徐媚媚，丁世宏，江浩斌

（1.江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013；2.江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013）

Boost變換器的抗擾動(dòng)復(fù)合控制

徐媚媚1，丁世宏1，江浩斌2

（1.江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013；2.江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013）

為了探究Boost變換器中的擾動(dòng)對(duì)升壓的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能的影響，依據(jù)變PI（VAPI）控制理論和擾動(dòng)觀測(cè)理論提出了一種復(fù)合控制方案。首先，采用變PI控制方法設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋控制器，以提高Boost變換器的動(dòng)態(tài)性能。其次，采用擾動(dòng)觀測(cè)器（DOB）觀測(cè)Boost變換器中的擾動(dòng)，從而得到擾動(dòng)的估計(jì)值。最后，將該估計(jì)值作為前饋補(bǔ)償?shù)捷斎攵?，與變PI狀態(tài)反饋相結(jié)合形成反饋加前饋的復(fù)合控制方案。仿真和實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)存在輸入電壓突增、輸入電壓突降、負(fù)載突變等擾動(dòng)時(shí)，與變PI控制相比，變PI+DOB的復(fù)合控制方案可以使得閉環(huán)系統(tǒng)具有更好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。

升壓變換器；變PI控制；狀態(tài)反饋；擾動(dòng)觀測(cè)器；復(fù)合控制

0 引 言

近年來(lái)，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，Boost型變換器廣泛應(yīng)用于各類直流升壓場(chǎng)合如光伏發(fā)電、激光電源、電動(dòng)與混合動(dòng)力汽車以及新能源并網(wǎng)等領(lǐng)域。Boost變換器的主要作用是將低壓直流電變?yōu)楦邏褐绷麟?，給負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電壓。

值得注意的是，Boost變換器的數(shù)學(xué)模型存在非線性和非最小相位特性，這些性質(zhì)給系統(tǒng)控制的設(shè)計(jì)帶來(lái)很大不便。但是，也正是由于Boost變換器控制系統(tǒng)所具有的挑戰(zhàn)性，吸引了國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者在Boost變換器方面也已經(jīng)取得了很多研究成果，其控制方法獲得了極大的發(fā)展，主要有包括.：雙線性理論［1-3］、滑模變結(jié)構(gòu)［4-6］、自適應(yīng)方法［7-8］、魯棒控制［9-10］和PID控制［11-12］等。文獻(xiàn)［13］利用狀態(tài)空間平均法分析電路并用PID調(diào)節(jié)器對(duì)電路進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，但PID控制器的參數(shù)是恒定不變的，影響了調(diào)節(jié)時(shí)間和調(diào)節(jié)的效果。文獻(xiàn)［14］提出一種改進(jìn)型的PID控制，其參數(shù)根據(jù)電路的需要自動(dòng)調(diào)節(jié)，縮減了調(diào)節(jié)時(shí)間且改善了系統(tǒng)的性能。文獻(xiàn)［15］通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行線性化，再分析其近似的線性模型來(lái)得到控制規(guī)律。這些傳統(tǒng)的線性化方法都是以泰勒展開(kāi)式為基礎(chǔ)的，利用這種方法所得到的模型是忽略了高階非線性項(xiàng)的近似線性化模型，所以將其應(yīng)用在非線性系統(tǒng)上存在很大的局限性。因此，非線性設(shè)計(jì)方法也開(kāi)始引起大量研究者的關(guān)注。

文獻(xiàn)［16］中推導(dǎo)出了Boost轉(zhuǎn)換器狀態(tài)反饋精確線性化模型，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了滑模變結(jié)構(gòu)控制器。該控制策略具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)調(diào)節(jié)和穩(wěn)態(tài)誤差調(diào)節(jié)特性，同時(shí)克服了現(xiàn)有精確反饋線性化控制策略固有的對(duì)精確數(shù)學(xué)模型依賴性的缺點(diǎn)，表現(xiàn)出更強(qiáng)的魯棒性文獻(xiàn)［17］提出一種新型Boost變換器非線性電流控制及其改進(jìn)方法，該方法能夠保證電感電流有效精確的跟蹤給定值且控制系統(tǒng)動(dòng)穩(wěn)態(tài)性能良好。文獻(xiàn)［18］中基于輸入/輸出反饋線性化提出一種新的非線性控制方案，該方案采用以非線性控制的電感電流作為內(nèi)環(huán)、具有PI控制的電容電壓作為外環(huán)的串級(jí)結(jié)構(gòu)。它可以很好的解決以電容電壓作為輸出進(jìn)行直接控制時(shí)所存在的不穩(wěn)定零動(dòng)態(tài)問(wèn)題。

非線性控制器具有很強(qiáng)的魯棒性，改善了線性控制器的缺陷，大大提高了系統(tǒng)的控制性能，使系統(tǒng)具有更好的控制品質(zhì)。然而，一般情況下非線性控制器實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，且成本較高，從而導(dǎo)致其在Boost變換器控制中未能廣泛應(yīng)用。相對(duì)而言，線性控制器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易，且能夠進(jìn)行無(wú)差調(diào)節(jié)等特點(diǎn)在Boost變換器控制中被廣泛采用。但是，對(duì)于線性控制器而言，其控制對(duì)象是簡(jiǎn)化后的線性系統(tǒng)，未能考慮原系統(tǒng)中的非線性和擾動(dòng)等因素。若系統(tǒng)中的非線性因素或者擾動(dòng)較大，線性控制對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)品質(zhì)的改善能力有限。若保持系統(tǒng)的線性狀態(tài)反饋控制器不變，設(shè)計(jì)擾動(dòng)觀測(cè)器對(duì)系統(tǒng)的非線性因素或者擾動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)，利用觀測(cè)值進(jìn)行前饋補(bǔ)償，勢(shì)必能夠減小系統(tǒng)非線性和擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

基于此，在不改變現(xiàn)有線性反饋控制器情況下，本文利用擾動(dòng)觀測(cè)理論提出了一種改善系統(tǒng)性能的復(fù)合控制方法。此處，線性反饋控制器采用變PI控制器。基于線性擾動(dòng)觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)非線性和擾動(dòng)的觀測(cè)，并將觀測(cè)值作為補(bǔ)償量與變PI狀態(tài)反饋控制器形成反饋加前饋的復(fù)合控制方案，從而達(dá)到改善系統(tǒng)性能的目的。與變PI控制相比，該方法具有干擾抑制能力強(qiáng)、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。

1 Boost電路的結(jié)構(gòu)及建模

文中所考慮的電壓型Boost變換器原理圖如下：

圖1 Boost變換器原理圖Fig.1 Principle diagram of the boost converter

圖1由輸入電源（Ui），電感（L），控制開(kāi)關(guān)（S），二極管（D），電容（C）和負(fù)載（R）組成。電路工作時(shí)，存在兩種形式的模態(tài)，即功率開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通與關(guān)斷模態(tài)。其等效電路圖如圖2所示：由圖2（a）知，當(dāng)開(kāi)關(guān)管S導(dǎo)通時(shí)，電感L為儲(chǔ)能階段，此時(shí)電源不向負(fù)載提供能量，負(fù)載靠?jī)?chǔ)于電容C的能量維持工作。由圖2（b）知，開(kāi)關(guān)管S斷開(kāi)時(shí)，電源和電感共同向負(fù)載供電，同時(shí)電源給電容C充電。

圖2 Boost變換器原理圖Fig.2 Equivalent circuit of sw itch when open and close

利用不同狀態(tài)等效電路，可以推導(dǎo)出每一模態(tài)的數(shù)學(xué)模型。由圖2（a）得開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)數(shù)學(xué)模型為：

由式（1）可以得出相應(yīng)的狀態(tài)方程：

由圖2（b）可得當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)的數(shù)學(xué)模型為：

由式（3）可以得出相應(yīng)的狀態(tài)方程：

由于功率開(kāi)關(guān)管的通斷會(huì)引起一些變量的突變，因此要建立系統(tǒng)的狀態(tài)空間平均模型。設(shè)狀態(tài)變量x在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的值為＜x（t）＞Ts，經(jīng)過(guò)平均化處理后的狀態(tài)空間方程為［24］：

式中，X、V、Y分別表示為狀態(tài)變量、輸入電壓、輸出電壓的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)矢量。由式（5）可以得到Boost變換器的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)為：

經(jīng)計(jì)算可得：

則

其中，D'=1-D，UI和D分別為輸入電壓和開(kāi)關(guān)占空比在穩(wěn)態(tài)時(shí)的值。

考慮到系統(tǒng)的非線性特性，故需要引入擾動(dòng)。在穩(wěn)定工作點(diǎn)附近引入擾動(dòng)，其瞬時(shí)值為：

為了進(jìn)一步分析Boost變換器的動(dòng)態(tài)特性，對(duì)式（11）進(jìn)行拉普拉斯變換，可以得到?φ（s）對(duì)u?o（s）的小信號(hào)傳遞函數(shù)為：

為了分析方便，將u?o（s）/?φ（s）的傳遞函數(shù)簡(jiǎn)

化為

式中：k11=-UiL/RD'4，k12=Ui/D'2，k21=LC/D'2，k22= L/RD'2，k23=1。將其從頻域方程轉(zhuǎn)化為時(shí)域方程

由于常數(shù)的導(dǎo)數(shù)為零，故式（14）可以化為：

由式（10），再將時(shí)域方程轉(zhuǎn)化回頻域方程得：

由于

式（16）可以化為

本文期望得到，但由于系統(tǒng)非最小相位，uo（s）/?φ（s）無(wú)法得到。通過(guò)式（19）可得

值得注意的是Gu??φ主要用來(lái)進(jìn)行擾動(dòng)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)，而擾動(dòng)觀測(cè)器不完全依賴系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。

本文的控制目標(biāo)為：在Boost變換器中，設(shè)計(jì)一個(gè)基于變PI+擾動(dòng)觀測(cè)的復(fù)合控制方案，使系統(tǒng)實(shí)際輸出電壓uo能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)參考電壓uref的快速精確跟蹤。

2 控制器設(shè)計(jì)

對(duì)于PWM型Boost變換器來(lái)說(shuō)，工程中常見(jiàn)的控制器為PI（Proportional Integral）控制器。但一般情況下，PI控制器的參數(shù)是固定不變的。因此，很難適應(yīng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化，故影響系統(tǒng)的控制性能?；诖耍竟?jié)擬引入變參數(shù)PI（變PI）控制器，根據(jù)偏差的大小在線調(diào)節(jié)PI控制器參數(shù)，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)的控制性能。此外，若系統(tǒng)中的非線性因素或擾動(dòng)較大，則基于經(jīng)典控制理論的PI控制對(duì)系統(tǒng)性能的改善程度有限，擬設(shè)計(jì)擾動(dòng)觀測(cè)器來(lái)對(duì)系統(tǒng)的非線性因素或者擾動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)，并對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，以便減小它們對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

2.1 變PI控制器

PI控制器的輸出同時(shí)成比例地反應(yīng)輸入信號(hào)和輸入信號(hào)的積分，傳統(tǒng)PI控制器的控制規(guī)律在時(shí)域中可表示為

式中：uPI（t）為PI控制器的輸出，e（t）為偏差信號(hào)，kp為比例增益，ki為積分增益。適當(dāng)?shù)恼≒I控制器的兩個(gè)系數(shù)kp和ki，可以使得系統(tǒng)滿足一定的動(dòng)靜態(tài)性能。但是，傳統(tǒng)的PI控制器中兩個(gè)系數(shù)一旦確定后就不再改變，難以適應(yīng)系統(tǒng)在多種復(fù)雜工況下的運(yùn)行。另外，PI控制器參數(shù)的整定需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，這給參數(shù)整定帶來(lái)了較大的挑戰(zhàn)。因此有必要對(duì)傳統(tǒng)的PI控制器進(jìn)行改進(jìn)。

變PI控制方法是根據(jù)誤差信號(hào)e的變化對(duì)PI控制器的比例和積分參數(shù)進(jìn)行在線整定。當(dāng)輸入給定信號(hào)時(shí)，為了減小偏差和加快響應(yīng)速度，需要增大kp值；當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)到達(dá)穩(wěn)態(tài)附近時(shí)，為了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，需要減小kp值。與此同時(shí)，積分系數(shù)ki在大偏差階段會(huì)使系統(tǒng)響應(yīng)的快速性變差，也會(huì)使系統(tǒng)出現(xiàn)較大的超調(diào)，所以ki在大偏差時(shí)應(yīng)該取較小值；而在偏差e較小時(shí)，為保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，又不會(huì)引起積分飽和而使超調(diào)增大，ki應(yīng)取較大值?；诖耍覀兛梢匀∽働I控制器的增益函數(shù)為

式中kpo，kio取常規(guī)PI控制整定的參數(shù)，和是修正系數(shù)，其中可在［0 Umax/（kpo-1）］中選取，一般可取可在［0 1］內(nèi)取值，而在［1+∞］上取值。據(jù)此得到變PI控制的方程：

由于變PI控制器優(yōu)點(diǎn)明顯，我們利用變PI控制技術(shù)設(shè)計(jì)Boost變換器控制系統(tǒng)的反饋控制器，具體框圖如下。

圖3 變PI控制框圖Fig.3 Block diagram of variable parameter PI control

3 擾動(dòng)觀測(cè)器設(shè)計(jì)

擾動(dòng)觀測(cè)器的主要原理是將實(shí)際的系統(tǒng)輸出與參考模型輸出的差異看作一個(gè)等效的干擾加入到輸入端，在控制量中引入相應(yīng)的補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾的完全抑制。由于討論的Boost變換器屬于非最小相位，若采用傳統(tǒng)的思想構(gòu)建擾動(dòng)觀測(cè)器，則Boost變換器傳遞函數(shù)中的零點(diǎn)將會(huì)變成擾動(dòng)觀測(cè)器中的極點(diǎn)，從而使得觀測(cè)器不穩(wěn)定，無(wú)法有效觀測(cè)出擾動(dòng)值。擾動(dòng)觀測(cè)器的非最小相位結(jié)構(gòu)圖為：

圖4 擾動(dòng)觀測(cè)器結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Block diagram of disturbance observer

其中G（s）為實(shí)際被控對(duì)象，Gn（s）為標(biāo)稱模型，（s）為重構(gòu)的系統(tǒng)模型的逆，u為參考輸入，d為r外部干擾，δ為等效補(bǔ)償項(xiàng)。將ur，d作為輸入信號(hào)，求得輸出δ的表達(dá)式為：

對(duì)標(biāo)稱模型進(jìn)行分解來(lái)解決非最小相位問(wèn)題。將Gn（s）分解為如下形式：

式中：

由式（23）可知，假定實(shí)際被控對(duì)象為標(biāo)稱模型，且不存在外部干擾（即d=0），則補(bǔ)償項(xiàng)δ為0。這說(shuō)明DOB只有在干擾激勵(lì)下才會(huì)發(fā)揮控制作用，并不是一直參與系統(tǒng)的控制。

在設(shè)計(jì)擾動(dòng)觀測(cè)器時(shí)，我們期望得到uo（s）轉(zhuǎn)換到時(shí)域中，也就是實(shí)際得到的值比期望值多了個(gè)常數(shù)量Λ（詳細(xì)情況見(jiàn)第1節(jié)的最后部分）。因此，在觀測(cè)器設(shè)計(jì)中，我們可以引入一個(gè)外部補(bǔ)償環(huán)節(jié)?；诖?，擾動(dòng)觀測(cè)器結(jié)構(gòu)圖可以進(jìn)一步改寫為：

擾動(dòng)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)取決于Gn（s）和Q（s）的選擇。文獻(xiàn)［22-23］提出了一種Q（s）的表達(dá)式：

其中：m=1/τ。

圖5 擾動(dòng)觀測(cè)器改進(jìn)結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Block diagram of improved disturbance observer

綜上可以得到系統(tǒng)控制方案如下：控制器由基于變PI的反饋?lái)?xiàng)和基于擾動(dòng)觀測(cè)器的前饋?lái)?xiàng)組成。反饋?lái)?xiàng)用來(lái)消除誤差，而前饋?lái)?xiàng)用來(lái)進(jìn)行擾動(dòng)補(bǔ)償，改善系統(tǒng)的性能。

4 仿真及分析

為了驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)的控制算法的可行性和正確性，在Matlab中SIMULINK環(huán)境下進(jìn)行了仿真研究。仿真參數(shù)設(shè)定為輸入電壓為8 V，電感為4mL，電容為30mF，負(fù)載電阻為10Ω，=0.5，kio=0.1=1。當(dāng)輸入電壓為8 V時(shí)，設(shè)定輸出電壓的期望值為12 V，在SIMULINK環(huán)境下進(jìn)行仿真驗(yàn)證。不外加擾動(dòng)的條件下，PI控制器，變PI控制器，變PI+DOB控制器的效果圖如圖6所示。

圖6 無(wú)外加擾動(dòng)時(shí)變控制效果圖Fig.6 Simulation results in the absence of disturbance

由圖6可知，在無(wú)外加擾動(dòng)的情況下，PI控制，變PI控制和變PI+DOB控制均具有良好的動(dòng)態(tài)及穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，變PI控制略優(yōu)于PI控制且變PI+DOB控制穩(wěn)態(tài)精度略優(yōu)于變PI控制。

設(shè)定在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，Boost變換器輸入電壓從8 V突增到10 V，PI控制，變PI控制和變PI+DOB控制效果對(duì)比圖如圖7所示。

圖7 輸入電壓突增時(shí)變控制效果圖Fig.7 Simulation results under input voltage surge

由圖7可知，當(dāng)輸入電壓突增時(shí)，引起了輸出電壓的一定幅度的增大，相對(duì)PI控制而言，變PI和變PI+DOB控制能更快進(jìn)入穩(wěn)態(tài)且變PI+DOB控制性能優(yōu)于變PI控制。

設(shè)定在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，輸入電壓從8 V突降到6 V，PI控制，變PI控制和變PI+DOB控制效果對(duì)比圖如圖8：由圖8可知，當(dāng)輸入電壓突降時(shí)，引起了輸出電壓的一定幅度降低，相對(duì)PI控制而言，變PI控制和變PI+DOB控制進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)的調(diào)節(jié)時(shí)間更短且變PI+DOB控制性能優(yōu)于變PI控制。

圖8 輸入電壓突降時(shí)控制效果圖Fig.8 Simulation results under input voltage dip

設(shè)定在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，負(fù)載電阻從50Ω突變?yōu)?20Ω時(shí)，PI控制，變PI控制和變PI+DOB控制效果對(duì)比圖如圖9所示。

由圖9知，當(dāng)輸入電阻突升時(shí)，引起輸出電壓的升高，但變PI+DOB控制能以較快的速度進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，相對(duì)于變PI控制和PI控制而言，性能更優(yōu)。

由上述仿真圖可以看出：這三種控制方案的主要差別是在加入擾動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)性能的差異。在無(wú)外加擾動(dòng)時(shí)，PI控制，變PI控制和變PI+DOB的控制效果相近，但是在外加了擾動(dòng)（輸入電壓突增2 V、輸入電壓突降2 V和負(fù)載電阻突變）后，變PI+DOB控制恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的時(shí)間明顯短于變PI控制和PI控制。因此，變PI的抗干擾性能更強(qiáng)。

5 實(shí)驗(yàn)及分析

本實(shí)驗(yàn)中測(cè)試儀器分為硬件和軟件兩個(gè)部分。軟件部分是以labview（Laboratory Virtual Instrument Workbench）軟件為平臺(tái)設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用在Boost變換器上的變PI與DOB相結(jié)合的復(fù)合控制算法。

整個(gè)硬件部分主要由采集卡和Boost底層電路構(gòu)成。下面是實(shí)驗(yàn)的設(shè)備圖：底層Boost電路是以電壓型PWM控制器TL494為核心的穩(wěn)壓輸出開(kāi)關(guān)電源。電路原理圖如圖10：

圖10 實(shí)驗(yàn)設(shè)備圖Fig.10 Laboratory equipment figure

圖11中電阻R0、瓷片電容C2分別起到分流和濾波的作用。TL494是一種固定頻率脈寬調(diào)制電路且內(nèi)置線性鋸齒波振蕩器、誤差放大器和5 V參考基準(zhǔn)電壓源，外置震蕩元件。通過(guò)選擇控制算法來(lái)控制TL494的3引腳從而控制PWM的占空比來(lái)得到期望的輸出電壓。選取的電路元件參數(shù)為：C0= 22 pF，C1=220μF，C2=4.7μF，R0=10 kΩ，L= 330μH，R1=1 000Ω，R2=220Ω，R3=100 kΩ，R4= 20 kΩ，Ui=8 V，T=0.001 s，開(kāi)關(guān)頻率為20 kHz。低通濾波器截止頻率為1 000 Hz，即Q（s）=1 000/s+ 1 000。通過(guò)計(jì)算可得

圖11 電壓型Boost變化器原理圖Fig.11 Principle diagram of voltage type Boost converter

D=1/3，Λ=k23Uos/k12-D=1/3，由式（12）帶入相關(guān)參數(shù)可以得到Gu?d?（s）的表達(dá)式，如下

在經(jīng)過(guò)多次參數(shù)的調(diào)試，最終PI控制變PI控制的參數(shù)kp和ki確定為2.0和0.01。

當(dāng)輸入電壓為8 V，設(shè)定輸出電壓的期望值為12 V，不外加擾動(dòng)的條件下，PI控制器，變PI控制器和變PI+DOB控制器的實(shí)驗(yàn)圖如圖12所示。

圖12 無(wú)外加擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)圖Fig.12 Experiment result in the absence of disturbance

在輸入電壓由8V突升到10V，PI控制器，變PI控制器和變PI+DOB控制器的實(shí)驗(yàn)圖如如圖13所示。

圖13 突增電壓實(shí)驗(yàn)圖Fig.13 Experim ent result under input voltage surge

在輸入電壓由10V突降到8V，PI控制器，變PI控制器和變PI+DOB控制器的實(shí)驗(yàn)圖如如圖14所示。

圖14 突降電壓實(shí)驗(yàn)圖Fig.14 Experiment result under input voltage dip

負(fù)載由50Ω突變?yōu)?20Ω時(shí)，PI控制器，變PI控制器和變PI加DOB控制器的實(shí)驗(yàn)圖如圖15所示。

圖15 突變電阻實(shí)驗(yàn)圖Fig.15 Experiment result under load resistancemutation

從上述實(shí)驗(yàn)來(lái)看，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真相吻合?？梢钥闯鲎働I+DOB控制的收斂時(shí)間明顯小于變PI控制和PI控制，控制效果優(yōu)于變PI控制和PI控制。在外加了干擾（突增電壓、突降電壓和突變電阻）的情況下，DOB發(fā)揮了作用，減短了收斂時(shí)間，提高了系統(tǒng)的控制性能。

6 結(jié) 論

針對(duì)Boost變換器中應(yīng)用變PI+DOB的控制算法的情況進(jìn)行了較全面的分析。該方法在變PI控制設(shè)計(jì)中引入擾動(dòng)觀測(cè)技術(shù)，可以大大提高Boost變換器的動(dòng)態(tài)性能且對(duì)外部有著很強(qiáng)的魯棒性。理論分析、電路仿真及實(shí)驗(yàn)均證實(shí)了所提變PI+DOB控制方案的有效性。

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（編輯：賈志超）

Boost converter disturbance resistant com posite control

XU Mei-mei1，DING Shi-hong1，JIANG Hao-bin2

（1.School of Electrical and Information Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China；2.School of Automotive and Traffic Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China）

In order to explore the disturbance effect on the dynamical and steady performance of a boost converter.A composite control strategy was proposed by combining the variable parameter PI（VAPI）control theory and disturbance observation theory.First of all，the VAPI controller was designed to improve the dynamic performance of the Boost converter.Then，the disturbance observerwas adopted to estimate the disturbance of the Boost converter，and thus the estimated value of disturbance was obtained.Finally，taking the estimated value as the forward compensation，combined with the feedback VAPI controller，a composite control scheme was obtained.Simulation and experiments show that compared with VAPI controller，the composite controller ensuresmuch better dynamical and steady behavior in the presence of input voltage surge，input voltage dip and load mutation.

Boost converter；variable parameter PI control；state feedback；disturbance observer；composite control

10.15938/j.emc.2015.10.005

TM 46

A

1007-449X（2015）10-0030-08

2014-11-06

國(guó)家自然科學(xué)基金（61203014，61273142）；江蘇省高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目（PAPD，蘇政辦發(fā)（2011）6號(hào)）；中國(guó)博士后基金（2015M571687）；江蘇省自然科學(xué)基金（BK2012283）

徐媚媚（1991—），女，博士研究生，研究方向?yàn)榛跀_動(dòng)觀測(cè)的Boost電路復(fù)合控制；丁世宏（1983—），男，博士，副教授，研究方向?yàn)榛？刂评碚摵凸β首儞Q器控制；江浩斌（1969—），男，博士，教授，研究方向?yàn)檐囕v系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制技術(shù)。

丁世宏