1.一种升降压DC‑DC变换器容错控制方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1.搭建升降压DC‑DC变换器试验仿真系统的数学模型;
在升降压DC‑DC变换器同时存在电压源故障和扰动时,将具有切换特性的升降压DC‑DC变换器考虑为一类具有平均驻留时间切换属性的切换仿射系统;
步骤2.在电压源故障和扰动条件下为系统设计降阶观测器,对故障进行估计;
步骤3.在电压源故障和扰动条件下为系统设计动态输出反馈容错控制器,利用该动态输出反馈容错控制器实现升降压DC‑DC变换器的稳定安全运行;
步骤4.采用模态依赖Lyapunov函数对系统进行增益分析,求得系统实际指数稳定的条件并求得降阶观测器增益矩阵和动态输出反馈容错控制器增益矩阵。
2.根据权利要求1所述的升降压DC‑DC变换器容错控制方法,其特征在于,所述步骤1中,根据升降压DC‑DC变换器系统的切换特性,建立其相应的切换仿射系统数学模型,切换仿射系统的数学模型如下:其中, 表示系统状态, 表示控制输入, 表示量测输出,为仿射项, 代表电压源故障; 代表扰动,属于 表示无穷范数;切换信号σ(t)在K个可用子系统中进行选择,Bσ(t)、Eσ(t)分别表示系统常数矩阵;
Aσ(t)、Cσ(t)分别表示系统的控制输入矩阵和输出矩阵;为简化表示形式,用σ表示σ(t)。
3.根据权利要求2所述的升降压DC‑DC变换器容错控制方法,其特征在于,所述步骤2中,建立降阶观测器的过程如下:首先做变量替换如下:
其中,Tσ表示给定的常值矩阵, 表示变换的向量,σ在切换时刻td和td+1之间激活;
矩阵被选择为:
CσTσ=[Iq×q 0q×(a‑q)] (3)由上式得知,基于变量 的状态表示为:其中,
表示给定的平衡点,为给定的常值向量,变量 在式(4)中被分离如下:
其中, 为 的分量,f(t)为电压源故障,Awwσ、Agwσ、Awyσ、Aggσ为 的分量,Byσ、Bwσ为 的分量,Eσ1、Eσ2为 的分量,lyσ、lwσ为lσ的分量;
此处,假设状态 是可测量的,则式(5)整理为:接下来设计一个依赖于不可用状态 和电压源故障f(t)的新向量φs(t);
其中,上标a和q为用于表示矩阵维数的字母,则式(7)的第一个方程改写为:其中 代表输出向量,它等于式(8);
然后,建立新的方程如下:
在上式(9)的基础上设计一种降阶观测器来获取状态和电压源故障信息;
状态 的估计量 表示为:
其中, 表示 的估计值, 表示故障估计, 表示新向量φs(t)的估计值,Lσ是待设计的降阶观测器增益矩阵;
将(10)式改写为:
为避免式(11)中存在 引入变量q(t):因此, 的估计量 改写为:
故障估计器设计为:
其中,Qσ表示降阶观测器增益矩阵;
则式(14)改写为:
通过变量替换 将式(15)替换为如下形式:最后给出降阶故障观测器如下:
4.根据权利要求3所述的升降压DC‑DC变换器容错控制方法,其特征在于,所述步骤2中,通过系统状态误差来描述系统状态和故障估计值偏离实际的状态和故障值的程度,现将系统状态估计误差和故障估计误差定义为:其中 表示系统状态估计误差,ef(t)表示故障估计误差;
则得到如下的系统状态和故障估计误差描述:
5.根据权利要求4所述的升降压DC‑DC变换器容错控制方法,其特征在于,所述步骤3中,设计的动态输出反馈容错控制器如下:其中, 表示动态输出反馈容错控制器的状态,Adσ,Bdσ,Cdσ和ldσ分别为待设计的动态输出反馈容错控制器增益矩阵。
6.根据权利要求5所述的升降压DC‑DC变换器容错控制方法,其特征在于,所述步骤3中,系统的闭环方程如下:
其中, 和 表示增广矩阵;
7.根据权利要求6所述的升降压DC‑DC变换器容错控制方法,其特征在于,所述步骤4中,降阶观测器和动态输出反馈容错控制器的增益矩阵的计算表达式为:降阶观测器的增益矩阵的计算表达式为:其中,Wσ和Hσ为待求解的矩阵,Pωσ、Pyσ为正定矩阵;
动态输出反馈容错控制器的增益矩阵的计算表达式如公式(26)至(29)所示:其中,Adσ,Bdσ,Cdσ和ldσ通过求取线性矩阵不等式条件获得,Vσ为非奇异矩阵, Θσ、γσ、 和 为待求解的矩阵,Mσ通过 求解。
8.一种升降压DC‑DC变换器容错控制系统,其特征在于,包括如下模块:模型搭建模块,用于搭建升降压DC‑DC变换器试验仿真系统的数学模型;
其中在升降压DC‑DC变换器同时存在电压源故障和扰动时,将具有切换特性的升降压DC‑DC变换器考虑为一类具有平均驻留时间切换属性的切换仿射系统;
观测器模块,用于在存在电压源故障和扰动条件下为系统设计降阶观测器,对故障进行估计;
容错控制模块,用于在存在电压源故障和扰动条件下为系统设计动态输出反馈容错控制器,以实现升降压DC‑DC变换器稳定安全运行;
以及增益分析模块,用于采用模态依赖Lyapunov函数对系统进行增益分析,求得系统实际指数稳定的条件并求得降阶观测器增益矩阵和动态输出反馈容错控制器增益矩阵。
9.一种计算机设备,该计算机设备包括存储器和一个或多个处理器;在存储器中存储有可执行代码;其特征在于,当处理器执行可执行代码时,用于实现上述权利要求1至7中任一项所述的升降压DC‑DC变换器容错控制方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有程序;其特征在于,该程序被处理器执行时,用于实现上述权利要求1至7中任一项所述的升降压DC‑DC变换器容错控制方法的步骤。