一种双主动全桥DC-DC变换器的模糊控制方法与流程

本发明涉及一种采用模糊pid控制双主动全桥dc-dc变换器(dab)的方法，属于电力电子控制技术领域。

背景技术：

随着直流输电，直流配电技术的广泛应用，直流变压器在电网中的应用也越来越广泛，其中双主动dc-dc变换器作为一种可以二象限运行的dc-dc变换器，可以当作是两个单向dc-dc，有效的减小了系统的占用体积，成本，增强了系统的可靠性，且双主动全桥dc-dc具有动态响应快，功率密度高，软开关易于实现等优点，目前直流电网，电动汽车充电，铁路牵引网中得到了广泛的应用。为了保证系统的稳定性和可靠性，直流变压器的动态性能和稳定性显得十分重要，目前基于模糊控制，预测控制，滑模控制，自适应控制技术是研究的热点，其中模糊控制作为一种优越的智能控制，模糊控制应用于复杂的非线性系统可以模拟人的思维，对于一些难以构建数学模型的系统可以进行有效的控制和描述。他的本质是一种非线性控制，具有系统化的特点，目前在家用电器和工业控制领域中有大量的实际应用。在双主动全桥dc-dc变换器的控制中模糊控制算法易于实现，并且具有良好的动态性能和稳定性，且建模简单，并且允许设计者在对算法改动时无需改动外围电路，具有很强的实用性和灵活性。

在现有的技术当中，传统的电压控制方法通常是采用瞬时功率积分的方法建立双主动全桥dc-dc变换器稳态时的漏感电流，传输功率和回流功率的数学模型构造pi控制器，但是在例如光伏电源等宽幅输入，输入输出电压幅值不匹配的场景时采用这类控制的变换器难以保证系统的动态性能，容易产生超调和动态响应慢等问题，模糊控制逻辑控制器的原理是检测双主动全桥直流变换器的电压输出值和参考值作比较，求出偏差和偏差变化率，将二者作为输入变量，输入模糊控制器，模糊控制器根据预先设置好的模糊推理规则，计算出当前状态的pi参数，从而调节pi参数，相较于传统的线性控制策略，模糊控制对于变换器的动态性能有着显著的改善。

技术实现要素：

本发明为了解决现有的双主动全桥dc-dc变换器利用传统控制在一些电压不匹配或电压变化大的场景时的动态性能差，响应速度慢，超调量大，造成的传输效率低下的问题，提出了一种模糊逻辑控制变换器的方法，可以有效提高变换器的动态性能，实现电压的精准调节。

包括如下步骤：

步骤1、根据变换器的运行参数，建立恒负载数学模型；

步骤2、根据所建立的数学模型建立pi控制器；

步骤3、建立模糊控制器实现实时修正pi参数，控制双主动全桥dc-dc变换器。

其中步骤1具体包括:

步骤1由dab传输功率公式

式中的p为传输功率；n为变压器变比；d为移相比(移向角在dab半个开关周期的占比)；νh1为原边产生的占空比为50％的方波电压；fs为开关频率；v1v2分别为双主动全桥变换器的输入和输出电压；l为电感漏感，通过调节移相比d即可调节功率的传输方向大小和方向。

进一步的，步骤2具体包括：

以双主动全桥变换器输出电压和参考值的差值e＝u-eref和差值的变化率作为模糊逻辑控制器的输入变量，经过模糊化后得到e和ec，对e和ec进行近似推理，得出模糊量u，在对模糊量进行清晰化。

步骤3具体包括：

为了使模糊控制器能够和输入输出的清晰量匹配，在模糊化模块之前设计量化因子模块，在清晰化模块之后设计比例因子模块。然后将设计好的模糊控制器放入传统的pi控制器中，它的原理是把输入pi控制器中的偏差e和偏差变化率ec同时输入到模糊控制器当中，通过模糊控制器对pi控制的两个参数kp和ki进行调节，分别经过模糊化，近似推理和清晰化后，把得出的修正量δkp、δki分别输入到pid调节器当中，对pi控制器系数进行实时在线修正。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明采用模糊控制实时修改pi控制器的kp和ki，相比传统的pi控制具有响应速度快，无超调，动态性能好，抗扰动能力强等优点，结合双主动dc-dc变换器单移相控制，实现方法简单可靠，且模糊控制不需改动电路，只需加入模糊控制模块，通过模糊控制输出的修正量δkp、δki实时修正pi控制器参数即可，实现方法简单易行。

附图说明

图1是双主动全桥dc-dc变换器拓扑结构图；

图2是双主动全桥变换器的单移向控制导通波形图；

图3是模糊pi控制双主动全桥dc-dc变换器的流程图；

图4是模糊pi控制双主动全桥dc-dc变换器的系统框图；

图5是传统pi控制在启动时和正常运行时负载阻抗减小至一半时的输出直流电压；

图6是本发明在启动时和正常运行时负载阻抗减小至一半时时的输出直流电压。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例进行进一步描述，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，送描述的实施例仅仅是本发明一部分实施实例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施实例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施实例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，双主动全桥的拓扑结构为两个全桥，s1、s2和构成的全桥h1，由s3、s4和构成的全桥h2；

本实施例的双主动全桥dc-dc变换器的开关导通方式如图2所示，左右桥臂轮流导通50％，通过改变桥臂1的移相比改变传输功率，具体包括如下步骤：

步骤1、根据变换器的运行参数，建立恒负载数学模型；

步骤2、根据所建立的数学模型建立pi控制器；

步骤3、建立模糊控制器实现实时修正pi参数，控制双主动全桥dc-dc变换器。

其中步骤1具体包括:

步骤1由dab传输功率公式

式中的p为传输功率；n为变压器变比；d为移相比(移向角在dab半个开关周期的占比)；νh1为原边产生的占空比为50％的方波电压；fs为开关频率；v1v2分别为双主动全桥变换器的输入和输出电压；l为电感漏感，通过调节移相比d即可调节功率的传输方向大小和方向。

进一步的，步骤2具体包括：

以双主动全桥变换器输出电压和参考值的差值e＝u-eref和差值的变化率作为模糊逻辑控制器的输入变量，经过模糊化后得到e和ec，对e和ec进行近似推理，得出模糊量u，在对模糊量进行清晰化。

步骤3具体包括：

为了使模糊控制器能够和输入输出的清晰量匹配，在模糊化模块之前设计量化因子模块，在清晰化模块之后设计比例因子模块。然后将设计好的模糊控制器放入传统的pi控制器中，它的原理是把输入pi控制器中的偏差e和偏差变化率ec同时输入到模糊控制器当中，通过模糊控制器对pi控制的两个参数kp和ki进行调节，分别经过模糊化，近似推理和清晰化后，把得出的修正量δkp、δki分别输入到pid调节器当中，对pi控制器系数进行实时在线修正。

最后，利用matlab/simulink仿真软件搭建了双主动全桥dc-dc变换器仿真模型，在0.1s时将变换器负载阻抗减小至一半，验证了模糊pi控制相较于传统pi控制，具有动态性能好，超调量小，控制精准等优点。

如上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于此，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。