一种氢燃料电池DC/DC元件自适应抗干扰控制方法

本发明属于直流功率输入变换为直流功率输出领域，具体涉及一种氢燃料电池dc/dc元件自适应抗干扰控制方法，解决含有参数不确定及外部干扰的dc/dc电力元件控制问题。

背景技术：

1、近年来，由于氢燃料电池燃料转换率高、噪音低和零排放的特点，氢燃料电池被广泛应用于航天、汽车等领域。dc/dc电力元件是氢燃料电池系统的重要组成部分，dc/dc元件使不可控的直流电变成可控的直流电，这关系到氢燃料电池系统中燃料系统以及能量管理系统的正常工作，dc/dc元件的输出电压值、电感的电流值是维持dc/dc正常工作的关键因素。在实际应用过程中，dc/dc元件模型中电感的电感值、电容的电容值、系统的输入电压值和负载的电阻值都有可能由于测量不精确或受环境影响等原因造成参数摄动，引入干扰，造成系统占空比计算不准确，控制精度下降。在实际生活中，交流元件更加普遍，dc/dc元件常常与dc/ac元件连接用来连接交流元件，交流元件会引入二倍频谐波至整个dc/dc、dc/ac、ac元件系统，造成系统不稳定，因此需要估计二倍频干扰，进行补偿，提高系统的稳定性。

2、目前，解决dc/dc抗干扰问题方面已开展了较为系统的研究。《ieee transactionson circuits and systems i:regular papers》中文献《finite-time adaptive neuralnetwork observer-based output voltage-tracking control for dc–dc boostconverters》提出通过自适应有限时间神经网络观测器来估计参数摄动带来的干扰，通过控制占空比来补偿这部分干扰，但这种方法存在计算量过大，需要大量数据为基础的问题；中国专利申请cn117175913a中提出了通过一套dc/dc变换器波纹采集来对输出电压进行预处理的装置，该系统通过adc来采集数据，dac与参考电压形成自适应闭环调节电路来对不同的输出电压进行处理，达到对直流电压值自适应衰减的目的；中国实用新型专利cn217769868u提出了通过外接电路，来提高dc/dc抗干扰性和稳定性，此外接电路通过参考电压源、反馈电路、误差放大器、控制电路等元件与mos管连接，通过增加制约反馈闭环的专用控制电路，防止dc/dc受到干扰时后级芯片造成损伤，以上两种方法，均是通过附加电路来处理dc/dc的干扰问题，这增加了dc/dc系统的体积和成本。综上所述，亟需同时处理参数摄动和二倍频干扰，但又不增加系统体积和成本，不依赖大量数据的自适应控制方法。

技术实现思路

1、针对在氢燃料系统中dc/dc由于自身参数摄动以及引入dc/ac后引入二倍频谐波造成复合干扰的控制问题，为克服现有技术的不足，本发明提供一种氢燃料电池dc/dc元件自适应抗干扰控制方法，实现了对复合干扰的快速估计与补偿，实现了在参数摄动以及二倍频干扰的情况下，通过设计指定性能函数并进行误差变化，自适应技术处理参数摄动，观测器处理二倍频谐波，稳定dc/dc电感电流。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种氢燃料电池dc/dc元件自适应抗干扰控制方法，包括以下步骤：

4、第一步，考虑氢燃料系统中电力元件的参数摄动，以及在实际应用场景下交流元件引入的谐波干扰，建立boost型dc/dc动力学模型；

5、第二步，基于第一步中的boost型dc/dc动力学模型定义系统的跟踪误差，设计指定性能函数并进行误差转换，得到第一个无约束误差模型；

6、第三步，基于第二步中的第一个无约束误差模型，设计虚拟控制变量，并设计干扰观测器，得到谐波干扰的估计值；

7、第四步，基于第三步的干扰观测器，定义第二个误差模型，设计dc/dc占空比自适应控制指令，完成dc/dc元件自适应抗干扰控制。

8、本发明与现有技术相比的有益效果在于：针对参数摄动和二倍频干扰，现有控制办法无法在控制体积和成本的情况下同时兼顾，本发明通过自适应方法来处理dc/dc元件的参数摄动问题；同时，设计干扰观测器来估计dc/dc可能存在的二倍频干扰，并对其进行快速的估计和补偿，通过占空比来处理系统出现的干扰，不增加系统的体积且能快速补偿干扰。

技术特征：

1.一种氢燃料电池dc/dc元件自适应抗干扰控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池dc/dc元件自适应抗干扰控制方法，其特征在于，所述第一步包括：

3.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池dc/dc元件自适应抗干扰控制方法，其特征在于，所述第二步中，第一个无约束误差模型为：

4.根据权利要求3所述的一种氢燃料电池dc/dc元件自适应抗干扰控制方法，其特征在于：所述第三步包括：

5.根据权利要求4所述的一种氢燃料电池dc/dc元件自适应抗干扰控制方法，其特征在于：所述第四步包括：

技术总结本发明涉及一种氢燃料电池DC/DC元件自适应抗干扰控制方法，属于氢燃料电池系统DC/DC控制领域，包括：首先，考虑参数摄动以及谐波干扰建立Boost型DC/DC动力学模型；其次，定义系统的跟踪误差，设计指定性能函数并进行误差转换，得到第一个无约束误差模型；再次，设计虚拟控制变量，并设计干扰观测器得到谐波干扰的估计值；最后，定义第二个误差模型，设计DC/DC占空比自适应控制指令，完成DC/DC元件自适应抗干扰控制。本发明实现DC/DC元件在参数摄动以及二倍频谐波干扰情况下的电感电流控制，具有较高鲁棒性、易于工程实现的特点。技术研发人员：郭晓宇,郑茜垚,王陈亮,崔洋洋,董震,余翔受保护的技术使用者：北京航空航天大学杭州创新研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/13