用于功率变换器的功率级的自适应双阶段识别控制方法技术

本发明专利技术涉及一种用于被配置为根据控制功率级的控制律生成输出电压的功率变换器的控制方法。该方法包括用于识别功率级的参数的双阶段识别过程。该方法包括：在第一阶段中，在功率变换器的斜升期间识别功率级的至少一个参数，并且针对所述功率级的所识别的至少一个参数调整控制律，以便操作所述功率变换器。该方法还包括：在第二阶段中，确定功率级的响应；通过表征该响应来识别功率级的至少一个其它参数；以及根据该响应的特性进一步调整控制律。因此，双阶段识别过程提供了优越的响应和更鲁棒的功率补偿器。

Adaptive two-stage identification control method for power stage of power converter

The invention relates to a method for controlling a power converter configured to generate an output voltage according to a control law of a control power level. The method includes a two-stage identification procedure for identifying the parameters of the power level. The method comprises the following steps: in the first stage, at least one parameter identification during the ramp power level of the power converter, and at least for the power level of the identification of a parameter adjustment control law, so that the operation of the power converter. The method further includes determining a response of the power stage in the second stage, identifying at least one other parameter of the power stage by characterizing the response, and further adjusting the control law according to the characteristics of the response. Therefore, the two-stage identification process provides superior response and more robust power compensator.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于功率变换器的功率级的自适应双阶段识别控制方法以及相关的功率变换器。本专利技术具体涉及自动表征DC-DC变换器的功率级并且在双重识别过程中响应于该表征调整控制律的功率变换器中的DC/DC变换。
技术介绍
现有技术系统已经通过借助对用户来说方便和可使用的装置手动调节控制器响应解决了DC-DC变换器调谐的问题(例如[0])。在[0]中，可以认识到，DC-DC转换功率级具有这样的性能，其导致一种方便的方法，该方法用于按比例调节预先设计的补偿器以使得其开环交叉频率和相位裕度在功率级参数变化时近似保持恒定，适合于由终端用户手动调谐而不必重新设计补偿器。自适应控制方法已经被应用于DC-DC变换器调谐的问题。在[3]和[4]中应用了非参数方法，涉及添加正弦波干扰[3]或感应的环路振荡[4]到系统中以测量诸如相位裕度的环路特性。然而，这些方法可能会受到例如在负载点调节应用中可能常见的外部干扰的影响，并且此外，可能会引入对输出电压的显著的干扰而影响调节性能。在[5]中，介绍了模型参考脉冲响应方法，其中，提出了两种方法以表征系统的脉冲响应，涉及系统的一次性快速表征和长期统计表征。虽然可以在线使用[5]和[6]中提出的统计方法，但由于所需要的噪声序列的长度，对于许多应用来说收敛时间太长，并且所引入的噪声干扰可能是不希望。[5]中所建议的脉冲摄动方法需要反复引入实验脉冲，同时，实施2-参数搜索以确定调节器参数。这会在调谐期间引入干扰，具有类似于[3、4]关于存在噪声时对外部干扰的灵敏度以及非最佳收敛的缺点。[7]的控制器示出了能够如何在于前馈控制器中使用LMS滤波器以调谐单个增益，但是没有解决调节器的一般传递函数的自适应控制的问题。该问题在[8]和[9]中得以解决，其中，使用预测误差滤波器(PEF)来基于预测误差的功率的最小化来调谐环路。然而，针对控制器适应的伪开环需求可能导致初始输出电压调节远小于所需要的，并且双参数控制系统可能易于发散，并且因此，不稳定的控制器可能导致某些情况。这些问题在[10]中得以解决，其中，利用PEF来调整两个控制器之间的平衡。但是，仍然存在许多缺陷，例如：i)针对预先设计和实现两个控制器的要求对于许多用户来说过于复杂；ii)预测误差的迭代最小化花费一些时间，这意味着由于控制器最初过于保守，因此在收敛时间期间对调节进行折衷。iii)针对两个固定的控制器中的公共状态变量的要求意味着它们不能是积分控制器，并且改变控制器的积分增益的能力的这种缺乏是保持系统的脉冲响应的限制因素。另外，[8]、[9]和[10]都将控制结构的类型限制为具有用于稳态调节的前馈元件的ARMA(零/极/非整数)类型结构。绝大多数控制器是PID，并且在能够自动地调谐或调节PID补偿器而不受限制方面存在明显优势。PCT/EP2014/063987涉及一种用于跨越终端用户设计空间(例如，输出电容)调节补偿器的方法以及一种用于终端用户配置补偿器以使得选择最合适的调整值的装置。鉴于在改变功率级参数(例如，电容C)的同时保持原系统的响应是有利的，希望确定补偿器必须改变以便实现类似的响应的方式。也就是说，可以通过下列方式来实现该目的，即，以通常的方式设计一种基础补偿器并且专利技术一种用于根据例如C的新值来改变补偿以便维持系统性能的装置。已经显示出，这种关系可以被保持，例如，如果以如下方式将PID控制器的比例增益Kp、积分增益Ki以及微分增益Kd从原始值改变：F＝Cnew/C，Kinew＝Ki*sqrt(F)，Kdnew＝Kd*F，Kpnew＝Kp*F，其中，Ki、Kp和Kd表示原始PID控制器的增益(即，原始的补偿器系数集)，Kinew、Kpnew、Kdnew分别表示用于维持系统响应的改变的值，并且Cnew和C表示体电容的新值和原始值。显然，电容C被用作示例，并且系统不限于这一点，而是也可以以类似的方式调整其它参数(例如，L)的变化。“CircuitandmethodforchangingtransientresponsecharacteristicsofaDC/DCconvertermodule”(美国专利7432692，2008年)。Kelly,A.的“AsystemandMethodforDesignandSelectingCompensatorsforaDC-DCConverter”(USPTO临时专利申请，2013年7月)。Morroni,J.、R.Zane和D.Maksimovic的“DesignandImplementationofanAdaptiveTuningSystemBasedonDesiredPhaseMarginforDigitallyControlledDC-DCConverters”(PowerElectronics，IEEETransactionson，2009，24(2)：p.559-564)。Stefanutti,W.等人的“AutotuningofDigitallyControlledBuckConvertersbasedonRelayFeedback”(PowerElectronicsSpecialistsConference，2005，Recife,Brazil)。Costabeber,A.等人的“DigitalAutotuningofDC-DCConvertersBasedonaModelReferenceImpulseResponse”(PowerElectronics，IEEETransactionson，2011，26(10)：p.2915-2924)。Miao,B.、R.Zane和D.Maksimovic的“Practicalon-lineidentificationofpowerconverterdynamicresponses”(inAppliedPowerElectronicsConference，2005，Austin，TX，USA：IEEE)。Kelly,A.和K.Rinne的“ControlofDC-DCConvertersbyDirectPolePlacementandAdaptiveFeedforwardGainAdjustment”(inAppliedPowerElectronicsConference.2005，Austin，Texas：IEEE)。Kelly,A.和K.Rinne的“Aself-compensatingadaptivedigitalregulatorforswitch本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于功率变换器的控制方法，该功率变换器被配置为根据对功率级进行控制的控制律来生成输出电压，所述方法包括：在所述功率变换器的斜升期间识别所述功率级的至少一个参数；针对所述功率级的所识别的至少一个参数来调整所述控制律，以便操作所述功率变换器；确定所述功率级的响应；通过表征所述响应，识别所述功率级的至少一个其它参数；以及根据所述响应的特性进一步调整所述控制律。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.12 US 61/864,859;2013.08.21 US 61/868,1611.一种用于功率变换器的控制方法，该功率变换器被配置为根据对功率级进行控制的
控制律来生成输出电压，所述方法包括：
在所述功率变换器的斜升期间识别所述功率级的至少一个参数；
针对所述功率级的所识别的至少一个参数来调整所述控制律，以便操作所述功率变换
器；
确定所述功率级的响应；
通过表征所述响应，识别所述功率级的至少一个其它参数；以及
根据所述响应的特性进一步调整所述控制律。
2.根据权利要求1所述的控制方法，所述控制方法还包括：
当操作所述功率变换器时，连续地表征所述响应并且作为响应连续地调整所述控制
律。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，表征所述负载阶跃响应包括：通过对所述响应
进行滤波以生成经滤波的响应并且对所述经滤波的响应和延迟的响应的乘积进行积分来
确定所述响应与目标响应之间的匹配程度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，进一步调整所述控制律包括：调整所
述控制律，使得所述响应与所述目标响应相匹配。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述延迟的响应被延迟一个样本。
6.根据的方法，其中，对所述响应进行滤波包括：使用所述目标响应的逆滤波器，使得
与所述目标响应完全匹配的响应导致除了所述经滤波的响应的第一样本之外的来自所述
滤波器的零输出。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的控制方法，其中，调整所述控制律包括：针对所识
别的参数重新参数化所述控制律的控制参数，并且根据所识别的参数相对于所述功率级的
所述至少一个参数的期望值的偏差来按比例调节控制参数。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其中，调整所述控制律还包括：按照所述控制参数
的期望值对所识别的控制参数进行归一化，以便获得归一化的所识别的参数，并且根据归
一化的所识别的参数相对于所述功率级的所述至少一个参数的归一化的期望值的偏差来
按比例调节控制参数。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的控制方...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·凯利，A·沃德，
申请(专利权)人：微电子中心德累斯顿有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE