开关切换序列控制方法、系统、存储介质、装置及应用与流程

本发明属于功率开关控制技术领域，尤其涉及一种开关切换序列控制方法、系统、存储介质、装置及应用。

背景技术：

在过去的几十年中，电力电子设备得到了很好的发展，并且在功率系统中使用了mosfet，igbt等大量功率开关元件，因此电网是高开关量的，功率系统成为了开关系统，这对性能造成了挑战从单个电力电子设备到整个电力系统的稳定性。应基于开关控制理论充分讨论整个电力系统的稳定性。但是，从理论上讲，没有系统的理论来解决单个电力电子设备对整个电力系统稳定性的影响。对于单个电力电子设备，传统调制方法是所谓的脉冲宽度调制(pwm)。根据面积等效原理，通过比较固定频率载波和设计的连续控制器的输出来实现开关控制。为了提高pwm的性能，提出了许多先进的调制方法，例如spwm和svpwm，以提高电源开关系统的精度。但是，在设计基于平均模型的方法时，将忽略调制的影响。理论上没有讨论使用基于平均模型的控制器进行上述调制的稳定性和稳态精度。模型预测控制(mpc)是另一种众所周知的开关控制策略，已广泛应用于多种电源开关系统中。在最近的几十年中，文献提供了大量先进的mpc，以提高各种电力电子设备的性能。但是，mpc的模型是离散的，因此无法描述连续区域中的细节。而且，这些讨论不能提供稳态误差的准确分析。

此外，当大量的电源开关设备连接到电网中时，这些设备会相互影响，性能和稳定性也会下降。通过同步不同转换器中pwm的载波，全局同步pwm来抑制高次谐波。控制pwm载波的相位，以减少由不同电源开关系统引起的高频振荡。进一步证明，每个电力电子设备的开关控制策略对整个系统都有重大影响。但是，上述方法只是通过设计来提高系统的性能，并没有对其系统进行系统稳定性分析，上述方法没有提供系统的理论来分析功率开关控制的稳定性和稳态精度。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：目前当大量的电源开关设备连接到电网中时，性能和稳定性也会下降，没有提供系统的分析功率开关控制的稳定性和稳态精度。

解决以上问题及缺陷的难度为：现有pwm方法基于面积等效原理，忽略了给定信号扰动在调制层面带来的误差，这限制了跟踪精度。

解决以上问题及缺陷的意义为：创新一种新的控制方法，能够有效分析系统稳定性，且提高跟踪精度，并为电力电子系统调制提供借鉴意义。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种开关切换序列控制方法、系统、存储介质、装置及应用。

本发明是这样实现的，一种开关切换序列控制方法，所述开关切换序列控制方法包括：

第一步，建立一阶连续开关系统模型；

第二步，设计输入变量u；

第三步，得到功率元件开关切换序列；开关时间序列ki表达式：

其中，0≤ki≤1，λ为一阶连续系统特征值，λ＞0，u和b为常数，u＞0，t为时间周期，x^*为跟踪给定信号；u为可控直流电源幅值，b由l逆变器参数和逆变器两端等效负载决定；

第四步，得到跟踪误差并分析。

进一步，所述第二步设计输入变量u，u满足：

(1)t∈[it,it+kit]时，u＝u；

(2)t∈[it+kit,(i+1)t]时，u＝-u；

其中，0≤ki≤1，u＞0，t为时间周期，i＝0，1，2…。

进一步，所述第四步得到跟踪误差并分析，表达式为：

其中，t∈[it,(i+1)t]，，λ为一阶连续系统特征值，λ＞0，u和b为常数，u＞0，t为时间周期，为误差变量，为初始值；

当i→+∞时：

与λ成反比，与t成反比。

其中，λ为一阶连续系统特征值，λ＞0，u和b为常数，u＞0，t为时间周期，x^*为跟踪给定信号。

进一步，当t＝it时，跟踪误差的表达式为：

本发明的另一目的在于提供一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行权利要求任意一项所述包括下列步骤：

第一步，建立一阶连续开关系统模型；

第二步，设计输入变量u；

第三步，得到功率元件开关切换序列；开关时间序列ki表达式：

其中，0≤ki≤1，λ为一阶连续系统特征值，λ＞0，u和b为常数，u＞0，t为时间周期，x^*为跟踪给定信号；

第四步，得到跟踪误差并分析。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述开关切换序列控制方法的开关切换序列控制系统，所述开关切换序列控制系统包括：

单相l型逆变器模型，建立一阶连续开关系统模型；

可控直流电源，用于产生控制输入变量u的幅值大小；

控制板，用于编写dsp程序使得逆变器中的功率开关元件按所设计的开关序列进行导通和关断；

带数字滤波功能的示波器，用于观测电流信号和跟踪给定信号，并进行误差分析。

本发明的另一目的在于提供一种搭载所述开关切换序列控制系统的开关切换序列控制和误差分析装置。

本发明的另一目的在于提供一种安装有所述开关切换序列控制和误差分析装置的一阶连续功率开关控制系统。

本发明的另一目的在于提供一种搭载所述开关切换序列控制系统的电源开关设备。

本发明的另一目的在于提供一种搭载所述开关切换序列控制系统的电力电子设备的开关控制系统。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：现有的技术只给出了设计的开关控制策略，并没有系统地提出关于功率开关控制的稳定性和稳态精度的理论。本发明所提出的一阶功率开关系统的开关切换序列控制方法和跟踪误差分析方法系统的分析了一阶功率开关控制的稳定性和稳态精度。本发明基于开关控制理论充分讨论整个电力系统的稳定性，其跟踪给定信号的动态响应快，在跟定信号发生改变时，其跟踪速度可达1ms以内，且有着精确的稳态误差。

如图4(a)所示，本发明在跟踪给定直流信号时的跟踪稳态效果图，如图4(b)所示，本发明在跟踪给定正弦(交流)信号时的跟踪稳态效果图，如图4(c)所示，本发明在跟踪给定直流信号时的跟踪动态效果图；该检测方法具有良好的动态响应且有着精确的稳态误差。

附图说明

图1是本发明实施例提供的开关切换序列控制方法流程图。

图2是本发明实施例提供的开关切换序列控制系统的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的开关切换序列控制方法的实现流程图。

图4是本发明实施例提供的电流跟踪效果图；

图中：(a)跟踪直流的稳态效果图；(b)跟踪正弦信号的稳态效果图；(c)跟踪直流的动态效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种开关切换序列控制方法、系统、存储介质、装置及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明提供的开关切换序列控制方法包括以下步骤：

s101：建立一阶连续开关系统模型；

s102：设计输入变量u；

s103：得到功率元件开关切换序列。

s104：得到精确的跟踪误差并分析。

如图2所示，本发明实施例提供的开关切换序列控制系统包括：

单相l型逆变器模型，建立一阶连续开关系统模型。

可控直流电源，用于产生算法中所需的控制输入变量u的幅值大小。

c2000microcontrollertms320f28379d控制板，编写dsp程序使得逆变器中的功率开关元件按所设计的开关序列进行切换(导通和关断)。

带数字滤波功能的示波器，用于观测电流信号和跟踪给定信号，并对其进行误差分析。

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。

如图3所示，本发明提供的开关切换序列控制方法包括以下步骤：

第一步：建立一阶连续开关系统模型；

第二步：设计输入变量u，u满足如下关系：

t∈[it,it+kit]时，u＝u；

t∈[it+kit,(i+1)t]时，u＝-u；

其中，0≤ki≤1，u＞0，t为时间周期，i＝0，1，2…。

第三步：得到功率元件开关切换序列：

其中，0≤ki≤1，λ为一阶连续系统特征值，λ＞0，u和b为常数，u＞0，t为时间周期，x^*为跟踪给定信号。u为可控直流电源幅值，b由l逆变器参数和逆变器两端等效负载决定；

第四步：得到精确的跟踪误差并分析：

其中，t∈[it,(i+1)t]，为误差变量，为初始值。

当i→+∞时，

由上式可知：与λ成反比，与t成反比。其中，λ为一阶连续系统特征值，λ＞0，u和b为常数，u＞0，t为时间周期，x^*为跟踪给定信号。

下面结合实验对本发明的技术效果作详细的描述。

如图4所示，图4(a)、图4(b)中从图中可以看出，在跟踪给定信号时，有着精确的稳态误差，当给定信号幅值为0.7a的直流信号或正弦信号时，跟踪误差在0刻度线上下小范围波动。图4(c)中从图中可以看出，本发明所提出的开关切换序列控制方法的跟踪速度快。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。