一种DCDC环路并联控制方法与流程

一种dcdc环路并联控制方法
技术领域
1.本发明涉及电学领域，尤其涉及直流变换技术，特别是一种dcdc环路并联控制方法。


背景技术：

2.dcdc作为直流变换器，在能源领域有广泛应用，其输入输出均为直流电，但电压等级和电流能力不同，dcdc的核心功能通常为稳压、稳流或恒功率输出，一般采用闭环反馈控制，实现被控电气量的稳定输出；dcdc应用场景多样，被控电气信号不唯一，包括输入电压、输入电流、输入功率、输出电压、输出电流、输出功率等。
3.现有dcdc常采用一端的电流或电压作为被控参数，其他电气信号仅作为保护输入，只有在达到保护阈值时才切断或降低dcdc功率，但控制器稳定性差，易触发保护造成停机和设备故障。
4.另有方案采用多级闭环的方式，如电压环的输出结果作为电流环的输入，可同时控制电压和电流不超过限值，但由于环路串联，外环的输出作为内环的输入，当调节一个环路的参数时，另一环路的响应特性也会受到影响，因此需要对串联环路同时做参数整定，增加了参数整定难度，尤其当被控电气信号个数增加时，会提高控制复杂度，降低系统稳定性。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种dcdc环路并联控制方法，用于解决现有dcdc多个电气信号需同时受控，存在的系统控制复杂度增加，系统稳定性降低的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种dcdc环路并联控制方法，应用于dcdc环路并联控制系统，所述dcdc环路并联控制系统包括预设个环路；预设个所述环路并联，且所述预设个与被控电气信号的个数相等，每一所述环路对应控制一所述被控电气信号；所述dcdc环路并联控制方法包括以下步骤：将每一所述被控电气信号的实时误差分别输入至对应的所述环路；对每一所述环路的输出值分别进行归一处理，获取每一所述环路对应的开关占空比；基于每一所述环路对应的开关占空比控制dcdc开关器件的导通时间。
7.于本发明的一实施例中，所述基于每一所述环路对应的开关占空比控制dcdc开关器件的导通时间包括以下步骤：从每一所述环路对应的开关占空比中选取最小值；根据所述最小值控制所述dcdc开关器件的导通时间。
8.于本发明的一实施例中，于同一时刻，所有所述环路中，只有对应的开关占空比最小的环路的状态为有效状态，其它环路的状态均为无效状态；所述方法还包括以下步骤：设置每一所述环路闭环输出的基础值和上限值；当环路的状态从有效状态变为无效状态时，将所述环路的积分部分复位，且所述环路对应的基础值和上限值均为新的状态为有效状态
的环路对应的开关占空比加预设占空比分度值；当环路的状态从无效状态变为有效状态时，所述环路对应的开关占空比在上一状态为有效状态的环路对应的开关占空比基础上连续变化。
9.于本发明的一实施例中，所述环路的调节计算公式为：
[0010][0011]
其中，y(k)表示所述环路于k时刻的输出值；u(k)表示所述环路于k时刻的输入值；k
p
表示比例系数；ki表示积分系数；ts表示离散周期；u(i)表示所述环路于i时刻的输入值；i取1至k；当y(k)大于所述环路对应的上限值时，所述环路的输出值为所述上限值，同时，停止积分累加。
[0012]
于本发明的一实施例中，在将每一所述被控电气信号的实时误差分别输入至对应的所述环路之前，所述方法还包括以下步骤：获取每一所述被控电气信号的实际值；将每一所述被控电气信号的实际值分别与相应的预设值做差，获取每一所述被控电气信号的实时误差。
[0013]
于本发明的一实施例中，所述环路采用pi或pid数字控制方式。
[0014]
如上所述，本发明所述的dcdc环路并联控制方法，具有以下有益效果：
[0015]
(1)与现有技术相比，本发明采用多环路并联的dcdc控制方式，可保证dcdc输入、输出电压、电流等多个电气信号同时满足要求，避免触发故障造成设备损坏或系统停机，避免了环路多级串联，降低设计难度，缩短研发周期，提高dcdc运行稳定性。
[0016]
(2)本发明中dcdc多个环路的快速切换，可提高dcdc双向控制的切换速度，扩展dcdc应用场景，减少电压源的应用，降低整个系统复杂度。
附图说明
[0017]
图1显示为本发明的dcdc环路并联控制系统于一实施例中的工作原理图。
[0018]
图2显示为本发明的dcdc环路并联控制方法于一实施例中的流程图。
[0019]
图3显示为本发明的dcdc环路并联控制方法于另一实施例中的流程图。
[0020]
图4显示为本发明的基于每一环路对应的开关占空比控制dcdc开关器件的导通时间于一实施例中的流程图。
具体实施方式
[0021]
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0022]
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0023]
本发明的dcdc环路并联控制方法，与现有技术相比，本发明采用多环路并联的dcdc控制方式，可保证dcdc输入、输出电压、电流等多个电气信号同时满足要求，避免触发故障造成设备损坏或系统停机，避免了环路多级串联，降低设计难度，缩短研发周期，提高dcdc运行稳定性；本发明中dcdc多个环路的快速切换，可提高dcdc双向控制的切换速度，扩展dcdc应用场景，减少电压源的应用，降低整个系统复杂度。
[0024]
如图1所示，于一实施例中，本发明的dcdc环路并联控制方法应用于dcdc环路并联控制系统。
[0025]
具体地，所述dcdc环路并联控制系统包括预设个环路；预设个所述环路并联，且所述预设个与被控电气信号的个数相等，每一所述环路对应控制一所述被控电气信号。
[0026]
需要说明的是，该环路为电流环控制电路或电压环控制电路；具体地，根据实际需要被控的电气信号的个数，设计并联环路的个数。
[0027]
进一步地，该被控电气信号通常包括以下任一种信号：电压、电流、功率等；另外，该被控电气信号可以是dcdc输入侧的信号，也可以是输出侧的信号；通过环路切换，可灵活实现dcdc的能量方向快速切换。
[0028]
如图2所示，于一实施例中，dcdc环路并联控制方法包括以下步骤：
[0029]
步骤s1、将每一所述被控电气信号的实时误差分别输入至对应的所述环路。
[0030]
如图3所示，于一实施例中，在将每一所述被控电气信号的实时误差分别输入至对应的所述环路之前，所述方法还包括以下步骤：
[0031]
步骤s4、获取每一所述被控电气信号的实际值。
[0032]
具体地，通过电压采集电路或电流采集电路获取相应的被控电气信号的实际值。
[0033]
步骤s5、将每一所述被控电气信号的实际值分别与相应的预设值做差，获取每一所述被控电气信号的实时误差。
[0034]
需要说明的是，每一被控电气信号对应的预设值可能相同，也可能不同，其分别设为多少，均不作为限制本发明的条件，在实际应用中，可根据具体应用场景来设定。
[0035]
进一步地，该预设值可以为固定值，也可以在dcdc运行过程中通过通信功能随时间改变。
[0036]
步骤s2、对每一所述环路的输出值分别进行归一处理，获取每一所述环路对应的开关占空比。
[0037]
具体地，将每一环路的输出值归一至0-1之间，以作为每一环路对应的开关占空比。
[0038]
步骤s3、基于每一所述环路对应的开关占空比控制dcdc开关器件的导通时间。
[0039]
如图4所示，于一实施例中，所述基于每一所述环路对应的开关占空比控制dcdc开关器件的导通时间包括以下步骤：
[0040]
步骤s31、从每一所述环路对应的开关占空比中选取最小值。
[0041]
步骤s32、根据所述最小值控制所述dcdc开关器件的导通时间。
[0042]
需要说明的是，利用该最小值作用后可改变被控电气信号的值，减小被控对象误差，实现闭环控制。
[0043]
于一实施例中，于同一时刻，所有所述环路中，只有对应的开关占空比最小的环路的状态为有效状态，其它环路的状态均为无效状态。
[0044]
于一实施例中，所述方法还包括以下步骤：设置每一所述环路闭环输出的基础值和上限值。
[0045]
需要说明的是，该基础值为环路输出的初始值；该上限值为环路输出的最大值。
[0046]
需要说明的是，当环路的状态从有效状态变为无效状态时，将所述环路的积分部分复位，且所述环路的基础值和上限值为新的状态为有效状态的环路对应的开关占空比加预设占空比分度值；当环路的状态从无效状态变为有效状态时，所述环路对应的开关占空比在上一状态为有效状态的环路对应的开关占空比基础上连续变化，且状态为有效状态的环路的调节可快速稳定到目标值(该目标值为该状态为有效状态的环路对应控制的被控电气信号对应的预设值)。
[0047]
需要说明的是，该预设占空比分度值是预先设定好的，其具体设为多少，不作为限制本发明的条件，在实际应用中，可根据具体应用场景来设定。
[0048]
于一实施例中，所述环路的调节计算公式为：
[0049][0050]
其中，y(k)表示所述环路于k时刻的输出值；u(k)表示所述环路于k时刻的输入值；k
p
表示比例系数；ki表示积分系数；ts表示离散周期；u(i)表示所述环路于i时刻的输入值；i取1至k。
[0051]
需要说明的是，当y(k)大于所述环路对应的上限值时，所述环路的输出值为所述上限值，同时，停止积分累加。
[0052]
于一实施例中，所述环路采用pi或pid数字控制方式。
[0053]
需要说明的是，该环路不限于采用pi或pid数字控制方式，也可以采用其它的数字控制方式实现，控制参数相互独立。
[0054]
进一步地，本发明的dcdc环路并联控制方法对dcdc拓扑形式没有限制。
[0055]
需要说明的是，本发明采用环路并联的方式，解决了dcdc多个电气信号需同时受控的问题，避免增加系统复杂度，提高系统稳定性，可保证dcdc输入输出电压电流等多个电气信号同时满足要求，避免触发故障造成设备损坏或系统停机；每个环路控制一个电气信号，多环路同时并联作用，可保证所有信号均不超过限定值；多个并联环路之间设计关联机制，当某一个或多个被控目标值发生变化时，有效环路能够快速切换，避免动态调节过程有信号超限；实现了多个电气环路的快速切换，可方便实现dcdc能量传输方向快速切换的应用，可提高dcdc双向控制的切换速度，扩展dcdc应用场景，减少电压源的应用，降低整个系统复杂度。
[0056]
需要说明的是，本发明所述的dcdc环路并联控制方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。
[0057]
下面通过具体实施例来进一步解释说明本发明的dcdc环路并联控制方法。
[0058]
于一实施例中，以双向dcdc为例，正向为boost升压，反向为buck降压，按照正向定义功率流入侧为输入侧，功率流出侧为输出侧；当dcdc的输入电流ii、输入功率pi、输出电压uo，共3个电气信号均须受控不能超过相应设定值iiset、piset、uoset时，设计3个并联控制环路，每个环路控制一个电气信号。
[0059]
以输入电流环路为例，通过电流传感器采集实际输入电流ii，计算输入电流误差iierr＝iiset-ii，将iierr作为电流环的输入，经pi调节后得到电流环的输出，将pi输出值归一至0-1之间，即可作为开关占空比dutyii。
[0060]
pi调节计算公式：其中，y(k)表示所述环路于k时刻的输出值；u(k)表示所述环路于k时刻的输入值；k
p
表示比例系数；ki表示积分系数；ts表示离散周期；u(i)表示所述环路于i时刻的输入值；i取1至k；对环路输出设置上限值，当y(k)大于上限值时，按照上限值输出，同时停止积分累加。
[0061]
同理，采集dcdc输入电压ui、输出电压uo，将输入电压与输入电流相乘得到实际输入功率pi，可得到其他2个环路的pi调节输出分别为dutypi、dutyuo。
[0062]
每个电气信号的设定值(对应上述的预设值)可以为固定值，或在dcdc运行过程中通过通信功能随时间改变。
[0063]
在3个环路工作前，将3个实际电气信号与相应设定值做差，得到3个被控电气信号实时误差；然后，分别将3个误差输入至3个环路，每个环路通过数字控制算法得到3个输出，归一至0～1之间，作为3个占空比信号。
[0064]
在每个计算周期内，将3个占空比信号取小为dutyt，用于控制dcdc功率开关；假设t时刻占空比最小的有效状态环路为输入电流环路，则输入功率环和输出电压环为无效状态；t+1时刻，将输入功率环和输出电压环的积分环节复位，即将积分环节置为0，重新开始积分，同时将两个环路的初始值和上限值设为dutyt+dutymin，dutymin为系统占空比最小分度值(对应上述的预设占空比分度值)。
[0065]
若t+n时刻由于输出电压目标值或采样值发生变化，输出电压环的输出信号在3个环路中变为最小，则有效环路从输入电流环切换为输出电压环，dutyt+n为输出电压环的闭环结果，dcdc通过输出电压环快速调节输出电压至目标值。
[0066]
需要说明的是，通过输入电流环向输出电压环的控制切换，可实现dcdc功率正向到反向的切换。
[0067]
其他环路切换的过程同理，故在此不再详细赘述。
[0068]
综上所述，本发明的dcdc环路并联控制方法，与现有技术相比，本发明采用多环路并联的dcdc控制方式，可保证dcdc输入、输出电压、电流等多个电气信号同时满足要求，避免触发故障造成设备损坏或系统停机，避免了环路多级串联，降低设计难度，缩短研发周期，提高dcdc运行稳定性；本发明中dcdc多个环路的快速切换，可提高dcdc双向控制的切换速度，扩展dcdc应用场景，减少电压源的应用，降低整个系统复杂度；所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0069]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。