本发明专利技术公开了一种用于非隔离充电Buck电路中电感电流预测控制方法，通过上一时刻即(n-1)TS时刻的电感电流值iL(n-1)预测出下个时刻即nTS时刻的电感电流值然后根据功率守恒，根据预测的nTS时刻的电感电流值计算出nTS时刻开关管的占空比；再依据稳态期望值，对计算结果进行收敛处理，通过预测值以及稳态预测值直接计算出相应开关管的控制占空比，从而得到最终开关管的占空比Dx(n)，产生占空比为Dx(n)的PWM波来控制开光管，实现对nTS时刻电感电流的控制。本发明专利技术通过能量守恒得到占空比，而且通过能量守恒可以快速的计算出占空比，迅速跟踪给定，在给定突变时，也能快速的追踪给定，动态响应、控制精度明显提高。
【技术实现步骤摘要】
一种用于非隔离充电Buck电路中电感电流预测控制方法
本专利技术属于电力电子系统、电动汽车
，具体涉及一种用于非隔离充电Buck电路中电感电流预测控制方法。
技术介绍
DC-DC变换器具有转换效率高、体积小、控制精度高等优点，被广泛应用于各个领域。而近年来，随着各国对电动汽车产业的大力发展，随之而来对周边产品的研发也逐渐受到大力的关注。尤其是如何有效的进行电动汽车电池充电，成为了人们热门的研究的问题。而且，近年来电动汽车电池不断的更新换代，新型高效的电池对充电装置的要求变得更加的严格。由于Buck电路控制简单，所占的空间体积小，而被广泛应用于充电电路中。现如今，Buck电路控制有PI控制、重复控制、模糊控制等控制方法。但是大多数都采用PI控制技术，它的显著特点是其不依赖变换器的模型，而是只需根据控制变量的误差，通过动态调节开关管的占空比，实现对输出电压以及其它参数的控制。PI控制的优点是控制系统设计过程简单、适用性较好；缺点是输出反馈控制的设计是基于目标误差的控制而不是基于模型控制，动态响应特性较慢、控制效果较差，无法实现优化控制，无法满足开关电源日益提高的动态响应和控制精度的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于非隔离充电Buck电路中电感电流预测控制方法，解决了现有技术中存在的动态响应特性慢、控制精度差的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种用于非隔离充电Buck电路中电感电流预测控制方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、采样Buck电路中的低压电压源的电压值vL、高压电压源的电压值vH、(n-1)TS时刻的电感电流值iL(n-1)、(n-1)TS周期内开关管的占空比Dbu(n-1)，其中，TS为开关管的一个开关周期；步骤2、判断nTS时刻电感上的电流给定iLref(n)是否小于0，如果不小于0，转到步骤3；如果小于0，则nTS周期内开关管的占空比Dx(n)＝0，转到步骤9；步骤3、通过公式(1)计算nTS时刻的电感电流预测值其中，L为电感值；步骤4、判断是否成立，如果成立，转到步骤5；如果不成立，则nTS周期内开关管的占空比Dx(n)＝1，转到步骤9；步骤5、将nTS时刻电感上的电流给定值iLref(n)赋值给nTS周期内电感电流的平均值即：通过公式(1)中得到的电感电流预测值计算nTS周期内开关管的占空比Dbu(n)：其中，Dbt＝vL/vH；步骤6、根据公式(5)计算w(n)：判断w(n)≥0是否成立，如果不成立，则转到步骤7；如果成立，则转到步骤8；步骤7、根据公式(1)中得到的电感电流预测值计算nTS周期内开关管的占空比Dbu(n)：步骤8、根据公式(7)计算经过中值处理后的占空比Dx(n)：其中，为nTS周期内稳态时开关管的占空比；步骤9、产生占空比为Dx(n)的PWM波来控制开关管。本专利技术的特点还在于，得到步骤5中公式(4)的具体过程为：nTS周期内开关管开通过程中电感电流的增量ΔiL+为：其中，iLmax(n)为nTS周期内电感电流的最大值，开关管开通过程中流过的电流平均值为：在理想状态下，开关开通的时候，vH释放能量，它所释放的能量Eon为：vH释放能量的能量一部分储存在电感中，表现为周期内电感电流的变化量，这一部分能量用ΔEL表示为：另一部分供负载消耗表现为向vL端充电，单周期内负载消耗的能量EvL为：在理想状态下，及忽略各种损耗，根据能量守恒得：Eon＝ΔEL+EvL(13)即得：当开关管关断后，由于电感电流的连续性，电感将通过二极管向负载供电，所以电感中的电流将自然下降。在这一阶段电感电流的衰减值ΔiL-为：在nTS周期至(n+1)TS周期内，电感电流由iL(n)转变为iL(n+1)，则通过公式(8)和公式(15)得到(n+1)TS时刻的电感电流iL(n+1)：由于二极管的反向关断特性，电感电流无法连续衰减至负值，则iL(n+1)存在一个不连续点，表达式为：将式(17)转换为：当w(n)≥0时，将公式(16)代入公式(14)得：当满足即时，公式(19)有解，解即为：得到步骤7中公式(6)的具体过程为：当w(n)＜0时即iL(n+1)＝0代入公式(14)得：当满足即时，公式(22)有解，解即为：步骤1中Buck电路包括低压电压源vL，低压电压源vL的负极分别与高压电压源vH的负极、二极管D的正极连接，高压电压源vH的正极连接开关管S的集电极，开关管S的发射极分别连接二极管D的负极、电感L。开关管S为携带反并联二极管或具有反并联二极管特性的可关断功率开关器件。本专利技术的有益效果是：①传统的建模分析都是基于CCM和DCM两种工作模式，而且占空比的获得通常根据小信号分析得来，本专利技术则通过总结DCM、CCM、稳态和动态等具体状态，并进行整体分类，依据能量守恒得到占空比，再依据稳态期望值，对计算结果进行收敛处理，通过预测值以及稳态预测值直接计算出相应开关管的控制占空比，从而得到最终开关管的占空比，实现对电感电流的控制。②本专利技术依据能量守恒的规律可以快速的计算出开关管的占空比。不加收敛时，1个开关周期就能跟踪给定；加收敛时，2个开关周期就能跟踪给定。在给定突变时，也能快速的追踪给定，动态响应、控制精度明显提高。附图说明图1是本专利技术中Buck电路简图；图2是本专利技术中Buck电路的电感电流动态波形图；图3是本专利技术中单周期内Buck电路电感电流的七种工作模式图；图4是本专利技术中单开关周期内开关管电流波形示意图；图5是本专利技术电感电流预测控制方法的流程图；图6是本专利技术中采样值不同时的电感电流波形图；图7是本专利技术中稳态时的电感电流波形图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。如图1所示为本专利技术Buck电路图，Buck电路包括低压电压源vL(低压电压源一般为蓄电池或超级电容)，低压电压源vL的负极分别与高压电压源vH(一般为直流母线并联的支撑电容的电压，由于电容电压不能突变，所以短时间内可以看成一个电压源)的负极、二极管D的正极连接，高压电压源vH的正极连接开关管S的集电极，开关管S的发射极分别连接二极管D的负极、电感L。其中开关管S为携带反并联二极管或具有反并联二极管特性的可关断功率开关器件。如图2所示为Buck电路中电感电流的动态波形，其中，iL(n)为电感在开关管开通动作时刻nTS(TS为开关管的一个开关周期)的电流，Ts为开关管的一个开关周期，Dbu为开关的占空比。Buck通常以CCM、DCM描述开关电路的稳态工作模式，这种划分下忽略了电路的动态工作过程，如图3所示为单周期内电感电流的七种工作模式图，七种工作模式表征Buck电路的工作模式。在开关管开通过程中，流经开关管的电流如图4所示。其中ΔiL+为nTS周期内开关管开通过程中电感电流的增量，由公式(8)表示为：其中，iLmax(n)为nTS周期内电感电流的最大值，开关管开通过程中流过的电流平均值为：在理想状态下，开关开通的时候，vH释放能量，它所释放的能量Eon为：vH释放能量的能量一部分储存在电感中，表现为周期内电感电流的变化量，这一部分能量用ΔEL表示为：另一部分供负载消耗表现为向vL端充电，单周期内负载消耗的能量EvL为：在理想状态下，及忽略各种损耗，根据能量守恒得：Eon＝ΔEL+EvL(13)即本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于非隔离充电Buck电路中电感电流预测控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、采样Buck电路中的低压电压源的电压值vL、高压电压源的电压值vH、(n‑1)TS时刻的电感电流值iL(n‑1)、(n‑1)TS周期内开关管的占空比Dbu(n‑1)，其中，TS为开关管的一个开关周期；步骤2、判断nTS时刻电感上的电流给定iLref(n)是否小于0，如果不小于0，转到步骤3；如果小于0，则nTS周期内开关管的占空比Dx(n)＝0，转到步骤9；步骤3、通过公式(1)计算nTS时刻的电感电流预测值i^L(n)=w(n-1),w(n-1)≥00,w(n-1)<0---(1)]]>其中，w(n-1)=iL(n-1)+1L·TS·(vH·Dbu(n-1)-vL)---(2)]]>L为电感值；步骤4、判断是否成立，如果成立，转到步骤5；如果不成立，则nTS周期内开关管的占空比Dx(n)＝1，转到步骤9；步骤5、将nTS时刻电感上的电流给定值iLref(n)赋值给nTS周期内电感电流的平均值即：iL‾(n)=iLref(n)---(3)]]>通过公式(1)中得到的电感电流预测值计算nTS周期内开关管的占空比Dbu(n)：Dbu(n)=1-1-Dbt-2L·[iL‾(n)-i^L(n)]vH·TS---(4)]]>其中，Dbt＝vL/vH；步骤6、根据公式(5)计算w(n)：w(n)=i^L(n)+1L·TS·(vH·Dbu(n)-vL)---(5)]]>判断w(n)≥0是否成立，如果不成立，则转到步骤7；如果成立，则转到步骤8；步骤7、根据公式(1)中得到的电感电流预测值计算nTS周期内开关管的占空比Dbu(n)：Dbu(n)=-L·i^L(n)(vH-vL)·TS+Dbt·[L2·i^L2(n)+2L·TS·(vH-vL)·iL‾(n)](vH-vL)·TS---(6)]]>步骤8、根据公式(7)计算经过中值处理后的占空比Dx(n)：Dx(n)=12(Dbu(n)+Dz(n))---(7)]]>其中，为nTS周期内稳态时开关管的占空比；步骤9、产生占空比为Dx(n)的PWM波来控制开关管。...
【技术特征摘要】
1.一种用于非隔离充电Buck电路中电感电流预测控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、采样非隔离充电Buck电路中的低压电压源的电压值vL、高压电压源的电压值vH、(n-1)TS时刻的电感电流值iL(n-1)、(n-1)TS周期内开关管的占空比Dbu(n-1)，其中，TS为开关管的一个开关周期；步骤2、判断nTS时刻电感上的电流给定iLref(n)是否小于0，如果不小于0，转到步骤3；如果小于0，则nTS周期内开关管的占空比Dx(n)＝0，转到步骤9；步骤3、通过公式(1)计算nTS时刻的电感电流预测值其中，L为电感值；步骤4、判断是否成立，如果成立，转到步骤5；如果不成立，则nTS周期内开关管的占空比Dx(n)＝1，转到步骤9；步骤5、将nTS时刻电感上的电流给定值iLref(n)赋值给nTS周期内电感电流的平均值即：通过公式(1)中得到的电感电流预测值计算nTS周期内开关管的占空比Dbu(n)：其中，Dbt＝vL/vH；步骤6、根据公式(5)计算w(n)：判断w(n)≥0是否成立，如果不成立，则转到步骤7；如果成立，则转到步骤8；步骤7、根据公式(1)中得到的电感电流预测值计算nTS周期内开关管的占空比Dbu(n)：步骤8、根据公式(7)计算经过中值处理后的占空比Dx(n)：其中，为nTS周期内稳态时开关管的占空比；步骤9、产生占空比为Dx(n)的PWM波来控制开关管；所述步骤1中Buck电路包括低压电压源vL，低压电压源vL的负极分别与高压电压源vH的负极、二极管D的正极连接，高压电压源vH的正极连接开关管S的集电极，开关管S的发射极分别连接二极管D的负极、电感L。2.根据权利要求1所述的一种用于非隔离充电Buck电路中电感电流预测控制方法，其特征在于，得到所述步骤5中公式(4)的具体过程为：nTS周期内开关管开通过程中电感电流的增量ΔiL+为：其中，iLmax(n)为nTS周期内电感电流的最大值，开关管开通过程中流过的电流平均值为：在理想状态下，开关开通的时候，vH释放能量，它所释放的能量Eon为：vH释放能量的能量一部分储存在电感中，表现为周期内电感电流的变化量，这一部分能量用ΔEL表示为：另一部分供负载消耗表现为向vL端充电，单周期内负载消耗的能量EvL为：在理想状态下，及忽略各种损耗，根据能量守恒得：Eon＝ΔEL+EvL(13)即得：
【专利技术属性】
技术研发人员：张琦，刘昭，孙向东，安少亮，任碧莹，张波，赵双双，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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