基于Buck型DC‑DC变换器的负载估计方法与流程

本发明属于电力电子控制技术领域，特别涉及一种基于buck型dc-dc变换器的负载估计方法。

背景技术：

buck型dc-dc变换器是指能完成直流电路电压转换的电力电子装置，目前主要应用于直流电压转换、开关电源、直流电机驱动等场合。随着现代工业技术的发展，对直流变换器的要求越来越高，既要求系统轻便，稳定，可靠，又要求系统有较高的动态性能。

近年来，许多学者在dc-dc变换器控制系统的控制方法上做了大量的研究，如自适应控制、滑模控制、模糊控制方法等，这些控制方法一般都需要外部负载的精确信息。提高buck型dc-dc变换器抗负载变化的能力，是符合电力电子技术的发展趋势的，但实际应用中，外部负载往往随环境而改变，如何实时快速、准确地估计负载十分重要，以备控制系统及时做出反应。现有的负载估计方法，是通过检测负载干扰项来应用于控制策略中，不能直接反映负载变化的情况，无法实时快速、准确地估计负载，亟需提出一种能够实时快速、准确地估计负载值的负载估计方法。

技术实现要素：

本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种基于buck型dc-dc变换器的负载估计方法，本发明的精度高、收敛性快，能够实时快速、准确地估计负载值。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术措施：

基于buck型dc-dc变换器的负载估计方法，包括以下步骤：

s1、设计快速负载估计器；

s2、将buck型dc-dc变换器的输出电压和电感电流作为快速负载估计器的输入，通过快速负载估计器输出负载的实时估计值。

优选的，步骤s1的具体操作步骤包括：

s11、确定buck型dc-dc变换器的数学模型：

其中，

vin为buck型dc-dc变换器的输入电压，vo为buck型dc-dc变换器的输出电压，il为buck型dc-dc变换器的电感电流，为vo对时间的导数，为il对时间的导数，l、c、r分别为buck型dc-dc变换器的电感、电容、负载；

s12、设计buck型dc-dc变换器负载的快速负载估计器：

其中，k1＞0，k2＞0，0.5＜β1＜1，β2＝2β1-1，为vo的估计值，为r的估计值，为对时间的导数，为对时间的导数，sign(·)为符号函数。

优选的，所述k1＝160，k2＝6，β1＝0.55。

本发明的有益效果在于：本发明首先设计快速负载估计器，并将buck型dc-dc变换器的输出电压和电感电流作为快速负载估计器的输入，通过快速负载估计器输出负载的实时估计值，本发明中的快速负载估计器是基于buck型dc-dc变换器变的数学模型，更具有针对性，且具有更高的抗干扰性能和更快的收敛性，因此本发明的精度高、收敛性快，能够实时快速、准确地估计负载值。

附图说明

图1为本发明的buck型dc-dc变换器的快速负载估计器原理图；

图2为本发明的buck型dc-dc变换器负载的估计值响应曲线图。

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。

如图1所示，一种基于buck型dc-dc变换器的负载估计方法，包括以下步骤：

s1、设计快速负载估计器；

s2、将buck型dc-dc变换器的输出电压和电感电流作为快速负载估计器的输入，通过快速负载估计器输出负载的实时估计值。

具体的，设计快速负载估计器的具体操作步骤包括：

s11、确定buck型dc-dc变换器的数学模型：

其中，

vin为buck型dc-dc变换器的输入电压，vo为buck型dc-dc变换器的输出电压，il为buck型dc-dc变换器的电感电流，为vo对时间的导数，为il对时间的导数，l、c、r分别为buck型dc-dc变换器的电感、电容、负载；

s12、设计buck型dc-dc变换器负载的快速负载估计器：

其中，k1＞0，k2＞0，0.5＜β1＜1，β2＝2β1-1，为vo的估计值，为r的估计值，为对时间的导数，为对时间的导数，sign(·)为符号函数。

优选的，所述k1＝160，k2＝6，β1＝0.55。

设计buck型dc-dc变换器负载的快速估计器合理性分析如下：

令从而得出误差系统的动态方程为：

由于负载r为常数值，从而可以得到：

根据有限时间稳定性理论，可以得到误差动态系统的状态(e1,e2)将在有限时间内收敛到零，即存在一个有限时刻t使得对任意t≥t，e1(t)≡0,e2(t)≡0，从而负载的倒数估计值将在有限时间内收敛到负载的倒数值那么负载快速估计器所产生的输出将在有限时间内收敛到负载r的真实值。

实验采用psim软件进行仿真，选择buck型dc-dc变换器的输入电压vin＝12v，buck型dc-dc变换器的电感值l＝5mh，buck型dc-dc变换器的电容值c＝1mf，负载电阻按下面情况变化：

仿真环境下，控制参数选择k1＝160，k2＝6，β1＝0.55。

采用基于快速有限时间负载估计器的辨识算法，buck型dc-dc变换器的占空比采用50％的开环控制信号。buck型dc-dc变换器负载的电阻估计值响应曲线如图2，采用基于快速有限时间负载估计器的buck型dc-dc变换器控制的系统在负载由30ω变换为15ω的调节时间为0.0016s，负载由15ω变换为30ω的调节时间为0.0015s。由此可知，所提出的一种针对buck型dc-dc变换器的负载快速有限时间估计方法对负载突变的响应更快。上述结果表明，所提出的一种针对buck型dc-dc变换器的负载快速有限时间估计方法具有较快的收敛性和较强的抗负载变化能力。

综上所述，本发明的精度高、收敛性快，能够实时快速、准确地估计负载值。