一种双全桥DC/DC变换器的负荷前馈控制方法技术

本发明专利技术公开一种双全桥DC/DC变换器的负荷前馈控制方法，控制方法包括：双全桥DC/DC变换器启动后，利用电压控制器以移相控制方式对双全桥DC/DC变换器进行控制；启动非线性扰动观测器估计双全桥DC/DC变换器的负荷电流；将所估计的负荷电流与电压控制器的输出相加，得到双全桥DC/DC变换器的输出电流参考值；以及基于双全桥DC/DC变换器的输出电流参考值计算电流控制器的输出，将双全桥DC/DC变换器的输出电流参考值转化为移相角，作为双全桥DC/DC变换器中开关的控制指令。

【技术实现步骤摘要】
一种双全桥DC/DC变换器的负荷前馈控制方法
本专利技术涉及双全桥DC/DC变换器的控制方法。更具体地，涉及一种双全桥DC/DC变换器的负荷前馈控制方法。
技术介绍
近年来，越来越多的研究关注于双全桥DC/DC(DualActiveBridge，DAB)变换器，对它的两种典型控制策略分别为单环控制策略和双环控制策略。双环控制策略能够同时调节直流母线电压和变换器的输出电流，具有更好的动态性能。但在实际采样输出电流时需要高速AD采样电路和高性能的传感器，这增加了电路成本和复杂度，且双环控制中的低通滤波器也限制了电流内环的带宽，消减了动态响应速度。为了解决上述问题，现有技术提出了基于负荷电流的前馈控制、基于输出功率的前馈控制、功率指令的前馈控制，但这些方法均不能同时有效地克服上述两个问题。因此，需要提供一种既解决了外加电流传感器而带来的复杂和冗余又解决了负荷精确前馈的DAB变换器控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构简单动态响应速度快的DAB变换器控制方法。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种DAB变换器的负荷前馈控制方法，该控制方法包括：DAB变换器启动后，利用电压控制器以移相控制方式对DAB变换器进行控制；启动非线性扰动观测器(nonlineardisturbanceobserver,NDO)估计DAB变换器的负荷电流；将所估计的负荷电流与电压控制器的输出相加，得到双全桥DC/DC变换器的输出电流参考值；基于双全桥DC/DC变换器的输出电流参考值计算电流控制器的输出，将双全桥DC/DC变换器的输出电流参考值转化为移相角，作为双全桥DC/DC变换器中开关的控制指令。优选地，在控制方法中，以移相控制方法对DAB变换器进行控制的电压控制器采用比例积分控制(PI，ProportionalIntegrative)，用于稳定第一直流母线电压。优选地，在估计步骤中，包括：计算DAB变换器的输出电流；以及利用所计算的输出电流来计算DAB的负荷电流。优选地，DAB变换器的输出电流依照下式计算：其中，io,e(k)表示输出电流，表示对开关的控制指令，V1(k)表示第一直流母线电压，Ts表示开关的开关频率，L表示DAB变换器第一直流侧的电感。优选地，DAB的负荷电流依照以下两式来计算：z(k)＝(1-k0)·z(k-1)+k0·l·v2(k-1)+k0·io,e(k-1)，其中，表示负荷电流，z(k)表示中间变量，l表示NDO的参数，值为3至5，v2(k表示第二直流母线电压的交流小信号表达，k0＝l·Ts/C，C表示DAB变换器的输出电容。优选地，在将所估计的负荷电流与电压控制器的输出合并之前，对负荷电流进行滤波。优选地，使用二倍频陷波器对负荷电流进行滤波。优选地，在电压控制器与电流控制器之前均设置有限幅器，以使电压控制器和电流控制器获得稳定的输出。优选地，计算电流控制器的输出的步骤中，根据下式进行计算：其中，V1(k)表示第一直流母线电压，iref,lim(k)为双全桥DC/DC变换器的输出电流参考值经过限幅器后的限幅电流值，Ths为半开关周期，ε为常数参量。本专利技术的有益效果如下：本专利技术所述技术方案提供了一种改进了的单环控制方法，即，既解决了外加电流传感器而带来的复杂和冗余又解决了负荷精确前馈的DAB变换器控制方法。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明：图1为DAB变换器的拓扑结构图；图2为本公开的负荷前馈控制方法示意图；图3为本公开的一个实施例在负荷波动情况下的实验波形图；图4为本公开的一个实施例在输入电压波动情况下的实验波形图；以及图5为本公开的一个实施例在二倍频功率波动情况下的实验波形图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。应理解，说明书中所述的序数词第一、第二等只是为了描述的清楚，而不是为了限制元件、部件或组件等的顺序，即，描述为第一元件、部件和组件以及第二元件、部件或组件也可以表述为第二元件、部件和组件以及第一元件、部件或组件。图1为DAB变换器的拓扑结构图。图2为本公开的负荷前馈控制方法示意图。在电能变换中，DAB变换器必须与其他功能模块配合，组成完整的控制系统，因此需要采用负反馈对DAB变换器进行控制，以保证稳定的输出。本领域技术人员应理解，在图1中仅示出了DAB变换器的主电路拓扑图，而其控制电路既可以通过模拟电路实现也可以通过数字电路实现，且均可以实现本公开的控制方法。图2中的实施例示出了本公开的方法的步骤，由图可知，图中示出了电路小信号模型的频域模型，小写字母表示各分量的交流小信号表达方式，大写字母表示直流分量，其中以输出侧直流母线电压V2为反馈量形成电压控制环，以负荷电流为前置反馈形成虚拟电流内环，应理解，本公开的方法本质上仍为单环控制方法。具体方法步骤如下：步骤(1)，启动DAB变换器后，采用移相控制方式控制各开关的通断。具体地，启动DAB变换器，令前馈函数Gf＝0，采用单环控制的方式将直流母线电压v2稳定控制到参考值Vref处。设控制周期等于开关周期为Ts，则控制方法在每个控制周期内的实施方法为：计算第k周期电压误差Δv(k)：Δv(k)＝Vref-v2(k)(1)这一步需要直流母线电压v2(k)(即，第二直流母线电压)的测量值。计算限幅后电压误差Δv,lim：控制器G1采用PI控制器，计算其输出PIout(k)：由于此时Gf＝0，所以有：iref(k)＝PIout(k)(4)计算限幅后的电流参考值iref,lim：计算电流控制器G2的输出这一步需要直流母线电压V1(即，第一直流母线电压)的测量值，iref,lim(k)为所述双全桥DC/DC变换器的输出电流参考值经过限幅器后的限幅电流值，Ths为半开关周期，ε为常数参量。电流控制器G2的输出就是下一控制周期内的变换器开关的相移控制指令。步骤(2)，启用NDO对负荷电流进行估计。在步骤(1)的基础上，当变换器的直流母线电压v2已经稳定控制为Vref时，启用NDO对负载电流进行估计。计算估计的DAB变换器的输出电流：计算估计的DAB变换器的负荷电流：z(k)＝(1-k0)·z(k-1)+k0·l·v2(k-1)+k0·io,e(k-1)(8)其中，z(k)是NDO的中间变量，l是观测器参数一般取3～5，k0＝lTs/C.步骤(3)，对估计的负荷电流进行滤波。因为DAB变换器通常应用在大功率电源中，作为电源系统的一部分，负载通常接DC/AC变换器，负载中的二倍频(100Hz)分量影响DAB变换器的稳定。因此对估计的负荷电流进行滤波，滤除其中的二倍频(100Hz)分量是有必要的。令Gf等于二倍频陷波器：其中，ωN对应二倍频(100Hz)角频率，Q为陷波器的品质因数。计算Gf的输出为：计算电流参考值iref：继续通过式(5)限幅以后，由式(6)计算得到下一控制周期内的相移指令因为本公开提出了基于非线性扰动观测器估计的虚拟电流获得前馈控制，避免了双环控制方法需要电流传感器对系统的输出电流和负荷电流进行采样的问题，为说明本方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双全桥DC/DC变换器的负荷前馈控制方法，所述控制方法包括：双全桥DC/DC变换器启动后，利用电压控制器以移相控制方式对所述双全桥DC/DC变换器进行控制；启动非线性扰动观测器估计所述双全桥DC/DC变换器的负荷电流；将所估计的负荷电流与所述电压控制器的输出相加，得到所述双全桥DC/DC变换器的输出电流参考值；以及基于所述双全桥DC/DC变换器的输出电流参考值计算电流控制器的输出，将所述双全桥DC/DC变换器的输出电流参考值转化为移相角，作为所述双全桥DC/DC变换器中开关的控制指令。

【技术特征摘要】
1.一种双全桥DC/DC变换器的负荷前馈控制方法，所述控制方法包括：双全桥DC/DC变换器启动后，利用电压控制器以移相控制方式对所述双全桥DC/DC变换器进行控制；启动非线性扰动观测器估计所述双全桥DC/DC变换器的负荷电流；将所估计的负荷电流与所述电压控制器的输出相加，得到所述双全桥DC/DC变换器的输出电流参考值；以及基于所述双全桥DC/DC变换器的输出电流参考值计算电流控制器的输出，将所述双全桥DC/DC变换器的输出电流参考值转化为移相角，作为所述双全桥DC/DC变换器中开关的控制指令。2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述控制方法中，以移相控制方法对所述双全桥DC/DC变换器进行控制的所述电压控制器采用比例积分控制，用于稳定第一直流母线电压。3.如权利要求1所述的控制方法，在所述估计步骤中，包括：计算所述双全桥DC/DC变换器的输出电流；以及利用所计算的输出电流来计算所述双全桥DC/DC的负荷电流。4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述双全桥DC/DC变换器的输出电流依照下式计算：其中，io,e(k)表示输出电流，表示对所述开关的控制指令，V1(k)表示第一直流母线电压，Ts表示所述开关的开关频率，L表示所述双全桥DC/DC变换器第一直流侧的电感。...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴俊勇，郝亮亮，刘自程，熊飞，
申请(专利权)人：苏州海德蓝电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32