Fixed-Time Sliding Mode Control for NPC Converters With Improved Disturbance Rejection Performance

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作者
Xiaoning Shen,Guangxin Liu,Jianxing Liu,Yabin Gao,José I. Leon,Ligang Wu,Leopoldo G. Franquelo
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:21 (6): 4476-4487 被引量:49
标识
DOI:10.1109/tii.2025.3540481
摘要

This article explores a novel variable-gain super-twisting observer (VGSTO)-based fixed-time sliding mode control (FTSMC) method for the dc-link voltage control of three-level neutral-point-clamped (NPC) active front-end (AFE) converters. Among the literature review, the super-twisting observer is an attractive solution for disturbance estimation. However, its convergence velocity is limited when the trajectories are far away from the origin. To overcome this drawback, a novel VGSTO is proposed in this work, whose innovation lies in adopting dynamically adapted exponent coefficients in the conventional super-twisting observer; thus, it turns into a linear observer outside a ball around the origin, which increases the convergence rate of conventional super-twisting observer, and the disturbance rejection ability is enhanced significantly. In addition, an FTSMC is designed for the NPC converter and its settling time is independent of the initial states, which breaks through the limitation of the traditional finite-time sliding mode controllers and assures the dynamic performance of the NPC converter. The proposed control scheme is assessed and compared with other representative observer-based sliding mode control methods based on a three-level NPC AFE converter test bench, and the experimental results verify its feasibility and effectiveness.
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