一种自适应二阶滑模的Buck变换器电压控制方法

本发明涉及buck变换器，尤其涉及一种自适应二阶滑模的buck变换器电压控制方法。

背景技术：

1、在节能增效政策导向下，电力电子装置高效化、低碳化成为产业发展刚需；buck降压变换器广泛应用于新能源车载电源、工业伺服供电、航空机载电源与精密芯片供电等领域，其控制性能直接决定电能转换损耗，优化控制策略、降低无用功耗是实现电源绿色节能的关键抓手；随着用电设备日趋高频集成化，负载跳变、输入电压波动、元器件温漂参数摄动成为常态，行业对变换器稳压精度、动态响应与节能水平提出更高标准。

2、现阶段工程中buck变换器主流控制方案为pi控制与固定参数二阶滑模控制，但各类控制方案在节能与抗扰性能上均存在固有缺陷；常规pi控制器鲁棒性偏弱，面对参数漂移与负载突变时电压跌落幅度大、动态恢复慢，调节阶段功率开关频繁非正常投切，催生大量附加开关损耗，电能转化效率偏低，不符合低碳节能的发展要求；传统定增益二阶滑模为覆盖全工况未知扰动，必须保守选用过大的固定增益，过大增益会引发严重控制抖振，致使电感、电容发热损耗上升，缩短功率器件使用寿命；轻载扰动小时冗余增益持续造成能耗浪费，重载扰动剧烈时又存在增益不足、稳压精度下滑的问题，难以全工况兼顾能效与控制精度。

技术实现思路

1、针对现有方法的不足，针对buck变换器功耗偏高、抖振严重、扰动适配性差、节能效果受限的弊端，本发明采用滑模滤波替代传统低通滤波解除参数选型约束，依托等效控制设计自适应变增益策略，实现控制增益跟随集总扰动实时变化，从源头抑制抖振、削减无效能耗，在保证系统有限时间稳定的基础上，提升变换器稳压性能与电能利用效率，契合绿色电源低碳化应用需求。

2、本发明所采用的技术方案是：一种自适应二阶滑模的buck变换器电压控制方法包括以下步骤：

3、步骤一、建立buck变换器数学模型，以电压误差为滑模变量，推导二阶滑模动力学方程；

4、步骤二、构建基于levant微分器结构的滑模型滤波器，利用滑模型滤波器在线辨识等效控制对应的开关平均信号；

5、作为本发明的一种优选实施方式，滑模型滤波器的公式为：

6、 (4)

7、其中，符号函数；；为滤波器正设计参数；为开关平均信号二阶导数上界常数；为全局误差残差内部变量输出；为有限时间跟踪；为跟踪。

8、作为本发明的一种优选实施方式，

λ0=1.1，

λ1=1.5，

λ2=2，

l1=1500。

9、步骤三、依托等效控制原理构造变增益自适应律，实现控制增益跟随集总不确定性有限时间自适应整定；

10、作为本发明的一种优选实施方式，变增益自适应律的公式为：

11、 (5)

12、其中，、为自适应系数；，

a、g分别为、的上界；

k1，

k2分别为自适应增益

k(

t)的下限、上限；；为选择。

13、作为本发明的一种优选实施方式，

γ=1，

k=30，

k1=0.6，

k2=10，

v=0.9。

14、步骤四、结合加幂积分反步设计自适应参数二阶滑模控制器，输出限幅后生成pwm驱动信号，完成buck变换器输出电压稳压控制；

15、作为本发明的一种优选实施方式，自适应参数二阶滑模控制器的公式为：

16、 (6)

17、其中，符号函数，

β1为固定正设计参数，

β2为控制器增益参数。

18、作为本发明的一种优选实施方式，

β1=4。

19、作为本发明的一种优选实施方式，自适应二阶滑模的buck变换器电压控制系统，包括：存储器，用于存储可由处理器执行的指令；处理器，用于执行指令以实现自适应二阶滑模的buck变换器电压控制方法。

20、作为本发明的一种优选实施方式，存储有计算机程序代码的计算机可读介质，计算机程序代码在由处理器执行时实现自适应二阶滑模的buck变换器电压控制方法。

21、本发明的有益效果：

22、1、本发明采用滑模型滤波器替代传统低通滤波器，解除等效控制辨识时滤波常数受采样周期约束的限制，等效扰动辨识精度更高。

23、2、自适应增益跟随系统集总扰动实时变化，无需预先精准获知扰动上界，避免传统固定增益二阶滑模的增益过估问题，大幅降低控制高频抖振，减小开关损耗，提升变换器电能利用率，符合节能控制需求。

24、3、控制器基于加幂积分实现闭环系统有限时间收敛，收敛速度快，对负载跳变、输入电压波动、器件参数漂移具备强鲁棒性，稳压稳态误差小；自适应律设置增益上下限约束，保证自适应增益始终有界，避免增益无限增大造成控制器饱和，工程可实现性强。

1.一种自适应二阶滑模的buck变换器电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的自适应二阶滑模的buck变换器电压控制方法，其特征在于，滑模型滤波器的公式为：

3.根据权利要求1所述的自适应二阶滑模的buck变换器电压控制方法，其特征在于，变增益自适应律的公式为：

4.根据权利要求1所述的自适应二阶滑模的buck变换器电压控制方法，其特征在于，自适应参数二阶滑模控制器的公式为：

5.根据权利要求2所述的自适应二阶滑模的buck变换器电压控制方法，其特征在于，λ0=1.1，λ1=1.5，λ2=2，l1=1500。

6.根据权利要求3所述的自适应二阶滑模的buck变换器电压控制方法，其特征在于，γ=1，k=30，k1=0.6，k2=10，v=0.9。

7.根据权利要求4所述的自适应二阶滑模的buck变换器电压控制方法，其特征在于，β1=4。

8.自适应二阶滑模的buck变换器电压控制系统，其特征在于，包括：存储器，用于存储可由处理器执行的指令；处理器，用于执行指令以实现如权利要求1-7任一项所述的自适应二阶滑模的buck变换器电压控制方法。

9.存储有计算机程序代码的计算机可读介质，其特征在于，计算机程序代码在由处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的自适应二阶滑模的buck变换器电压控制方法。