一种用于双向dc/dc变换器中电感电流预测独立收敛控制方法

文档序号:8433235阅读:443来源:国知局
一种用于双向dc/dc变换器中电感电流预测独立收敛控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力电子电路控制技术领域,具体设及一种用于双向DC/DC变换器中 电感电流预测独立收敛控制方法。
【背景技术】
[0002] 近年来,双向DC/DC变换器被广泛应用在电动汽车、UPS、微电网等场合。它能够实 现能量的双向流动,可大幅度减小系统体积重量和成本,具有重要的研究价值。随着电力电 子学的发展W及控制技术的不断成熟,针对双向DC/DC变换器的控制方法逐渐成为人们研 究的热点。
[0003] 目前针对双向DC/DC变换器的控制方法主要有PI控制、模糊控制。模糊控制具有 不需要建立控制对象的数学模型,鲁椿性强等优点,然而它不能够实现在线调整,稳态精度 不高。传统的PI控制虽然它具有原理简单,易于实现,适用面广,控制参数相互独立,参数 的选定比较简单等优点,但是它仍具有响应速度慢稳定性弱;存在积分饱和现象,会使控制 器失去调节作用,容易引发危险事故;参数整定困难,不易调节等缺点。因此对于系统控制 方法的改进是相当重要的。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的是提供一种用于双向DC/DC变换器中电感电流预测独立收敛控制 方法,解决了现有技术中存在的动态响应速度慢、静差大的问题。
[0005] 本发明所采用的技术方案是,用于双向DC/DC变换器中电感电流预测独立收敛 控制方法,具体按W下步骤实施:
[0006] 步骤1、在双向DC/DC变换器的电路中的(n-l)Ts时刻采样中断,得到(n-l)Ts时 刻的电感电流值i^(n-l)、低压电压源的电压值VI、高压电压源的电压值Vh、(n-l)Ts周期内 第二开关管S2的占空比Dbu(n-1)、(n-1)T,周期内第一开关管S1的占空比Db。(n-1),
[0007] 其中,Ts为开关周期;
[000引步骤2、计算nTs时刻的电感电流预测值(叫;
[0009] 步骤3、判断nT拥刻电感上的电流给定值ibef(n)>0是否成么如果成么则nTs 周期内第二开关管S2的占空比Dbu(n) =0,转到步骤4 ;如果不成立,则转到步骤6 ;
[0010] 步骤4、判断/;,(/'〇;^〇是否成么如果不成么则邮周期内第一开关管51的占空比 Db。(n) = 0,转到步骤9 ;如果成立,则转到步骤5 ;
[0011]步骤5、判断/。.,,(")>/,(") + 1,,7:/2^是否成立,如果成立,则1115周期内第一开关管 S1的占空比DbD(n)=1,转到步骤9;如果不成立,则将nTs时刻电感上的电流给定值ibef(n) 赋值给nTs周期内电感电流的平均值引/〇,即引《)=4,.,./(心通过公式(1)计算nTs周期 内第一开关管SI的占空比Dba(n)为;
[001 引
【主权项】
1.用于双向DC/DC变换器中电感电流预测独立收敛控制方法,其特征在于,具体按以 下步骤实施: 步骤1、在双向DC/DC变换器的电路中的(n-l)Ts时刻采样中断,得到(n-l)Ts时刻的 电感电流值ijn-l)、低压电压源的电压值V1、高压电压源的电压值vh、(n-l)T s周期内第二 开关管S2的占空比Dbu(n-1)、(n-1) Ts周期内第一开关管Sl的占空比D b。(n-1), 其中,Ts为开关周期; 步骤2、计算nTJt刻的电感电流预测值Z1.(〃); 步骤3、判断nTs时刻电感上的电流给定值i tof(n) > O是否成立,如果成立,则111^周 期内第二开关管S2的占空比Dbu(η) = 0,转到步骤4 ;如果不成立,则转到步骤6 ; 步骤4、判断/;, (/〇 20是否成立,如果不成立,则nTs周期内第一开关管Sl的占空比 Db。(η) = 0,转到步骤9 ;如果成立,则转到步骤5 ; 步骤5、判断⑷;4⑷+ v,2;/2L是否成立,如果成立,则nTs周期内第一开关管Sl的 占空比Db。(η) = 1,转到步骤9;如果不成立,则将nTs时亥Ij电感上的电流给定值!Lteif (η)赋 值给IiTs周期内电感电流的平均值ζ(/〇,即通过公式(1)计算nTs周期内 第一开关管Sl的占空比D b。(η)为:
其中,Dbt= V Ah,L为电感值, 转到步骤9 ; 步骤6、判断nTs时刻电感上的电流给定值itof(n) <0是否成立,如果成立,则 期内第一开关管SI的占空比Db。(η) =0,转到步骤7;如果不成立,则Db。(η) =0, Dbu(η)= 〇,转到步骤10 ; 步骤7、判断是否成立,如果不成立,则nTs周期内第二开关管S2的占空比 Dbu (η) = 0,转到步骤10 ;如果成立,则转到步骤8 ; 步骤8、判断乂2 -/Λ(?) + (ν), -^)7;/2△是否成立,如果成立,则nTs周期内第二开 关管S2的占空比Dbu (η) = 1,转到步骤10 ;如果不成立,则将nTs时刻电感上的电流给定值 itof⑷赋值给IiTs周期内电感电流的平均值ξ(";),ΒΡ 5?=^_,贝_过公式(2)计算 IiTs周期内第二开关管S2的占空比D bu (η)为:
其中,Dbt= V Ah,L为电感值, 转到步骤10 ; 步骤9、经过中值处理后的第一开关管Sl的占空KD1 (η)为:
产生占空比为D1 (η)的PWM波来控制第一开关管SI,完成双向DC/DC变换器中电感电 流预测控制; 步骤10、经过中值处理后的第二开关管S2的占空比D2 (η)为:
产生占空比为D2 (η)的PWM波来控制第二开关管S2,完成双向DC/DC变换器中电感电 流预测控制。
2.根据权利要求1所述的用于双向DC/DC变换器中电感电流预测独立收敛控制方法, 其特征在于,所述步骤2中111^时刻的电感电流预测值的计算具体步骤为: 步骤2. 1、判断Db。(n-1) > 0是否成立,如果成立,则转到步骤2. 2 ;如果不成立,则转到 步骤2. 5 ; 步骤2. 2、判断ijn-l)多0是否成立,如果成立,则得到111^时刻的电感电流预测值 ζ?(?)为:
转到步骤3 ; 如果不成立,则转到步骤2. 3; 步骤2. 3、判断Kn-IKv1Ts/! < 0是否成立,如果成立,则得到nTs时刻的电感电流预 测值A (")为: 转到步骤3 ;
如果不成立,则转到步骤2. 4; 步骤2. 4、判断i Jn-1)+V1Dto(Ii-I) Ts/L彡0是否成立,如果不成立,则得到nTs时刻的 电感电流预测值((〃)为: 转到步骤3 ;
如果成立,则得到111^时刻的电感电流预测值为: Γ rT
转到步骤3 ; 步骤2. 5、判断ijn-l) < O是否成立,如果成立,则得到111^时刻的电感电流预测值 〇)为:
转到步骤3 ; 如果不成立,则转到步骤2. 6; 步骤2. 6、判断Kn-D-(Vh-V1)TyL彡O是否成立,如果成立,则得到nTs时刻的电感电 流预测值U")为:
转到步骤3 ; 如果不成立,则转到步骤2. 7; 步骤2. 7、判断k (Ii-I)-(Vh-V1) Dbu(n-l)Ts/L < O是否成立,如果不成立,则得到印时 亥_电感电流预测值((《)为:
转到步骤3 ; 如果成立,则得到111^时刻的电感电流预测值为:
转到步骤3。
3.根据权利要求1所述的用于双向DC/DC变换器中电感电流预测独立收敛控制方法, 其特征在于,得到所述步骤5中公式(1)的具体过程为: 当双向DC/DC变换器工作在Boost模式时,在nTs时刻开通第一开关管Sl,电感电流 i?线性增加直到关断第一开关管S1,电感电流达到最大值itax (η),此期间电感电流的 增量Λ U为:
当关断第一开关管S1,电感电流线性减小,减小量△ 为:
在nTs周期至(n+l)Ts周期内,电感电流由ijn)转变为ijn+l),则(11+1)1^时刻的电 感电流i, (n+1)为: I
托 在理想状态下,输入端V1释放的能量E <为:
其中,[⑷为nTs周期内电感电流的平均值, 电感上的能量变化记为:
输出端v,_^SI的能量F…_为,
其中,〃:)为第一开关管Sl关断时Vh的电流平均值:
在理想状态下,及忽略电路阻抗,根据能量守恒得: Evl= AEL+Evh (28) 当w (n) ^ O时,得:
当满足
4.根据权利要求1所述的用于双向DC/DC变换器中电感电流预测独立收敛控制方法, 其特征在于,得到所述步骤8中公式(2)的具体过程为: 当双向DC/DC变换器工作在Buck模式时,在nTs时刻开通第二开关管S2,电感电流 iL(n)线性增加直到关断第二开关管S2,电感电流达到最大值iLniax(n),此期间电感电流的 增量Λ U为:
从开通第二开关管S2到关断第二开关管S2期间,电感电流的平均值G(W)为:
在第二开关管S2开通期间,高压电压源Vh释放的能量E " (η)为:
关断第二开关管S2,电感电流减小并且为低压电压源^提供能量,电感上存储的能量 变化量ΔΕ?为:
在111^周期内负载消耗的能量Evl (η)为:
其中,⑷为nTs周期内电感电流的平均值, 忽略电路阻抗,根据能量守恒定律: Eon (η) = Δ El (n)+Evl (η) (38) 将式(35)、(36)、(37)代入式(38)整理得:
nTs周期内从关断第二开关管S2时刻直至到(n+1) T ?时刻,电感电流减小值△ i ,_为:
(n+l)Ts时刻电感电流U(n+1)为:
5. 根据权利要求1所述的用于双向DC/DC变换器中电感电流预测独立收敛控制方法, 其特征在于,所述步骤1中双向DC/DC变换器电路包括低压电压源V 1,低压电压源V1的负 极分别与高压电压源Vh的负极、第一开关管Sl的发射极连接,高压电压源V h的正极连接第 二开关管S2的集电极,第二开关管S2的发射极分别连接第一开关管Sl的集电极、电感L。
6. 根据权利要求5所述的用于双向DC/DC变换器中电感电流预测独立收敛控制方法, 其特征在于,所述第一开关管Sl和第二开关管S2均为携带反并联二极管或具有反并联二 极管特性的可关断功率开关器件。
【专利摘要】本发明公开了用于双向DC/DC变换器中电感电流预测独立收敛控制方法,采用电感电流独立预测控制,并结合稳态预测值对预测结果进行收敛运算处理,使预测值向稳态预测结果收敛,通过预测值以及稳态预测值直接计算出相应功率管的控制占空比,从而实现良好的电流控制效果。本发明用于双向DC/DC变换器中电感电流预测独立收敛控制方法,能够实现快速稳定的控制主电路的电感电流值;能够解决双向DC/DC变换器在模式切换过程中电感电流断续问题;能够直接通过输入电路参数来求的开关管的占空比。
【IPC分类】H02M3-155
【公开号】CN104753347
【申请号】CN201510148473
【发明人】张琦, 何园, 孙向东, 安少亮, 杨惠, 任碧莹, 赵双双
【申请人】西安理工大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月31日
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