一种鲁棒双向直流变换装置的高阶滑模控制器

摘要

随着新能源发电技术的发展,双向直流变换器(BDC)因其能量双向流动的特点而被广泛应用于航空航天、充放电控制和电动汽车等领域.由于在上述应用工况下,能源间歇性输入、负载随机性扰动、功率流向切换均会对系统母线电压产生干扰,因此对控制器的鲁棒性要求较高.论文基于Super-Twisting高阶滑模算法,设计了一种互补脉冲宽度调制(PWM)型双向直流变换器的双闭环强鲁棒控制系统.阐明了Super-Twisting相比传统PI控制在鲁棒性和快速性优势的根本性原因,并基于一种类二次型李雅普诺夫函数,给出系统稳定条件,尤其是给出了更精确的Super-Twisting算法收敛时间的估计值.此外,通过等效控制线性化内环控制,解决了变换器应用中由于内环与变换器的非线性特性所导致的外环非线性算法参数设计复杂的问题,使系统外环亦可方便地采用Super-Twisting非线性算法,进一步提升了系统的鲁棒性.本文基于dSPACE半物理平台构建控制器,结合硬件电路进行实物实验平台的搭建.通过与传统PI双闭环控制对比,分别对母线负载扰动和功率流向切换进行了测试.最后通过仿真和实验验证了本文所设计控制器的有效性.