一种dc-dc变换器控制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力电子中DC-DC电路以及先进控制方法中的预测控制领域，具体涉 及一种DC-DC变换器控制方法及系统。
【背景技术】
[0002] 燃料电池电能的产生依赖于源源不断的燃料提供，燃料供给的波动往往会导致燃 料电池的输出电压不稳定甚至出现大范围波动，另外现实生活中各种各样的工作负载具有 不同的额定工作电压，如何将燃料电池的输出电压与之匹配是一个问题。所以设计一个安 全可靠高效的DC-DC变换器至关重要。它将燃料电池电压升至直流总线电压，再由各个降 压电路降压为负载供电，当电池输入电压发生波动时，依然能够保证直流总线电压的稳定。
[0003] 模型预测控制算法具有能够解决多变量优化问题的优势，所以在传统复杂的流程 工业得到了广泛的使用。但是其算法本身需要大量的在线滚动优化计算，这限制了算法运 用在快速被控对象中，采用预测函数控制算法点对点的一步预测，可以快速收敛到设定点， 从而能够控制快速过程和对象。
[0004] 在本发明设计中，控制算法以及电路采样输入输出均由通用变频器控制器（GPIC) 实现，其中控制算法参数通过上位机进行传递，而现场可编程门阵列（FPGA)用来计算并且 通过多种接口将占空比转成PWM波输出从而达到控制电压的目的。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中模型预测控制方法本身需要大量的在线滚动优化计算的缺陷，本 发明提供了一种DC-DC变换器控制方法，采用一步预测的办法，快速达到设定值。
[0006] -种DC-DC变换器的控制方法，包括：
[0007] (1)获取DC-DC电路输出端的反馈电压值并与设定电压值进行比较得到校正误差 A u ；
[0008] (2)对所述校正误差A U进行判断：
[0009] 若校正误差A u = 0,则维持控制DC-DC变换器主开关管的PWM控制信号不变；
[0010] 若校正误差A u辛0,则计算未来时刻的期望增量AP =A u(l-Xh)，同时利用传 递函数u(n) = aiUOi-D+awOiD+kidOi-D+k^dOiD进行迭代计算未来时刻的预测增量 Am，令Am和Ap相等计算出占空比d，并转换为下一时刻DC-DC变换器主开关管的PWM控 制信号；
[0011] 其中
【主权项】
1. 一种DC-DC变换器的控制方法，其特征在于，包括：' (1) 获取DC-DC电路输出端的反馈电压值并与设定电压值进行比较得到校正误差 Δ u ； (2) 对所述校正误差Λ u进行判断： 若校正误差Λ u = 0,则维持控制DC-DC变换器主开关管的PWM控制信号不变；
若校正误差Λ u辛0,则计算未来时刻的期望增量Λ ρ = Λ u (1- λ h)，同时利用传递函 数u(n) =B1IiOi-IHa2U(nD+l^dOi-D+l^dOiD进行迭代计算未来时刻的预测增量Am， 令Am和Λρ相等计算出占空比d，并转换为下一时刻DC-DC变换器主开关管的PWM控制信 号； 其中 h为迭代计算的次数，Ts为采样时间，CLTR为闭环响应时 间，Tr为由闭环响应时间CLTR决定的参数，其中ai、a2、kdP k 2为传递函数的相关系数，所 述当前时刻为第η时刻，所述未来时刻为第（n+h)时刻。
2. 如权利要求1所述的DC-DC变换器的控制方法，其特征在于，所述预测增量Λ m等于 未来时刻的预测电压u (n+h)减去当前时刻的理论电压u (η)， 当前时刻的理论电压u(n)由所述传递函数结合前两个时刻（η-1)和（η-2)对应的电 压和占空比计算得到； 未来时刻的预测电压u(n+h)的计算过程包括自由响应部分和受迫响应部分，对于自 由响应部分，求解原理为令占空比的输入均为0,即 um (n+1) =B1UmOiHa2Um (η-1)+0+0 um(n+2) =B1UmOrHlKa2Um (η)+0+0 um (n+h) = B1UmO^h-Iha2Um (n+h_2)+0+0 根据传递函数可以写出如下其次方程： uml (p) = B1Uml(P-I)+a2uml (p-2)+0+0 对于已知的h，uml只需要从3迭代到h-1即可，初始条件为： Umi (2) =um (η-1) Umi(I) =um (η-2) 其中，um(η-1)与um(η-2)分别由相应时刻的传递函数迭代计算而来， 自由响应的迭代结果Su1(Ii) =UmlOi-I)， 而受迫响应道理类似，将传递函数中的η替换为η+1得到u(n+l)= ap (n) +a2u (n-1) +kj (n) +k2d (η-1)，令电压的初始状态为0,所有的输出都默认相等，即 d (n-1) = d (n) = d (η+1) =... = d (n+h)， u (η+1) = B1U (n)+a2u (n-1)+k^ (n)+k2d (η-1) = 0+0+k^ (η)+k2d (η-1) = (k1+k2)d(n), u (η+2) =S1U (η+1)+a2u (η)+Ii1Cl (η+1)+k2d (η) Za1(Iifk2) d (η)+(Hk1Cl (η)+k2d(n_l)= (k!+k2) (a^l) d(n),...... 以此类推得到受迫响应部分的结果为一个常数算子与占空比d (η)的乘积， 通过自由响应部分和受迫响应部分的迭代计算得到u(n+h)，将u(n+h)与u(n)作差得 到Am。
3. 如权利要求2所述的DC-DC变换器的控制方法，其特征在于，所述迭代计算的次数大 于或等于2。
4. 如权利要求2所述的DC-DC变换器的控制方法，其特征在于，DC-DC电路的负载为 5~20 Ω，所述迭代计算的次数h为2~15。
5. 如权利要求4所述的DC-DC变换器的控制方法，其特征在于，所述迭代计算的次数h 为10~15或3。
6. 如权利要求2所述的DC-DC变换器的控制方法，其特征在于，DC-DC电路的负载大于 20 Ω，所述迭代计算的次数h为2~5。
7. 如权利要求6所述的DC-DC变换器的控制方法，其特征在于，所述迭代计算的次数h 为3〇
8. -种DC-DC变换器控制系统，其特征在于，包括第一模块和第二模块， 所述第一模块用于获取DC-DC电路输出端的反馈电压值并与设定电压值进行比较得 到校正误差Λ u ; 所述第二模块用于计算下一时刻DC-DC变换器主开关管的PWM控制信号，计算过程如 下， 对所述校正误差Λ u进行判断： 若校正误差Λ u = 0,则维持控制DC-DC变换器主开关管的PWM控制信号不变；
若校正误差Λ u乒0,则计算未来时刻的期望增量Λρ =Λ u(1- λ，，同时利用传递函 数u(n) =B1IiOi-IHa2U(nD+l^dOi-D+l^dOiD进行迭代计算未来时刻的预测增量Am， 令Am和A d相等计算出占空比d，并转换为下一时刻DC-DC变换器主开关管的PWM控制信 号； 其中y h为迭代计算的次数，Ts为采样时间，CLTR为闭环响应时 间，Tr为由闭环响应时间CLTR决定的参数，其中ai、a2、kdP k 2为传递函数的相关系数，所 述当前时刻为第η时刻，所述未来时刻为第（n+h)时刻。
【专利摘要】本发明公开了一种DC-DC变换器控制方法，采用预测函数控制通过一步预测的办法快速达到设定值以实现对DC-DC变换器进行控制。本发明还提供了一种DC-DC变换器控制系统。本发明的DC-DC变换器控制方法通过一步预测的办法有效的减少了模型预测控制算法本身需要大量的在线滚动优化计算，快速达到设定值以实现对DC-DC变换器进行控制。
【IPC分类】H02M3-156
【公开号】CN104734504
【申请号】CN201510109832
【发明人】谢磊, 刘振
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月13日