1.一种基于切换控制的直流‑直流变换器的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,构建直流‑直流DC‑DC变换器的基本模型所述基本模型包括DC‑DC变换器、数模转换器ADC、切换控制器、DPWM模块单元、开关信号驱动器,其中,DC‑DC变换器、数模转换器ADC、切换控制器、DPWM模块单元、开关信号驱动器依次连接,开关信号驱动器的输出端连接DC‑DC变换器;
所述数模转换器用于对DC‑DC变换器输出电压及电感电流进行采样处理,输出采样得到的离散信号;所述切换控制器用于根据离散信号进行误差追踪信号的处理,输出切换条件;所述DPWM模块单元用于根据切换条件产生用于对所述开关信号驱动器进行控制的切换信号;
DC‑DC变换器的连续动态表示为:T 2
x(t)=[iL,VC]∈R
其中,iL表示电感电流,Vc为输出电压,r为电感寄生电阻,L为电感、C为电容,Vg为直流2
稳压电源,x(t)为状态变量, 为x(t)的一阶导数,R 为实数集,Aσ、Bσ为状态参数,有两种取值情况;当σ取值为1和2时,即(A1,A2)和(B1,B2);
步骤2,设计切换控制器的切换控制率所述切换控制率表示为:
T
其中, 表示(x(k)‑xe) Pi(x(k)‑xe)达到最小值时i=σ(x(k))的取值,xe=[iLe T
VCe]表示DC‑DC变换器在开关断开、闭合两种不同状态的平衡参考值,iLe、VCe表示在两种不同状态下的输出电压、电感电流;
‑1
xe=‑(λA1+(1‑λ)A2) (λB1+(1‑λ)B2),其中λ为自由变量,通过调节λ的取值改变DC‑DC变换器的输出参考值;
T
x(k)表示在状态变量x(t)=[iL,VC] 在经过数模转换器ADC的离散化之后的离散信号的值,T=tk+1‑tk表示数模转换器ADC离散采样间隔,且数模转换器的离散采样频率fk=1/T;
式中T为一个有最大上界值的时变参数,即0<T<Tmax,Tmax为最大采样间隔值且为一个已知的给定参数;
Pi为切换控制率的待定参数矩阵,其中i代表DC‑DC变换器的状态,可取为1或2;
步骤3,利用稳定性判据,求解控制率的待定参数矩阵Pi,从而得到切换控制率σ(x(k));
步骤4,通过切换控制率对DC‑DC变换器进行控制在DC‑DC变换器的状态输出后,通过模数转化器将连续的状态变量x(t)进行采样离散化后,将离散状态变量与参考输出值相比较得到的误差(x(k)‑xe)代入切换控制律中进行判断,确定切换控制律σ(x(k))的取值;切换控制律通过DPWM模块单元生成的切换信号,由开关信号驱动器实现对DC‑DC变换器的开关元器件的控制,从而影响到DC‑DC变换器的状态变量x(t)的输出值。
2.根据权利要求1所述的基于切换控制的直流‑直流变换器的控制方法,其特征在于,所述DC‑DC变换器采用降压型变换电路,包括直流稳压电源Vg、电容C、电感L、负载电阻R、由所述开关信号驱动器组成的开关元件Sw、二极管D、电感寄生电阻r,其中,二极管D、电容C以及负载电阻R分别并联在直流稳压电源Vg两端,开关元件串联在二极管D的负极与直流稳压电源Vg的正极之间,电感寄生电阻r、电感L串联在二极管D的负极与电容C之间,则负载电阻R两端为输出电压Vc,流经电感L的电流iL表示电感电流。
3.根据权利要求1所述的基于切换控制的直流‑直流变换器的控制方法,其特征在于,所述利用稳定性判据,求解控制率的待定参数矩阵Pi,包括:对于待定参数矩阵Pi,通过以下方法确定:考虑到DC‑DC变换器的连续动态表示式1,若存在矩阵Pi>0,Qi>0,i,j=1,2,使得以下线性矩阵不等式(LMI)成立,则存在控制器使得切换系统指数稳定,且收敛于一个参考输出点的邻域:
其中,
τ=t‑tk,τ∈[0,Tmax];i=1,2,Ξ∈{1,2};r≠i;γ=
0.00002,Tmax=0.001,ρ=50,μ12=1.41,μ21=1.411,k=0.1;上述不等式中Qi为辅助待定参数,用于推导不等式条件时所设,可通过上述不等式直接求解;Pj为区别于Pi的参数矩阵,即j=1时,i=2;j=2时i=1,Pi≠Pj;Ai,Bi为状态矩阵,i=1,2;
通过求解上述的线性矩阵不等式4、式5,得到参数矩阵Pi,从而得到切换控制率σ(x(k))。
4.根据权利要求1所述的基于切换控制的直流‑直流变换器的控制方法,其特征在于,所述将离散状态变量与参考输出值相比较得到的误差(x(k)‑xe)代入切换控制律中进行判断,确定切换控制律σ(x(k))的取值,包括:T T
当(x(k)‑xe) P1(x(k)‑xe)<(x(k)‑xe) P2(x(k)‑xe)时,切换控制律σ(x(k))=1,此时T T
DC‑DC变换器开关元件处于导通状态;当:(x(k)‑xe) P1(x(k)‑xe)>(x(k)‑xe) P2(x(k)‑xe)时,σ(x(k))=2,此时开关元件处于断开状态。