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控制与算法 ★ 5.0

基于估计的鲁棒切换控制在DC-DC升压变换器中的应用

Estimation-Based Robust Switching Control of a DC-DC Boost Converter

作者 Saif Ahmad · Ryan P. C. de Souza · Pauline Kergus · Zohra Kader · Stéphane Caux
期刊 IEEE Transactions on Industry Applications
出版日期 2024年10月
技术分类 控制与算法
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 DC-DC升压转换器 切换控制设计 参数估计器 噪声抑制 控制方案验证
语言:

中文摘要

本文针对直流 - 直流升压转换器提出了一种鲁棒切换控制设计技术。该技术允许转换器在因输入和负载参数扰动而产生的不确定平衡条件下运行。设计了一个参数估计器,用于实时更新切换控制器的平衡点。为了缓解与所设计的参数估计器相关的噪声放大问题,对估计误差注入项进行滤波,以在最终的估计值集合中实现所需的噪声抑制水平。为验证所提出方案的有效性,在仿真和实验平台上对所提出的控制设计进行了验证,并将其与基于脉宽调制(PWM)且带有积分作用的状态反馈控制进行了比较。

English Abstract

In this work, a robust switching control design technique is presented for a DC-DC boost converter. It allows operation under uncertain equilibrium conditions arising due to perturbations in the input and load parameters. A parameter estimator is designed to update the equilibrium point for the switching controller in real-time. In order to mitigate the noise amplification problem associated with the designed parameter estimator, the estimation error injection term is filtered to obtain the desired level of noise suppression in the final set of estimates. To demonstrate the efficiency of the developed scheme, the proposed control design is validated in simulation as well as on an experimental platform, and compared to PWM-based state-feedback control with integral action.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于估计的鲁棒开关控制技术对我们的核心产品线具有显著的应用价值。DC-DC变换器是光伏逆变器和储能系统中的关键功率变换单元,其控制性能直接影响系统效率和可靠性。

该技术的核心优势在于通过实时参数估计应对不确定性工况。在实际应用场景中,光伏输入电压随光照强度波动,储能系统负载随充放电需求变化,这些都会导致工作点偏移。传统PWM控制依赖固定参数设计,难以在全工况下保持最优性能。该论文提出的自适应开关控制方案能动态更新平衡点,这对提升我们产品在复杂环境下的鲁棒性具有重要意义,特别是在分布式光伏和工商业储能等应用场景中。

技术成熟度方面,该方案已完成仿真和实验验证,且与传统积分型状态反馈控制进行了对比,显示出较好的工程可行性。滤波处理估计误差的设计体现了对噪声抑制的实际考量,这对工业级应用至关重要。然而,从产品化角度看,仍需评估算法的计算复杂度是否适配现有DSP/FPGA平台,以及在极端工况下的稳定性裕度。

潜在挑战包括参数估计在快速暂态过程中的收敛速度,以及多变换器并联时的协调控制问题。但若成功集成,该技术可显著提升我们中高功率段产品的动态响应性能和效率曲线,增强在高端市场的竞争力,特别是在对电能质量要求严格的数据中心和微电网应用中。建议组织专项评估,重点关注与现有控制架构的融合路径。