本發(fā)明涉及電子負(fù)載，特別是不確定性igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
1、電子負(fù)載技術(shù)經(jīng)歷了從傳統(tǒng)電阻負(fù)載向能饋型電子負(fù)載的演進(jìn)。早期電阻負(fù)載受限于功率密度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，逐漸被基于功率半導(dǎo)體器件的主動(dòng)式電子負(fù)載取代。能饋型電子負(fù)載通過整流-逆變拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)能量回饋，但其復(fù)雜控制結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)參數(shù)敏感性限制了應(yīng)用場(chǎng)景。近年來，igbt能耗型電子負(fù)載因其熱控性能優(yōu)越、單管功率處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)成為主流方案。其核心控制策略通過驅(qū)動(dòng)電路調(diào)節(jié)igbt導(dǎo)通量實(shí)現(xiàn)恒流控制，結(jié)合誤差放大、驅(qū)動(dòng)級(jí)功率放大和采樣反饋構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。隨著第三代半導(dǎo)體器件發(fā)展，igbt寄生參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響日益凸顯，驅(qū)動(dòng)電路的小信號(hào)建模與補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)成為研究重點(diǎn)。
2、傳統(tǒng)igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)多基于確定性模型，未充分考慮實(shí)際系統(tǒng)中的參數(shù)漂移和高頻段增益偏移?，F(xiàn)有方法采用固定補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)時(shí)，難以平衡動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度與抗干擾能力：一方面，過度依賴經(jīng)驗(yàn)調(diào)整零點(diǎn)/極點(diǎn)位置易導(dǎo)致相位裕度不足，在負(fù)載突變時(shí)產(chǎn)生超調(diào)或振蕩；另一方面，忽略非結(jié)構(gòu)化不確定性（如pcb寄生電感引起的增益波動(dòng)）會(huì)引發(fā)高頻失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、鑒于上述現(xiàn)有存在的問題，提出了本發(fā)明。
2、因此，本發(fā)明提供了不確定性igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)方法解決現(xiàn)有igbt電子負(fù)載控制器因未量化結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化不確定性導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)性能不足、高頻失穩(wěn)及參數(shù)漂移敏感性的問題。
3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
4、第一方面，本發(fā)明提供了不確定性igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)方法，其包括，建立igbt恒流驅(qū)動(dòng)電路的小信號(hào)模型，分解為運(yùn)算放大器、驅(qū)動(dòng)級(jí)和igbt模塊，推導(dǎo)各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)，得到未加補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)傳遞函數(shù)；
5、基于未補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)傳遞函數(shù)，設(shè)定動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，構(gòu)建預(yù)期開環(huán)傳遞函數(shù)，通過參數(shù)匹配反推控制器，生成控制器模型；
6、結(jié)合控制器模型和未補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)傳遞函數(shù)，分析結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化不確定性，計(jì)算乘性不確定性上界并確定權(quán)重函數(shù)；
7、將控制器模型、未補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)傳遞函數(shù)與權(quán)重函數(shù)輸入魯棒波特圖，驗(yàn)證開環(huán)頻率曲線是否避開禁區(qū)，通過迭代調(diào)整反推控制器參數(shù)，輸出合格的控制器。
8、作為本發(fā)明所述不確定性igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述得到未補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)傳遞函數(shù)包括以下步驟，
9、基于運(yùn)算放大器的開環(huán)增益特性定義誤差放大環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，結(jié)合驅(qū)動(dòng)級(jí)模塊的mosfet柵極回路、三極管基極回路和輸出回路的方程求解驅(qū)動(dòng)級(jí)傳遞函數(shù)；
10、通過igbt模塊的柵極回路電流平衡方程和柵射極電壓分壓方程推導(dǎo)igbt模塊傳遞函數(shù)；
11、將誤差放大環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)、驅(qū)動(dòng)級(jí)傳遞函數(shù)、igbt模塊傳遞函數(shù)與采樣電阻串聯(lián)，得到未加補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)傳遞函數(shù)。
12、作為本發(fā)明所述不確定性igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述設(shè)定動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)包括定義最大上升時(shí)間、最大超調(diào)量、最小速度誤差系數(shù)、最大加速度和最大截止頻率的頻域目標(biāo)。
13、作為本發(fā)明所述不確定性igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述構(gòu)建預(yù)期開環(huán)傳遞函數(shù)包括以下步驟，
14、通過設(shè)定零點(diǎn)、低頻極點(diǎn)和高頻極點(diǎn)的分布，形成包含增益比例項(xiàng)、相位補(bǔ)償項(xiàng)及帶寬限制項(xiàng)的傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)；
15、調(diào)整零點(diǎn)位置和極點(diǎn)間距，平衡動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度與穩(wěn)定性，并通過截止頻率驗(yàn)證幅值條件，迭代修正直至滿足所有頻域約束。
16、作為本發(fā)明所述不確定性igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述反推控制器模型指的是將預(yù)期開環(huán)傳遞函數(shù)與未補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)傳遞函數(shù)進(jìn)行對(duì)比，基于增益匹配原則推導(dǎo)控制器模型的頻域，通過調(diào)節(jié)比例增益、積分時(shí)間及零點(diǎn)位置，優(yōu)化控制器模型的相位裕度和帶寬特性。
17、作為本發(fā)明所述不確定性igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述分析結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化不確定性指的是將實(shí)際系統(tǒng)的參數(shù)波動(dòng)建模為結(jié)構(gòu)化不確定性，通過元件標(biāo)稱值與極值范圍計(jì)算傳遞函數(shù)的增益偏差，將實(shí)測(cè)增益波動(dòng)建模為非結(jié)構(gòu)化不確定性，提取高頻段偏移趨勢(shì)。
18、作為本發(fā)明所述不確定性igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述確定權(quán)重函數(shù)包括以下步驟，
19、將結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化不確定性組合為整體的乘性不確定性邊界，定義魯棒穩(wěn)定性權(quán)重函數(shù)；
20、基于靈敏度函數(shù)和補(bǔ)靈敏度函數(shù)定義性能權(quán)重函數(shù)。
21、作為本發(fā)明所述不確定性igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述迭代調(diào)整指的是針對(duì)高頻失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，在控制器模型中引入低通濾波器抑制高頻增益，針對(duì)動(dòng)態(tài)性能不足，增加積分環(huán)節(jié)提升低頻增益并調(diào)整零點(diǎn)提供相位超前。
22、第二方面，本發(fā)明提供了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其中：所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的不確定性igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)方法的任一步驟。
23、第三方面，本發(fā)明提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其中：所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的不確定性igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)方法的任一步驟。
24、本發(fā)明有益效果為：將驅(qū)動(dòng)電路分解為誤差放大、驅(qū)動(dòng)級(jí)和igbt模塊三個(gè)獨(dú)立環(huán)節(jié)，通過柵極回路電流平衡方程和柵射極電壓分壓方程精確推導(dǎo)各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)，建立包含寄生參數(shù)影響的未補(bǔ)償開環(huán)模型，為不確定性分析提供精確基準(zhǔn)；基于動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)構(gòu)建包含相位補(bǔ)償項(xiàng)的四階預(yù)期開環(huán)傳遞函數(shù)，通過零點(diǎn)位置優(yōu)化和極點(diǎn)間距控制，在截止頻率處實(shí)現(xiàn)相位裕度提升與加速度約束，解決超調(diào)與響應(yīng)速度的矛盾；將參數(shù)波動(dòng)建模為結(jié)構(gòu)化不確定性，實(shí)測(cè)增益偏移建模為非結(jié)構(gòu)化，通過乘性不確定性邊界融合定義魯棒穩(wěn)定性權(quán)重函數(shù)，使控制器對(duì)igbt的柵射極寄生電容變化的增益裕度提升；通過禁區(qū)邊界條件驗(yàn)證開環(huán)頻率曲線的規(guī)避能力，結(jié)合低通濾波，使動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間縮短。
1.不確定性igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)方法，其特征在于：包括，
2.如權(quán)利要求1所述的不確定性igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述得到未補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)傳遞函數(shù)包括以下步驟，
3.如權(quán)利要求2所述的不確定性igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述設(shè)定動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)包括定義最大上升時(shí)間、最大超調(diào)量、最小速度誤差系數(shù)、最大加速度和最大截止頻率的頻域目標(biāo)。
4.如權(quán)利要求3所述的不確定性igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述構(gòu)建預(yù)期開環(huán)傳遞函數(shù)包括以下步驟，
5.如權(quán)利要求4所述的不確定性igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述反推控制器模型指的是將預(yù)期開環(huán)傳遞函數(shù)與未補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)傳遞函數(shù)進(jìn)行對(duì)比，基于增益匹配原則推導(dǎo)控制器模型的頻域，通過調(diào)節(jié)比例增益、積分時(shí)間及零點(diǎn)位置，優(yōu)化控制器模型的相位裕度和帶寬特性。
6.如權(quán)利要求5所述的不確定性igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述分析結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化不確定性指的是將實(shí)際系統(tǒng)的參數(shù)波動(dòng)建模為結(jié)構(gòu)化不確定性，通過元件標(biāo)稱值與極值范圍計(jì)算傳遞函數(shù)的增益偏差，將實(shí)測(cè)增益波動(dòng)建模為非結(jié)構(gòu)化不確定性，提取高頻段偏移趨勢(shì)。
7.如權(quán)利要求6所述的不確定性igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述確定權(quán)重函數(shù)包括以下步驟，
8.如權(quán)利要求7所述的不確定性igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述迭代調(diào)整指的是針對(duì)高頻失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，在控制器模型中引入低通濾波器抑制高頻增益，針對(duì)動(dòng)態(tài)性能不足，增加積分環(huán)節(jié)提升低頻增益并調(diào)整零點(diǎn)提供相位超前。
9.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于：所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1~8任一所述的不確定性igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)方法的步驟。
10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于：所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1~8任一所述的不確定性igbt電子負(fù)載控制器設(shè)計(jì)方法的步驟。