技术领域
本发明涉及基于光伏发电系统的磁流变阻尼器(Magnetorheologicalfluid
damper，简称MRFD)能量管理控制方法，解决电路能量流动关系，使系统
能高效稳定运行，用于类似MRFD需求电流的负载进行供电。
背景技术：
随着经济迅速发展，现在建筑结构趋向于高强轻质、建筑类型多样化的
方向发展，这会降低抵御飓风和地震的抗力，为此结构振动控制的应用具有
现实意义。在结构振动控制中，文献(谢伟.磁流变阻尼器及其结构振动控制
研究，华中科技大学，2007)介绍了MRFD属于半主动控制，它具有结构简
单、能耗低、出力大、响应速度快、阻尼力连续顺逆可调、易于微机控制相
结合等优点。文献(童静.磁流变阻尼器动态响应特性及其长期静置影响研究，
重庆大学，2010)介绍了MRFD电流驱动器的研究现状及应用场合，讲述电
流驱动器控制电流的大小实现MRFD出力大小，但是电流驱动器的供电电源
通常需要接入电网才能进行供电，若负载出现远离电网或不易获得电能等情
况，供电电源无法对MRFD进行供电的。
技术实现要素：
本发明的技术解决问题：为了解决基于光伏发电系统的能量流动以及给
MRFD提供准确电流等问题，本发明提出了一种基于光伏发电系统的磁流变
阻尼器能量管理控制方法，使系统能稳定、可靠运行，实现在远离电网或不
易获得电能等情况对MRFD提供准确电流。
本发明的技术解决方案为：基于光伏发电系统的磁流变阻尼器能量管理
控制方法，其步骤为：
①根据MRFD的基本工作原理、光伏电池板输出特性以及蓄电池输出特
性，设计系统电路结构，并计算主电路基本参数；
②计算光伏电池输出功率P′pv和MRFD输出功率P′mrfd，并根据计算和采
集的参数P′pv、P′mrfd、U′pv、i′L判断系统电路工作模式，使系统高效稳定运行。
所述步骤①中的系统电路结构：
其包括主电路6、采样电路7、限幅、滤波调理电路8、辅助电源9、控制
电路10以及隔离、驱动电路11。
主电路6主要由光伏电池板1、第一级Buck2、蓄电池5、第二级Buck3
以及磁流变阻尼器4组成。光伏电池板1通过并联电容12来连接第一级
Buck2，电容12作用是使输入端电流处于连续状态。第一级Buck2包括第一
级Mosfet13、第一级续流二极管14、电感15以及滤波电容16，第一级Mosfet13
接在电容12和第一级续流二极管14的负极之间，第一级续流二极管14的负
极接在第一级Mosfet13和电感15之间，第一级续流二极管14的正极接在电
容12和滤波电容16之间，电感15接在第一级续流二极管14的负极和滤波
电容16之间，滤波电容16并联蓄电池5两端。第二级Buck3包括第二级功
率开关管Mosfet17和第二级续流二极管18，第二级Mosfet17接在蓄电池5
的正极和第二级续流二极管18的负极之间，第二级续流二极管18并联在
MRFD4两端。光伏电池板1与第一级Buck2输入端连接，其输出端并联蓄
电池5和第二级Buck3输入端，第二级Buck3输出端接磁流变阻尼器4。光
伏电池板1作为供电装置，通过第一级Buck2中第一级功率开关管13，控制
光伏电池板1输出电压或电流大小，给蓄电池5和磁流变阻尼器4供电。若
光照较强时，光伏电池板1不仅给磁流变阻尼器4供电，还可将多余能量给
蓄电池5充电，此时蓄电池5可作为负载储存能量；若光照较弱或磁流变阻
尼器4需求较多能量时，由光伏电池板1和蓄电池5同时给磁流变阻尼器4
供电，此时蓄电池5可作为供电装置。由于磁流变阻尼器4出力大小与电流
大小有关，为此第二级Buck3中第二级功率开关管17可控制磁流变阻尼器4
输出电流大小。采样电路7采集主电路6中光伏电池板1输出电压Upv、输
出电流ipv、蓄电池5端电压Ub、第一级Buck2输出电流iL、磁流变阻尼器4
输出电压Umrfd以及输出电流imrfd后送入限幅、滤波调理电路8进行信号处理，
得到信号：光伏电池板1输出电压U′pv、输出电流i′pv、蓄电池5端电压U′b、
第一级Buck2输出电流i′L、磁流变阻尼器4输出电压U′mrfd、输出电流i′mrfd后，经控制电路10输出所需的信号，其信号经过隔离、驱动电路11放大后
驱动器件第一级Buck2中第一级功率开关管13和第二级Buck3中第二级功
率开关管17的开通和关断，而辅助电源9作用是给控制电路10进行供电。
所述步骤①中的计算电路基本参数：
电感15计算：滤波电容16计算：式中Ub、Upv为第一级Buck2输出、输入电压；iL为第一级Buck2输出电
流；toff、T以及f分别为关断时间、采样周期以及采样频率；ΔUb为纹波电压，
取5％。
所述步骤②中电路工作在相应模式：
模式一：第一级Buck2采用基于变步长的扰动观察法，第二级Buck3采
用电流单闭环控制；
模式二：第一级Buck2采用电压电流双闭环控制，第二级Buck3采用电
流单闭环控制；
模式三：第一级Buck2采用基于变步长的扰动观察法，第二级Buck3不
工作；
模式四：第一级Buck2不工作，第二级Buck3采用电流单闭环控制；
模式五：第一级Buck2不工作，第二级Buck3不工作；
设置系统在启动时系统工作在模式一。
检测并判断P′pv和P′mrfd大小，若P′pv大于P′mrfd时，采集并检测蓄电池5
端电压U′b。当U′b大于充电后期时设定电压值Ub-later，系统切换成模式二；若
U′b小于终止电压Ub-min时，系统仍工作在模式一；若U′b大于等于Ub-min并小
于等于Ub-later，检测第一级Buck2输出电流i′L，若i′L小于蓄电池5充电允许
电流值时，系统工作在模式一，否则系统切换成模式二。
当P′pv小于等于P′mrfd时，采集并检测蓄电池5端电压U′b。当U′b大于
Ub-min时，系统工作在模式一，否则系统切换成模式三。
当P′pv输出为0时，采集并检测蓄电池5端电压U′b。当U′b大于Ub-min时，
系统切换成模式四，否则系统切换成模式五。
为提高光伏电池板1输出效率，加快蓄电池5充电速度，采用基于变步长
的扰动观察法：首先采集光伏电池板1输出电压和输出电流，并计算输出功
率，然后判别当前输出电压值和前一时刻输出电压值之差是否为零，若是，
则将当前时刻的输出电压和输出功率赋给前一时刻输出电压和输出功率，否
则计算电压扰动的表达式：
Uref=Uref+αdPdU=Uref+αP(k)-P(k-1)U(k)-U(k-1)]]>α≤Ustep_max|dP/dU|max]]>|dPdU|max≈|P|U=mUoc-P|U=UocmUoc-Uoc|=|mI|U=mUocm-1|]]>使其自适应地调整扰动步长，直到当前时刻的输出电压和输出功率与前一时
刻输出电压和输出功率相等便得到参考电压，将其与采集输出电压作差，依
次经过调节器和PWM发生器得到控制信号。式中，Uref为光伏电池板1的参
考电压；P(k)、P(k-1)分别是第k、k-1时刻光伏电池板1的输出功率；U(k)、
U(k-1)分别是第k、k-1时刻光伏电池板1的输出电压；Usrep_max为最大步长，
取0.05；m是光伏电池板1开路电压的比例系数，取0.98；Uoc是光伏电池板
1的开路电压；PIU＝mUoc是光伏电池板1输出电压U＝mUoc时对应功率；PIU＝Uoc是光伏电池板1输出电压U＝Uoc时对应功率，该功率为0；α为变步长速度因
子，可根据上述公式计算范围确定。
为延长蓄电池5使用寿命，可在蓄电池5充电后期采用电压电流双闭环
控制：采集蓄电池5端电压U′b和第一级Buck2输出电流i′L，将给定参考电压
Ub-ref和采集蓄电池5端电压U′b作差，经过补偿网络校正得到参考电流值，其
值与采集第一级Buck2输出电流i′L作差，依次经过补偿网络校正和PWM发
生器得到控制信号，最后控制第一级Buck2中第一级功率开关管13的开通和
关断。
为准确控制磁流变阻尼器输出电流大小，采用电流单闭环控制：采集磁流
变阻尼器4输出电流i′mrfd与给定参考电流值iref进行作差，其差值依次经过补
偿网络和PWM发生器，生成的脉宽调制信号驱动第二级Buck3中第二级功
率开关管17开通和关断，进而控制输出电流大小。
补偿网络的传递函数为：其中参数k为补偿网络增益；
ω1为补偿网络零点；ω2为补偿网络极点。其参数ω1、ω2和k确定：为保证系
统能稳定跟踪给定输入值，需要第一级Buck2或第二级Buck3的开环传递函
数Gop(s)＝G0(s)Gc(s)Gpwm(s)满足以下要求：低频段斜率为-20dB/dec，以保证稳
态误差要求；中频段对数幅值特性曲线的截止频率ωc所对应的斜率为
-20dB/dec，并占据充分宽的宽带，为此可根据开环传递函数的波特图在中频
段截止频率ωc对应斜率为-20dB/dec来确定ω1值；高频段斜率小于等于-40
dB/dec，以消弱噪音对系统的影响，为此ω2应选取大于开环传递函数截止频
率ωc的值。取开环函数的截止频率ωc为采样频率的1/10～1/6，并将截止频率
代入开环传递函数中，计算|Gop(jωc)|＝1，即可求出增益k。其中G0(s)为第
一级Buck2或第二级Buck3控制对象传递函数，Gpwm(s)为PWM发生器传
递函数。
本发明的原理为：为保证系统能高效稳定运行，使MRFD4得到准确电流
值，对系统电路进行能量管理，其模式分为：
模式一：第一级Buck2采用基于变步长的扰动观察法，第二级Buck3采
用电流单闭环控制；
模式二：第一级Buck2采用电压电流双闭环控制，第二级Buck3采用电
流单闭环控制；
模式三：第一级Buck2采用基于变步长的扰动观察法，第二级Buck3不
工作；
模式四：第一级Buck2不工作，第二级Buck3采用电流单闭环控制；
模式五：第一级Buck2不工作，第二级Buck3不工作；
设置系统在启动时系统工作在模式一，即系统在启动运行阶段(可设置
启动运行阶段的时间)第一级Buck2采用基于变步长扰动观察法，使光伏电
池板1输出最大功率，而为控制MRFD4输出电流大小，第二级Buck3采用
电流单闭环控制，使MRFD4能正常工作。
检测并判断P′pv和P′mrfd大小，若P′pv大于P′mrfd时，采集并检测蓄电池5
端电压U′b。当U′b大于充电后期时设定电压值Ub-later，系统切换成模式二；若
U′b小于终止电压Ub-min时，系统仍工作在模式一；若U′b大于等于Ub-min并小
于等于Ub-later，检测第一级Buck2电流i′L，若i′L小于蓄电池5充电允许电流
值时，系统工作在模式一，否则系统切换成模式二。
当P′pv小于等于P′mrfd时，采集并检测蓄电池5端电压U′b。当U′b大于
Ub-min时，系统工作在模式一，否则系统切换成模式三。
当P′pv输出为0时，采集并检测蓄电池5端电压U′b。当U′b大于Ub-min时，
系统切换成模式四，否则系统切换成模式五。
为提高光伏电池板1输出效率，提高蓄电池5充电速度，且考虑硬件成本
问题，采用基于变步长扰动观察法作为本发明最大功率点跟踪(Maximum
powerpointtracking，MPPT)控制方法，其原理：采集光伏电池板1输出电
压和输出电流，并计算输出功率，然后判别当前输出电压值和前一时刻输出
电压值之差是否为零，若是，则将当前时刻的输出电压和输出功率赋给前一
时刻输出电压和输出功率，否则计算电压扰动的表达式：
Uref=Uref+αdPdU=Uref+αP(k)-P(k-1)U(k)-U(k-1)]]>α≤Ustep_max|dP/dU|max]]>|dPdU|max≈|P|U=mUoc-P|U=UocmUoc-Uoc|=|mI|U=mUocm-1|]]>使其自适应地调整扰动步长，直到当前时刻的输出电压和输出功率与前一时
刻输出电压和输出功率相等便得到参考电压，将其与采集输出电压作差，依
次经过调节器和PWM发生器得到控制信号。式中，Uref为光伏电池板1的参
考电压；P(k)、P(k-1)分别是第k、k-1时刻光伏电池板1的输出功率；U(k)、
U(k-1)分别是第k、k-1时刻光伏电池板1的输出电压；Ustep_max为最大步长，
取0.05；m是光伏电池板1开路电压的比例系数，取0.98；Uoc是光伏电池板
1的开路电压；PIU＝mUoc是光伏电池板1输出电压U＝mUoc时对应功率；PIU＝Uoc是光伏电池板1输出电压U＝Uoc时对应功率，该功率为0；α为变步长速度因
子，可根据上述公式计算范围确定。
本发明以蓄电池5作为系统的储能装置，为保证蓄电池5充电速度和使
用寿命，可在前期采用基于变步长扰动观察法进行供电，当蓄电池5达到充
电后期设置电压值时，采用电压电流双闭环控制进行供电，其控制原理：采
集的蓄电池5端电压和第一级Buck2输出电感电流构成双闭环控制，其作用：
以一定恒压给蓄电池5和第二级Buck2进行供电；具有较快响应速度，且该
控制具有一定限流作用。
针对电压电流双闭环控制，首先对第一级Buck2电路进行小信号建模，
得到电流内环控制对象函数：
Gid(s)=i^L(s)d^(s)=Upv(C2s+1/R)L1C2s2+L1s/R+1]]>对控制对象进行补偿，使第一级Buck2的开环传递函数满足以下要求：低频
段斜率为-20dB/dec，以保证稳态误差要求；中频段对数幅值特性曲线的截止
频率所对应的斜率为-20dB/dec，并占据充分宽的宽带；高频段斜率小于等于
-40dB/dec，以消弱噪音对系统的影响；其电压外环控制对象函数：
Gui(s)=u^o(s)i^L(s)=1C2s+1/R]]>其补偿网络的求解方法和电流内环一样(但电压外环穿越频率一般是电流内
环1/10左右)。其中，Upv是第一级Buck2输入电压；L1为第一级Buck2的电
感；C2为第一级Buck2的电容，R为第一级Buck2输出负载。
MRFD4的工作原理：通过改变输出电流的大小获得励磁线圈不同强度的
磁场，使其工作缸内的磁流变液的流动特性发生变化，从而改变MRFD4出力
的大小。MRFD4作为系统的控制对象，采用电流单闭环控制，其控制原理：
采集第二级Buck3输出电流与参考电流作差，经补偿网络和PWM发生器得
到控制信号，进而控制MRFD输出电流的大小。第二级Buck3电流环控制对
象函数：
Gid(s)=i^(s)d^(s)=UbLms+Rm]]>其补偿网络求解原理和上述电压电流双闭环控制一样。其中，Ub是第二级
Buck3输入电压(即蓄电池5端电压)；Lm为MRFD4等效电感；Rm为MRFD4
等效电阻。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明所述基于光伏发电系统的MRFD能量管理控制方法，解决光伏电
池板、蓄电池以及MRFD之间能量流动关系，使系统在远离电网或不易获得
电能情况能高效、稳定对MRFD提供稳定电流。
附图说明
图1所示为基于光伏发电系统的磁流变阻尼器能量管理控制方法流程图；
图2所示为基于光伏发电系统的MRFD电源系统；
图3所示为系统能量管理控制方法流程图；
图4所示为控制电路框图；
图5所示为基于变步长的扰动观察法流程图；
图6所示为能量管理控制波形。
具体实施方式：
本发明采取的基于光伏发电系统的磁流变阻尼器能量管理控制方法，如图
1所示，其步骤为：
①根据磁流变阻尼器的基本工作原理、光伏电池板输出特性以及蓄电池
输出特性，设计系统电路结构，并计算主电路基本参数：
图2所示为基于光伏发电系统的MRFD电源系统，其中系统电路结构包
括主电路6、采样电路7、限幅、滤波调理电路8、辅助电源9、控制电路10
以及隔离、驱动电路11。
在主电路6中，光伏电池板1作为供电装置，通过并联电容12来连接第
一级Buck2(包括第一级Mosfet13、第一级续流二极管14、电感15以及滤波
电容16，第一级Mosfet13接在电容12和第一级续流二极管14的负极之间，
第一级续流二极管14的负极接在第一级Mosfet13和电感15之间，第一级续
流二极管14的正极接在电容12和滤波电容16之间，电感15接在第一级续
流二极管14的负极和滤波电容16之间)，其中滤波电容16并联蓄电池5两
端，电容12作用是使输入端电流处于连续状态，通过控制第一级Buck2中第
一级Mosfet13开通和关断来控制光伏电池板1输出电压和电流的大小。第一
级Buck2输出端接蓄电池5，蓄电池5并联第二级Buck3(包括第二级Mosfet17
和第二级续流二极管18，第二级Mosfet17接在蓄电池5的正极和第二级续流
二极管18的负极之间，第二级续流二极管18并联在MRFD4两端)，通过控
制第二级Buck3中第二级Mosfet17开通和关断能有效控制MRFD4输出电流
的大小。采样电路7(本发明采用3个霍尔电压传感器和3个霍尔电流传感器)
采集主电路6的光伏电池输出电压Upv、输出电流ipv、蓄电池端电压Ub、第
一级Buck输出电流iL、MRFD输出电压Umrfd以及输出电流imrfd信号后送入
限幅、滤波调理电路8进行信号处理，得到信号(光伏电压U′pv、光伏电流i′pv、
蓄电池电压U′b、第一级Buck输出电流i′L、MRFD输出电压U′mrfd、MRFD输
出电流i′mrfd)经控制电路10(本发明采用的是TMS320LF28335)后输出所需
的信号，其信号经过隔离、驱动电路11放大后驱动器件第一级Mosfet13和
第二级Mosfet17的开通和关断，而辅助电源9作用是给控制电路10进行供电。
首先根据主电路确定电路基本参数：
表1光伏电池板基本参数
本发明选用额定电压为12V，容量为24Ah的蓄电池。
根据表1光伏电池板1基本参数和蓄电池5基本参数，主电路6中基本
参数计算如下：
电感15值：
L1=Ub2iLtoff=Ub2iLf(1-UbUpv)=122×3.3483×20×103(1-1217.7)=2.8853×10-5H]]>实际选取电感值大于计算电感15值，为此选电感值为2.5mH。
滤波电容16值：
实际选取电容值大于滤波电容16值，为此选电容值为10uF。
②采集主电路中光伏电池板1输出电压U′pv、输出电流i′pv，磁流变阻尼
器4输出电压U′mrfd、输出电流i′mrfd、蓄电池5端电压U′b以及第一级Buck2
输出电流i′L，计算光伏电池板1输出功率P′pv和磁流变阻尼器4输出功率P′mrfd，
并根据计算和采集的参数P′pv、P′mrfd、U′pv、i′L判断系统电路工作模式，使系
统能高效稳定运行：
图2所示的控制电路10是系统控制的核心，其控制电路框图如图3所示，
由光伏电池板1输出电压U′pv、第一级Buck2输出电流i′pv形成基于变步长的
扰动观察法得出控制信号dpv、蓄电池5端电压U′b、第一级Buck2输出电流
i′L与参考电压Ub-ref形成电压电流双闭环控制得出的控制信号db以及MRFD4
输出电流i′mrfd和参考电流iref形成的电流单闭环控制得出的控制信号dmrfd，经
过选通开关合理输出控制信号d1驱动第一级Buck2中Mosfet13和控制信号d2驱动第二级Buck3中Mosfet17的开通和关断。为控制选通开关输出相应控制
信号，将光伏电池板1输出电压U′pv、输出电流i′pv、蓄电池5端电压U′b、电
流i′b、MRFD4输出电流i′mrfd以及电压U′mrfd经系统能量管理控制输出x和y
信号(x是第一级Buck2中Mosfet13的触发信号，y是第二级Buck3的
Mosfet17的触发信号)，进而控制选通开关得出相应控制信号(即d1和d2)，
其中系统能量管理控制的流程图如图4所示，首先采集光伏电池1输出电压
U′pv、输出电流i′pv、蓄电池5端电压U′b、第一级Buck输出电流i′L、MRFD4
输出电流i′mrfd以及电压U′mrfd，并设置启动时系统工作在模式一。计算光伏电
池板1输出功率P′pv＝i′pv×U′pv和MRFD4输出功率P′mrfd＝i′mrfd×U′mrfd。
先判断P′pv是否大于0，当存在光照等情况，即P′pv大于0。当光照较强
时，即P′pv大于P′mrfd，检测U′b大小，若U′b大于充电后期时设定电压值Ub-later
(取14V)，则系统由模式一切换为模式二，减少光伏电池板1输出功率，以
一定电压给蓄电池5和后级电路进行供电；当U′b小于终止电压Ub-min(取
10.5V)时，则系统仍工作在模式一；若U′b大于等于10.5V小于等于14V，
检测电流i′L，若小于允许电流时ib-admin(取2A)，系统工作在模式一，否则系
统切换成模式二。
判断P′pv是否大于0，当存在光照等情况，即P′pv大于0。当光照较弱或
负载加重时，即P′pv不大于P′mrfd，光伏电池板1输出功率不足以维持MRFD4
供给，需要由蓄电池5进行供电，检测U′b大小，若U′b大于10.5V，则系统
工作在模式一，否则系统切换成模式三。
在阴雨天或夜晚时，光伏电池板1输出功率为P′pv＝0，检测U′b大小，若
U′b大于10.5V，系统切换成模式四，否则系统切换成模式五。
工作模式如下：
模式一：第一级Buck2采用基于变步长扰动观察法(即x＝1)，第二级Buck3
采用电流单闭环控制(即y＝1)；
模式二：第一级Buck2采用电压电流双闭环控制(即x＝-1)，第二级Buck3
采用电流单闭环控制(即y＝1)；
模式三：第一级Buck2采用基于变步长扰动观察法(即x＝1)，第二级Buck3
不工作(即y＝0)；
模式四：第一级Buck2不工作(即x＝0)，第二级Buck3采用电流单闭环
控制(即y＝1)；
模式五：第一级Buck2不工作(即x＝0)，第二级Buck3不工作(即y＝0)。
图2所示中控制电路10不仅处理系统能量进行管理，还包括各种控制方
法(即基于变步长的扰动观察法、电压电流双闭环控制以及电流单闭环控制)。
首先采样电路7采集主电路6的光伏电池板1输出电压Upv、输出电流ipv、蓄
电池5端电压Ub、第一级Buck2输出电流iL、MRFD4输出电压Umrfd以及电
流imrfd信号后送入限幅、滤波调理电路8进行信号处理，得到信号(光伏电
压板输出U′pv、输出电流i′pv、蓄电池5端电压U′b、第一级Buck2输出电流i′L、
MRFD4输出电压U′mrfd、输出电流i′mrfd)经控制电路10处理能量管理中的各
种方法(即基于变步长扰动观察法、电压电流双闭环控制以及电流单闭环控
制)。
基于变步长的扰动观察法中MPPT模块的控制流程图如图5所示，首先
采集光伏电池板1输出电压和输出电流，并计算输出功率，然后判别当前输
出电压值和前一时刻输出电压值之差是否近似为零，若是，则将当前时刻的
输出电压和输出功率赋给前一时刻输出电压和输出功率，否则计算电压扰动
的表达式：
Uref=Uref+αdPdU=Uref+αP(k)-P(k-1)U(k)-U(k-1)]]>α≤Ustep_max|dP/dU|max]]>|dPdU|max≈|P|U=mUoc-P|U=UocmUoc-Uoc|=|mI|U=mUocm-1|]]>使其自适应地调整扰动步长，直到当前时刻的输出电压和输出功率与前一时
刻输出电压和输出功率相等便得到参考电压，将其与采集输出电压作差，依
次经过调节器和PWM发生器得到控制信号。式中，Uref为光伏电池板1的参
考电压；P(k)、P(k-1)分别是第k、k-1时刻光伏电池板1的输出功率；U(k)、
U(k-1)分别是第k、k-1时刻光伏电池板1的输出电压；Ustep_max为最大步长，
取0.05；m是光伏电池板1开路电压的比例系数，取0.98；Uoc是光伏电池板
1的开路电压；PIU＝mUoc是光伏电池板1输出电压U＝mUoc时对应功率；PIU＝Uoc是光伏电池板1输出电压U＝Uoc时对应功率，该功率为0；α为变步长速度因
子，可根据上述公式计算范围确定，即α取0.05。MPPT模块输出参考电压与
光伏电池板输出电压U′pv经过PID调节器和PWM发生器得出控制信号dpv，
其中PID控制参数：比例参数Kp是0.05，积分参数Ki是0.00001，微分参数
Kd是0.004。
电压电流双闭环控制中补偿网络计算：首先电流内环的控制对象：
由于PWM发生器的传递函数为：
其中UPWM为载波的峰值，其值取1。对控制对象进行补偿，
使开环传递函数Gid(s)Gc1(s)GPWM满足以下要求：取截止频率为采样频
率1/10～1/6，即截至频率取4000Hz。低频段斜率为-20dB/dec，以保证稳态误
差要求；中频段对数幅值特性曲线的截止频率所对应斜率为-20dB/dec，并占
据充分宽的宽带；高频段斜率小于等于-40dB/dec，以消弱噪音对系统的影响；
为此可得电流内环补偿网络：电压外环控制对象：
同理求出补偿网络：由于MRFD4出力大小受电流大小的影响，作为第二级Buck3电路的控
制对象，可采用电流单闭环控制，其补偿网络Dc3(s)计算：第二级Buck3电流
环控制对象函数：其中Ub是第二级Buck3输入电压(即
蓄电池端电压)；Lm为MRFD4等效电感，为2.45mH；Rm为MRFD4等效电
阻，为1.2Ω；其补偿网络的求解方法和上述电压电流双闭环控制一样，补偿
网络为：经过仿真验证系统不仅能够合理切换控制策略，保证系统正常运行，同
时能准确给MRFD提供稳定电流，仿真结果如图6所示。启动运行时间为0.1s，
光照强度为1000W/m2，温度为25℃，蓄电池容量为80％，电压Ub为14.1V。
在0～0.1s时曲线22中x是1，曲线23中y是1(x＝1表示第一级Buck采用
基于变步长的扰动观察法，y＝1表示第二级Buck采用电流单闭环控制)，即系
统工作在模式一，曲线19输出最大功率Ppv为40W左右，曲线21输出MRFD
的电流值imrfd是1.8A左右，曲线20中蓄电池端电压Ub在缓慢上升，说明蓄
电池处于充电状态。在0.1s以后进入能量管理控制中，此时曲线22中x是-1，
曲线23中y是1(x＝-1表示第一级Buck采用电压电流双闭环控制，y＝1表示
第二级Buck采用电流单闭环控制)，即系统工作在模式二，由于蓄电池在充
电后期电流会减少，所以曲线19输出功率Ppv在减少，而曲线21在0.1s之后
仍为1.8A左右，说明系统能准确地给MRFD提供所需电流值。