基于NDO的变换器主路改进超螺旋滑模控制方法

本发明属于电力电子变换器，具体涉及基于ndo的变换器主路改进超螺旋滑模控制方法。

背景技术：

1、目前，sido buck变换器主路所采用的传统一阶滑模控制，传统滑模控制器的非连续性，在其控制下的系统会产生抖振现象，严重的抖振会对被控系统的稳定性造成严重影响，并且对系统硬件造成损害。所以，如何削弱传统滑模控制中的抖振问题成为研究重点。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供基于ndo的变换器主路改进超螺旋滑模控制方法，解决了传统滑模控制中的抖振问题。

2、本发明所采用的技术方案是，基于ndo的变换器主路改进超螺旋滑模控制方法，具体按照以下步骤实施：

3、步骤1、改进超螺旋滑模控制器设计；

4、步骤1.1、确定sido buck变换器系统状态变量；

5、步骤1.2、基于超螺旋控制设计改进超螺旋控制；

6、步骤2、ndo设计。

7、本发明的特点还在于，

8、步骤1.1具体为：

9、设有如下非线性系统：

10、

11、式(1)中，x为状态变量；f(x)为关于x的函数；b(x)为系统增益；u为控制量；d为扰动；

12、选择线性滑模面s如下：

13、

14、式(2)中，e＝x-xref，为状态变量误差值；c为大于零的正常数；

15、考虑sido buck变换器在工作时，存在外部扰动和负载扰动，所以根据式(1)得sido buck变换器系统为：

16、

17、式(3)中，d2为外部扰动；t为积分变量；ra0和ca为支路a中输出电阻和输出电容；va和vb分别为支路a和支路b输出电压；db和di分别为支路和主路开关管导通信号；il为电感电流；

18、定义主支路电压偏差ea1为：

19、ea1＝va-varef (4)

20、式(4)中，varef为主支路参考电压；

21、根据式(3)，定义ea2为：

22、

23、式(5)中，ea2为ea1的导数；

24、为了在存在外部扰动及负载扰动等不确定性的情况下，将主路电压va维持在期望值，为此，将式(3)所表示的系统状态变量转换为以下新形式

25、

26、式(6)中，为集总扰动。

27、步骤1.2具体为，

28、选取滑模面w为：

29、

30、式(7)中，c为正实数；

31、为了提高系统的鲁棒性，引入超螺旋滑模控制算法为：

32、

33、式(8)中，α和β为控制系数；sign为符号函数；λ1为超螺旋趋近律；

34、为了解决低幅抖振问题，用连续的sat(w)函数代替不连续的sign(w)函数，sat(w)函数表达式为：

35、

36、式(9)中，ε介于0～1之间；

37、改进后的超螺旋控制算法为：

38、

39、式(10)中λ2为改进的超螺旋控制律；

40、对式(6)求导并代入式(6)得：

41、

42、联立式(10)和式(11)求解可得：

43、

44、步骤2具体为：

45、在设计ndo之前，首先对式(6)做进一步表示，如下：

46、

47、式(13)中，a21＝1-db；

48、根据式(13)设计ndo为：

49、

50、式(14)中，和分别为ea1、ea2和f2的观测值；l1、l2和l3为观测器增益；

51、ndo用于估计状态ea1、ea2和扰动f1的实时值，然后将这些估计值用于控制信号中以消除其对系统性能的负面影响，即代入式(12)得：

52、

53、本发明的有益效果是：

54、本发明基于ndo的变换器主路改进超螺旋滑模控制方法，首先，引入阶数更高的超螺旋滑模控制，提高系统鲁棒性和减小系统抖振，为了进一步减小系统抖振，将超螺旋滑模控制中的不连续的sign(w)函数替换为连续的sat(w)函数；其次通过设计ndo对系统集总扰动进行估计，并将估计值作用于超螺旋滑模控制中，进一步提高系统的抗扰能力；不仅提升了系统的抗扰性能，还减少了变换器输出支路间的交叉影响。

技术特征：

1.基于ndo的变换器主路改进超螺旋滑模控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

2.根据权利要求1所述的基于ndo的变换器主路改进超螺旋滑模控制方法，其特征在于，所述步骤1.1具体为：

3.根据权利要求2所述的基于ndo的变换器主路改进超螺旋滑模控制方法，其特征在于，所述步骤1.1中，为了在存在外部扰动及负载扰动等不确定性的情况下，将主路电压va维持在期望值，为此，将式(3)所表示的系统状态变量转换为以下新形式

4.根据权利要求3所述的基于ndo的变换器主路改进超螺旋滑模控制方法，其特征在于，所述步骤1.2具体为，

5.根据权利要求4所述的基于ndo的变换器主路改进超螺旋滑模控制方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

技术总结本发明公开了基于NDO的变换器主路改进超螺旋滑模控制方法，首先，引入阶数更高的超螺旋滑模控制，提高系统鲁棒性和减小系统抖振，为了进一步减小系统抖振，将超螺旋滑模控制中的不连续的sign(w)函数替换为连续的sat(w)函数；其次通过设计NDO对系统集总扰动进行估计，并将估计值作用于超螺旋滑模控制中，进一步提高系统的抗扰能力；不仅提升了系统的抗扰性能，还减少了变换器输出支路间的交叉影响。技术研发人员：皇金锋,李帅杰,张鹏超,胡波,董锋斌受保护的技术使用者：陕西理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29