本发明涉及变换器技术领域，尤其是一种dc-dc变换器的优化控制系统及方法。
背景技术：
dc-dc功率变换器被广泛应用于各种工业领域，具有较宽广的运行条件，由于变换器是存在丰富的线性和非线性现象的混合系统，dc-dc变换器的控制一直被研究者所重视，特别是在各种运行条件(负载扰动或输入扰动)下对输出电压的调节。
随着控制芯片计算能力的提高以及对混合系统控制技术的发展，一些先进的非线性控制思想给dc-dc开关变换器的控制注入了新的活力。目前，已有一些非线性控制策略被引入变换器控制中，如模糊控制、优化控制等，但这些先进的控制思想用模拟电路实现起来比较复杂，而采用数字控制，使得许多高级、复杂的算法有可能通过数字控制器来实现，也可将一些新型的控制策略与传统的控制策略结合使用，取长补短。由于具有可编程性，采用数字控制，还为基于数学模型的变换器优化控制提供了实现手段，而基于数学模型进行优化控制设计的方法具有较严密的逻辑性。
基于数学模型设计控制器的控制性能依赖于模型对变换器特性的准确描述，但精确的数学模型计算过于复杂，不利于数字控制的实现，而且寄生参数的不确定性也将影响到变换器模型的精确性及控制效果。正如已有的基于模型的变换器优化控制策略，有些由于数学模型的计算复杂，限制了控制策略在高频变换器领域的应用。而有些采用简化模型的变换器优化控制策略，为了提高控制的准确度，又引入了设计复杂的补偿控制策略。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种buck变换器基于控制目标修正的控制系统及优化方法，解决了现有技术中存在基于模型的优化控制设计计算量大，高频应用时不能进行在线优化；控制策略只能为变换器输出电压设定单一的期望值，不利于满足各种运行条件下动态调节快速性的要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种buck变换器基于控制目标修正的控制系统，buck变换器输出的电压采样值uo与电压给定值uref的偏差e，经pi调节器调节获得修正的偏差e*，根据修正的偏差e*对电压给定值uref进行修正，获得修正的变换器电压给定值
本发明还提供一种buck变换器基于控制目标修正的控制系统的优化方法，具体步骤如下：
步骤1、获得修正的控制偏差e*；
根据buck变换器的输出电压采样值uo和输出电压给定值uref获得电压控制偏差e，如式(1)所示：
e＝uref-uo(1)
电压控制偏差e经pi调节器调节，获得修正的电压控制偏差e*；
步骤2、获得修正的电压给定值
利用修正的电压控制偏差e*对变换器的电压给定值uref进行修正，获得修正的电压给定值
步骤3、修正控制目标
3.1)建立基于buck变换器简化模型的优化控制目标函数j：
j＝(il-iref)2(3)
其中，il为简化模型的电感电流状态值，iref为简化模型的电流给定值；
3.2)修正控制目标
根据式(4)进行优化控制目标修正：
式(4)中r为buck变换器模型的负载值，根据变换器的输出电压和输出电流采样值的比值更新；
步骤4、获得修正后的优化控制值d*；
将式(4)的修正控制目标代入式(3)，替换原有的优化控制目标iref，然后将替换完成后的式(3)对控制值求偏导，令偏导数等于零，获得修正后的优化控制值d*，如式(5)所示：
式(5)中，t为buck变换器的开关周期，l为变换器的电感值，vin为变换器的输入电压值，vc为简化模型的电容电压状态值；公式(5)位计算的控制优化值，使用该优化值动态改变buck控制器内部参数，从而控制输出。
所述简化模型为：
xk+1＝axk+bvind
其中，状态变量x＝[ilvc]t，il为简化模型的电感电流状态值，vc为简化模型的电容电压状态值，k代表第k个开关周期，系数
本发明的有益效果在于：
1)本发明将基于模型的优化设计与传统设计相结合，优化问题求解计算量小，能够实现控制决策的在线计算。
2)本发明中的控制策略通过动态修正控制目标，实现了控制误差的补偿，提高了控制策略在变换器各种运行条件下的适用性。
附图说明
图1是本发明方法采用的控制策略原理示意图；
图2为本发明输入电压变化时buck变换器的电压输出结果。
图3为本发明负载变化时buck变换器的电压输出结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明的技术方案是：
一种buck变换器基于控制目标修正的优化控制系统，buck变换器输出的电压采样值uo与电压给定值uref的偏差e，经pi调节器调节获得修正的偏差e*，根据修正的偏差e*对电压给定值uref进行修正，获得修正的变换器电压给定值
所述buck变换器基于控制目标修正的优化控制系统采样buck变换器的输入电压，更新变换器简化模型中的输入电压值，提高控制策略对系统输入扰动的控制；buck变换器基于控制目标修正的优化控制系统还采样buck变换器的输出电压和输出电流，根据输出电压采样值及输出电流采样值的比值关系更新简化模型中的负载值，提高控制策略对系统负载扰动的控制。
本发明buck变换器基于控制目标修正的优化控制方法，具体步骤如下：
步骤1、获得修正的控制偏差e*；
根据buck变换器的输出电压采样值uo和输出电压给定值uref获得电压控制偏差e，如式(1)所示：
e＝uref-uo(1)
电压控制偏差e经pi调节器调节，获得修正的电压控制偏差e*；
步骤2、获得修正的电压给定值
利用修正的电压控制偏差e*对变换器的电压给定值uref进行修正，获得修正的电压给定值
步骤3、修正控制目标
3.1)建立基于buck变换器简化模型的优化控制目标函数j：
j＝(il-iref)2(3)
其中，il为简化模型的电感电流状态值，iref为简化模型的电流给定值；
所述简化模型为：
xk+1＝axk+bvind
其中，状态变量x＝[ilvc]t，il为简化模型的电感电流状态值，vc为简化模型的电容电压状态值，k代表第k个开关周期，系数
3.2)修正控制目标
根据式(4)进行优化控制目标修正：
式(4)中r为buck变换器模型的负载值，根据变换器的输出电压和输出电流采样值的比值更新；
步骤4、获得修正后的优化控制值d*；
将式(4)的修正控制目标代入式(3)，替换原有的优化控制目标iref，然后将替换完成后的式(3)对控制值求偏导，令偏导数等于零，获得修正后的优化控制值d*，如式(5)所示：
式(5)中，t为buck变换器的开关周期，l为变换器的电感值，vin为变换器的输入电压值，vc为简化模型的电容电压状态值；公式(5)位计算的控制优化值，使用该优化值动态改变buck控制器内部参数，从而控制输出。
实施例
本实施例的buck变换器系统参数如下：输入电压vin＝24v，电感l＝100μh，电感等效寄生电阻rl＝0.2ω，输出电容c＝50μf，电容等效寄生电阻esr＝0.07ω，开关周期t＝10μs，输出电压的给定值uref＝12v。pi调节器的参数为：比例系数kp＝0.02，积分时间常数ti＝0.008。
图2为输入电压变化时buck变换器仿真模型的电压输出结果，输入电压vin从24v跳变到15v。
图3为负载变化时buck变换器仿真模型的电压输出结果，负载r从6ω跳变到12ω。
本发明提出的buck变换器基于控制目标修正的优化控制策略，将基于模型的优化控制设计与传统控制设计相结合，优化控制决策计算量小，变换器高频应用时可进行在线决策计算。通过动态修正控制目标，实现了控制误差的补偿，保证了变换器在各种运行条件下输出电压调节的准确性和快速性。