移相全桥充电机控制系统及控制方法技术方案

移相全桥充电机控制系统及控制方法，其中控制系统包括采样系统和充电机控制器；所述充电机控制器包括：启动运行判断单元、软起动控制单元、运行控制单元和平滑切换单元，其中运行控制单元包括模式判断单元：恒压控制单元、总电流限流控制单元和充电限流控制单元。充电机工作过程中，软起动结束后，会根据工况的不同在恒压运行状态、总电流限流运行状态和充电限流运行状态间切换，平滑切换单元将根据充电机运行状态的不同，使控制器在于运行状态间切换，实现充电机的控制方法的平滑过渡，具有较高的稳态性能和动态性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于充电机控制
，涉及一种多工作模式移相全桥充电机控制系统及其控制方法。
技术介绍
列车充电机用于为整车直流负载供电，并为蓄电池充电。根据列车工况的不同，充电机有多种工作模式，具体包括恒压、充电限流和总电流电流三种模式。为保证充电机稳定工作，每种工作模式对应不同的控制策略，分别为恒压、充电限流和总电流限流三种控制策略。移相全桥充电机是采用移相全桥变换器作为充电机软开关的充电机。移相全桥充电机的结构包括顺次连接的移相全桥电路、高频变压器及整流电路，其中移相全桥电路包括支撑电容及充电电阻；整流电路的输出端分别连接蓄电池和负载，为蓄电池充电，且驱动负载运行。列车行驶过程中，充电机需要在三种工作模式间频繁切换，充电机控制系统需及时响应工作模式的切换状态，及时更换三种控制策略。通常情况下，三种控制策略均采用比例积分控制，若采用三组相同的比例参数和积分参数，无法满足每种工作模式的个性，无法同时满足稳态时电压和电流的控制技术条件要求；若采用三组不同的比例参数和积分参数，当在两种控制策略切换的瞬间，需迅速切换比例参数和积分参数，会导致系统动态调节时的电压电流超调，极端情况下会造成器件损坏。目前，尚没有一种控制系统及稳定的控制方法，可保证列车充电机在不同工作模式间平滑切换，保证充电机在不同工作状态切换瞬间及切换后都可稳定工作的控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于根据现有技术中列车充电机在切换工作状态，提供了一种充电机不同工作模式间平滑切换控制系统和控制方法。为实现以上目的，包括采样系统和充电机控制器；采样系统包括安装在充电机输入端的用于采集输入电压的输入电压采集装置、安装在充电机输出端的用于采集总输出电压的总输出电压采集装置及用于采集总输出电流的总输出电流采集装置，以及安装在蓄电池输入端的用于采集充电电流的充电电流采集装置。充电机控制器包括：启动运行判断单元：用于接收总输出电压信号、总输出电流信号、充电电流信号和占空比，并判断充电机工作在等待状态、预充电状态、软起动状态或运行状态，并生成相应的状态信号；所述运行状态包括恒压运行状态、总电流限流运行状态和充电限流运行状态；软起动控制单元：用于在充电机软起动过程中对充电机进行控制；运行控制单元：用于在充电机运行状态中对充电机进行控制及对充电机运行模式进行判断；运行控制单元包括：模式判断单元：接收总输出电压值、总输出电流值、充电电流值，判断充电机工作在何种运行状态，生产充电机运行状态信号；恒压控制单元：用于当充电机工作在恒压运行状态下，对充电机控制；总电流限流控制单元：用于在充电机工作在总电流限流运行状态下，对充电机控制；充电限流控制单元：用于在充电机工作在充电限流运行状态下，对充电机控制；充电机控制器还包括平滑切换控制单元：接收模式判断单元反馈的充电机运行状态信号，以及启动运行判断单元反馈的软起动运行信号，当充电机在软起动与运行状态之间切换，以及在不同的运行状态之间切换时，控制系统平滑地切换到与运行状态相对应的控制单元，实现对充电机移相全桥电路的控制。充电机控制方法，包括以下步骤：判断充电机是否预充电结束，若是，则进入软起动，软起动控制单元控制充电机工作；判断充电机软起动是否结束，若是，则进入运行工作模式，运行控制单元工作，平滑切换控制单元默认控制切换到恒压控制单元；模式判断单元接收总输出电压值、总输出电流值、充电电流值，总输出电流限流值，并为模式判断单元配置设定的充电电流值，总输出电流限流值、充电电流限流值和总输出电压设定参考值；根据以上接收值和设定值计算判断充电机运行状态，并将充电机运行状态指令反馈到平滑切换控制单元；恒压运行状态下，采用恒压控制算法，但：当且时，进入总电流限流运行状态，平滑切换控制切换到总电流限流控制单元；否则，当且时，进入充电限流运行状态，平滑切换控制单元控制切换到充电限流控制单元；否则，仍为恒压运行状态；充电限流运行状态下，采用充电限流控制算法，但：当且时，进入恒压运行状态，平滑切换控制单元控制切换到恒压控制控制单元；否则，当且进入总电流限流运行状态，平滑切换控制单元控制切换到总电流限流控制单元；否则，仍工作在充电限流运行状态；总电流限流运行状态下，采用总电流限流控制算法，但：当且时，进入恒压运行状态，平滑切换控制单元控制切换到恒压控制控制单元；否则，当且进入充电限流运行状态，平滑切换控制单元控制切换到充电限流控制单元；否则，仍工作在总电流限流运行状态；以上各式中，Vout为总输出电压值，Vout-ref为总输出电压限压值，Iout为总输出电流值，Iout-ref为总输出电流限流值，Ibat为充电电流值，Ibat-ref为充电电流限流值，Vref为总输出电压设定参考值。优选的是：移相全桥电路输入端设置有支撑电容，通过判断充电机移相全桥电路中支撑电容上的电压与充电机输入电压的关系，判断预充电是否结束。优选的是：判断充电机软起动是否结束的方法为：当满足条件1或条件2或条件3或条件4时，判断充电机软起动结束，其中：条件1：当累加的占空比大于占空比设定值；其中duty为占空比设定值，V1为输入电压采样值，N为充电机变压器变比；条件2：输出电压Vout大于输出电压设定值Vos；条件3：总输出电流Iout大于总输出电流设定值Ios，条件4：充电电流Ibat大于充电电流设定值Ibs。优选的是：Vos＝0.98Vref，Ios＝0.98Iout-ref，Ibs＝0.98Ibat-ref。优选的是：恒压控制算法、总电流限流控制算法和充电限流控制算法均采用PI控制算法，采用三组不同的PI参数：其中T为采样频率；对于恒压控制算法：对于总电流限流控制算法：对于充电限流控制算法：软起动结束时，将当前累加得占空比DUTY值作为恒压控制单元、总电流限流控制单元和充电限流控制单元的输入；其中，DUTY＝duty(t)+Δduty。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术提供了一种多控制单元充电机控制系统及控制方法，分为软起动控制单元、充电限流控制单元、总电流限流控制单元和恒压控制单元，三个控制单元采用不同的控制参数，可实现各运行状态或工作模式下的稳态最优效果。(2)本专利技术控制器还包括平滑切换控制单元，当充电机在不同工作模式或运行状态间切换时，可实现各个控制单元控制参数即控制方法的平稳切换，超调量小，相应时间快，实现了良好的稳态性能和动态性能。附图说明图1为系统结构框图；图2为充电机启动及控制流程图；图3为控制器控制流程图；图4为充电机在恒压运行状态和充电限流运行状态间切换时，充电机总输出电压和总输出电流波形图；图5为充电机在软起动结束进入充电限流运行状态时，充电机总输出电压和总输出电流波形图；图6为充电机在由充电限流工作模式进入恒压运行状态时，充电机总输出电压和总输出电流波形图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行进一步的描述。如图1所示，移相全桥充电机的结构包括顺次连接的移相全桥电路、高频变压器及整流电路，其中整流电路的输出端分别连接蓄电池和负载，为蓄电池充电，且驱动负载运行。移相全桥充电机的工作原理如下：1、充电机移相全桥电路采用移相全桥零电压PWM变换器实现电压变换，移相全桥电路输入较高直流电压，输出稳定可调的较低直流电压。2、充电机正常本文档来自技高网...

【技术保护点】
移相全桥充电机控制系统，其特征在于：包括采样系统和充电机控制器；所述采样系统包括安装在充电机输入端的用于采集输入电压的输入电压采集装置、安装在充电机输出端的用于采集总输出电压的总输出电压采集装置及用于采集总输出电流的总输出电流采集装置，以及安装在蓄电池输入端的用于采集充电电流的充电电流采集装置；所述充电机控制器包括：启动运行判断单元：用于接收总输出电压信号、总输出电流信号、充电电流信号和占空比，并判断充电机工作在等待状态、预充电状态、软起动状态或运行状态，并生成相应的状态信号；所述运行状态包括恒压运行状态、总电流限流运行状态和充电限流运行状态；软起动控制单元：用于在充电机软起动过程中对充电机进行控制；运行控制单元：用于在充电机运行状态中对充电机进行控制及对充电机运行模式进行判断；所述运行控制单元包括：模式判断单元：接收总输出电压值、总输出电流值、充电电流值，判断充电机工作在何种运行状态，生成充电机运行状态信号；恒压控制单元：用于当充电机工作在恒压运行状态下，对充电机控制；总电流限流控制单元：用于在充电机工作在总电流限流运行状态下，对充电机控制；充电限流控制单元：用于在充电机工作在充电限流运行状态下，对充电机控制；所述充电机控制器还包括平滑切换控制单元：接收模式判断单元反馈的充电机运行状态信号，以及启动运行判断单元反馈的软起动运行信号，当充电机在软起动与运行状态之间切换，以及在不同的运行状态之间切换时，控制系统平滑地切换到与运行状态相对应的控制单元，接通相应控制单元与实现对充电机移相全桥电路之间的连接的控制。...

【技术特征摘要】
1.移相全桥充电机控制系统，其特征在于：包括采样系统和充电机控制器；所述采样系统包括安装在充电机输入端的用于采集输入电压的输入电压采集装置、安装在充电机输出端的用于采集总输出电压的总输出电压采集装置及用于采集总输出电流的总输出电流采集装置，以及安装在蓄电池输入端的用于采集充电电流的充电电流采集装置；所述充电机控制器包括：启动运行判断单元：用于接收总输出电压信号、总输出电流信号、充电电流信号和占空比，并判断充电机工作在等待状态、预充电状态、软起动状态或运行状态，并生成相应的状态信号；所述运行状态包括恒压运行状态、总电流限流运行状态和充电限流运行状态；软起动控制单元：用于在充电机软起动过程中对充电机进行控制；运行控制单元：用于在充电机运行状态中对充电机进行控制及对充电机运行模式进行判断；所述运行控制单元包括：模式判断单元：接收总输出电压值、总输出电流值、充电电流值，判断充电机工作在何种运行状态，生成充电机运行状态信号；恒压控制单元：用于当充电机工作在恒压运行状态下，对充电机控制；总电流限流控制单元：用于在充电机工作在总电流限流运行状态下，对充电机控制；充电限流控制单元：用于在充电机工作在充电限流运行状态下，对充电机控制；所述充电机控制器还包括平滑切换控制单元：接收模式判断单元反馈的充电机运行状态信号，以及启动运行判断单元反馈的软起动运行信号，当充电机在软起动与运行状态之间切换，以及在不同的运行状态之间切换时，控制系统平滑地切换到与运行状态相对应的控制单元，接通相应控制单元与实现对充电机移相全桥电路之间的连接的控制。2.采用权利要求1所述的移相全桥充电机控制系统进行充电机控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：判断充电机是否预充电结束，若是，则进入软起动，软起动控制单元控制充电机工作；判断充电机软起动是否结束，若是，则进入运行工作模式，运行控制单元工作，平滑切换控制单元默认控制切换到恒压控制单元；模式判断单元接收总输出电压值、总输出电流值、充电电流值，总输出电流限流值，并为模式判断单元配置设定的充电电流值，总输出电流限流值、充电电流限流值和总输出电压设定参考值；根据以上接收值和设定值计算判断充电机运行状态，并将充电机运行状态指令反馈到平滑切换控制单元；恒压运行状态下，恒压控制单元工作，但：当且时，进入总电流限流运行状态，平滑切换控制切换到总电流限流控制单元；否则，当且时，进入充...

【专利技术属性】
技术研发人员：林显琦，张利军，赵许强，孙世英，
申请(专利权)人：中车青岛四方车辆研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37