入信號(hào)象函數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的buck-boost變換器的大信號(hào)分解解耦控制方法，其特征在于， 獲取呈單位系統(tǒng)形式的電壓環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：其中，Vci(S)為輸出電壓的象函數(shù);C、亡分別為變換器中的電容、實(shí)際測(cè)得的電容;rc、％ 分別為電容C的寄生電阻、實(shí)際測(cè)得的寄生電阻;CT=I-CUi=I-JiIc1(S)為輸出電流的象 函數(shù);!Ms)、//+·)分別為電流環(huán)反饋環(huán)節(jié)的象函數(shù)、實(shí)際測(cè)得的象函數(shù)；CD u(S)為電壓環(huán)的 輸入信號(hào)象函數(shù)。6. -種buck-boost變換器的大信號(hào)分解解耦控制裝置，其特征在于，具體包括： 分解構(gòu)建模塊，用于將buck-boost變換器的控制系統(tǒng)分解為擾動(dòng)部分、電流環(huán)被控對(duì) 象以及電壓環(huán)被控對(duì)象以構(gòu)建該buck-boost變換器的大信號(hào)電路模型； 擾動(dòng)解耦模塊，用于對(duì)所述擾動(dòng)部分進(jìn)行前饋解耦以消除擾動(dòng)； 電流環(huán)解耦補(bǔ)償模塊，用于對(duì)所述電流環(huán)被控對(duì)象進(jìn)行逆系統(tǒng)解耦及線性反饋將其補(bǔ) 償為偽線性系統(tǒng)以獲取呈一階純積分環(huán)節(jié)形式的電流環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù);以及 電壓環(huán)解耦補(bǔ)償模塊，用于對(duì)所述電壓環(huán)被控對(duì)象進(jìn)行逆系統(tǒng)解耦及線性反饋將其補(bǔ) 償為偽線性系統(tǒng)以獲取呈單位系統(tǒng)形式的電壓環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的buck-boost變換器的大信號(hào)分解解耦控制裝置，其特征在于， 所述大信號(hào)電路模型的狀態(tài)方程為：C8) 其中，Vi為輸入電壓;η和rc分別為電感和電容的寄生參數(shù)；k為電感電流；ic為電容電 流;i。為輸出電流;v。為輸出電壓;cT =l-d，d為占空比。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的buck-boost變換器的大信號(hào)分解解耦控制裝置，其特征在于， 對(duì)所述電流環(huán)被控對(duì)象進(jìn)行逆系統(tǒng)解耦及線性反饋將其補(bǔ)償為偽線性系統(tǒng)為： % =Lp1 +% (9) 其中，vLr為控制變量，L為變換器中的電感，rL為電感的寄生參數(shù)，iL為電感電流，約為輸 入變量； 對(duì)所述電壓環(huán)被棹對(duì)象講行逆系統(tǒng)解耦及線性反饋將其補(bǔ)償為偽線性系統(tǒng)為：(10) 其中，C為變換器中的電容，rc為電容C的寄生電阻。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的buck-boost變換器的大信號(hào)分解解耦控制裝置，其特征在于， 獲取呈一階純積分環(huán)節(jié)形式的電流環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為： Cl]) 其中，U(S)為電感電流的象函數(shù);L、￡.分別為變換器中的電感、實(shí)際測(cè)得的電感; 分別為電感L的寄生電阻、實(shí)際測(cè)得的寄生電阻;d、|分別為開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通占空比、實(shí)際測(cè)得的 占空比;VM、&*別為鋸齒波的峰峰值，實(shí)際測(cè)得的鋸齒波的峰峰值;V1為輸入電壓;Vjs)、 6(4分別為輸出電壓的象函數(shù)、實(shí)際測(cè)得的輸出電壓的象函數(shù)；cl^(S)為電流環(huán)的輸入信 號(hào)象函數(shù)。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的buck-boost變換器的大信號(hào)分解解耦控制裝置，其特征在 于，獲取呈單位系統(tǒng)形式的電壓環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為： 其中，Vci(S)為輸出電壓的象函數(shù);C、亡分別為變換器中的電容、實(shí)際測(cè)得的電容;rc、《 分別為電容C的寄生電阻、實(shí)際測(cè)得的寄生電阻;= J5Ici(S)為輸出電流的象 函數(shù);HRs)、/)#)分別為電流環(huán)反饋環(huán)節(jié)的象函數(shù)、實(shí)際測(cè)得的象函數(shù)；CD u(S)為電壓環(huán)的 輸入信號(hào)象函數(shù)。
【文檔編號(hào)】H02M3/158GK105896981SQ201610284920
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月3日
【發(fā)明人】陸益民, 朱海猛, 黃險(xiǎn)峰
【申請(qǐng)人】廣西大學(xué)