一种用于双向DC/DC变换器中电感电流预测独立收敛控制方法技术

本发明专利技术公开了用于双向DC/DC变换器中电感电流预测独立收敛控制方法，采用电感电流独立预测控制，并结合稳态预测值对预测结果进行收敛运算处理，使预测值向稳态预测结果收敛，通过预测值以及稳态预测值直接计算出相应功率管的控制占空比，从而实现良好的电流控制效果。本发明专利技术用于双向DC/DC变换器中电感电流预测独立收敛控制方法，能够实现快速稳定的控制主电路的电感电流值；能够解决双向DC/DC变换器在模式切换过程中电感电流断续问题；能够直接通过输入电路参数来求的开关管的占空比。

【技术实现步骤摘要】
一种用于双向DC/DC变换器中电感电流预测独立收敛控制方法
本专利技术属于电力电子电路控制
，具体涉及一种用于双向DC/DC变换器中电感电流预测独立收敛控制方法。
技术介绍
近年来，双向DC/DC变换器被广泛应用在电动汽车、UPS、微电网等场合。它能够实现能量的双向流动，可大幅度减小系统体积重量和成本，具有重要的研究价值。随着电力电子学的发展以及控制技术的不断成熟，针对双向DC/DC变换器的控制方法逐渐成为人们研究的热点。目前针对双向DC/DC变换器的控制方法主要有PI控制、模糊控制。模糊控制具有不需要建立控制对象的数学模型，鲁棒性强等优点，然而它不能够实现在线调整，稳态精度不高。传统的PI控制虽然它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点，但是它仍具有响应速度慢稳定性弱；存在积分饱和现象，会使控制器失去调节作用，容易引发危险事故；参数整定困难，不易调节等缺点。因此对于系统控制方法的改进是相当重要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于双向DC/DC变换器中电感电流预测独立收敛控制方法，解决了现有技术中存在的动态响应速度慢、静差大的问题。本专利技术所采用的技术方案是，用于双向DC/DC变换器中电感电流预测独立收敛控制方法，具体按以下步骤实施：步骤1、在双向DC/DC变换器的电路中的(n-1)TS时刻采样中断，得到(n-1)TS时刻的电感电流值iL(n-1)、低压电压源的电压值vl、高压电压源的电压值vh、(n-1)TS周期内第二开关管S2的占空比Dbu(n-1)、(n-1)TS周期内第一开关管S1的占空比Dbo(n-1)，其中，TS为开关周期；步骤2、计算nTS时刻的电感电流预测值步骤3、判断nTS时刻电感上的电流给定值iLref(n)＞0是否成立，如果成立，则nTS周期内第二开关管S2的占空比Dbu(n)＝0，转到步骤4；如果不成立，则转到步骤6；步骤4、判断是否成立，如果不成立，则nTS周期内第一开关管S1的占空比Dbo(n)＝0，转到步骤9；如果成立，则转到步骤5；步骤5、判断是否成立，如果成立，则nTS周期内第一开关管S1的占空比Dbo(n)＝1，转到步骤9；如果不成立，则将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)计算nTS周期内第一开关管S1的占空比Dbo(n)为：其中，Dbt＝vl/vh，L为电感值，转到步骤9；步骤6、判断nTS时刻电感上的电流给定值iLref(n)＜0是否成立，如果成立，则nTS周期内第一开关管S1的占空比Dbo(n)＝0，转到步骤7；如果不成立，则Dbo(n)＝0,Dbu(n)＝0，转到步骤10；步骤7、判断是否成立，如果不成立，则nTS周期内第二开关管S2的占空比Dbu(n)＝0，转到步骤10；如果成立，则转到步骤8；步骤8、判断是否成立，如果成立，则nTS周期内第二开关管S2的占空比Dbu(n)＝1，转到步骤10；如果不成立，则将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则通过公式(2)计算nTS周期内第二开关管S2的占空比Dbu(n)为：其中，Dbt＝vl/vh，L为电感值，转到步骤10；步骤9、经过中值处理后的第一开关管S1的占空比D1(n)为：其中，产生占空比为D1(n)的PWM波来控制第一开关管S1，完成双向DC/DC变换器中电感电流预测控制；步骤10、经过中值处理后的第二开关管S2的占空比D2(n)为：其中，产生占空比为D2(n)的PWM波来控制第二开关管S2，完成双向DC/DC变换器中电感电流预测控制。本专利技术的特点还在于，步骤2中nTS时刻的电感电流预测值的计算具体步骤为：步骤2.1、判断Dbo(n-1)＞0是否成立，如果成立，则转到步骤2.2；如果不成立，则转到步骤2.5；步骤2.2、判断iL(n-1)≥0是否成立，如果成立，则得到nTS时刻的电感电流预测值为：其中转到步骤3；如果不成立，则转到步骤2.3；步骤2.3、判断iL(n-1)+vlTs/L≤0是否成立，如果成立，则得到nTS时刻的电感电流预测值为：转到步骤3；如果不成立，则转到步骤2.4；步骤2.4、判断iL(n-1)+vlDbo(n-1)Ts/L≥0是否成立，如果不成立，则得到nTS时刻的电感电流预测值为：转到步骤3；如果成立，则得到nTS时刻的电感电流预测值为：其中，转到步骤3；步骤2.5、判断iL(n-1)≤0是否成立，如果成立，则得到nTS时刻的电感电流预测值为：其中，转到步骤3；如果不成立，则转到步骤2.6；步骤2.6、判断iL(n-1)-(vh-vl)Ts/L≥0是否成立，如果成立，则得到nTS时刻的电感电流预测值为：转到步骤3；如果不成立，则转到步骤2.7；步骤2.7、判断iL(n-1)-(vh-vl)Dbu(n-1)Ts/L≤0是否成立，如果不成立，则得到nTS时刻的电感电流预测值为：转到步骤3；如果成立，则得到nTS时刻的电感电流预测值为：其中，转到步骤3。得到步骤5中公式(1)的具体过程为：当双向DC/DC变换器工作在Boost模式时，在nTS时刻开通第一开关管S1，电感电流iL(n)线性增加直到关断第一开关管S1，电感电流达到最大值iLmax(n)，此期间电感电流的增量ΔiL+为：当关断第一开关管S1，电感电流线性减小，减小量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(n+1)TS时刻的电感电流iL(n+1)为：其中，则，式(21)转换为式(23)为：在理想状态下，输入端vl释放的能量EvL为：其中，为nTS周期内电感电流的平均值，电感上的能量变化记为ΔEL为：输出端vh得到的能量Evh为：其中，为第一开关管S1关断时vh的电流平均值：在理想状态下，及忽略电路阻抗，根据能量守恒得：Evl＝ΔEL+Evh(28)当w(n)≥0时，得：当满足即时公式(29)有解，解即为：得到步骤8中公式(2)的具体过程为：当双向DC/DC变换器工作在Buck模式时，在nTS时刻开通第二开关管S2，电感电流iL(n)线性增加直到关断第二开关管S2，电感电流达到最大值iLmax(n)，此期间电感电流的增量ΔiL+为：从开通第二开关管S2到关断第二开关管S2期间，电感电流的平均值为：在第二开关管S2开通期间，高压电压源vh释放的能量Eon(n)为：关断第二开关管S2，电感电流减小并且为低压电压源vl提供能量，电感上存储的能量变化量ΔEL(n)为：在nTS周期内负载消耗的能量EVl(n)为：其中，为nTS周期内电感电流的平均值，忽略电路阻抗，根据能量守恒定律：Eon(n)＝ΔEL(n)+EVl(n)(38)将式(35)、(36)、(37)代入式(38)整理得：nTS周期内从关断第二开关管S2时刻直至到(n+1)TS时刻，电感电流减小值ΔiL-为：(n+1)TS时刻电感电流iL(n+1)为：由于在Buck模式下电感电流不会为负值，因此：即：其中，Dbt＝vl/vh，当w(n)≥0时，由式(39)与式(42)得出式(44)：为了使式(44)的方程有解，要满足：整理式(45)得：由于式(46)总是成立的，因此得出本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于双向DC/DC变换器中电感电流预测独立收敛控制方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：步骤1、在双向DC/DC变换器的电路中的(n‑1)TS时刻采样中断，得到(n‑1)TS时刻的电感电流值iL(n‑1)、低压电压源的电压值vl、高压电压源的电压值vh、(n‑1)TS周期内第二开关管S2的占空比Dbu(n‑1)、(n‑1)TS周期内第一开关管S1的占空比Dbo(n‑1)，其中，TS为开关周期；步骤2、计算nTS时刻的电感电流预测值步骤3、判断nTS时刻电感上的电流给定值iLref(n)＞0是否成立，如果成立，则nTS周期内第二开关管S2的占空比Dbu(n)＝0，转到步骤4；如果不成立，则转到步骤6；步骤4、判断是否成立，如果不成立，则nTS周期内第一开关管S1的占空比Dbo(n)＝0，转到步骤9；如果成立，则转到步骤5；步骤5、判断是否成立，如果成立，则nTS周期内第一开关管S1的占空比Dbo(n)＝1，转到步骤9；如果不成立，则将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)计算nTS周期内第一开关管S1的占空比Dbo(n)为：其中，Dbt＝vl/vh，L为电感值，转到步骤9；步骤6、判断nTS时刻电感上的电流给定值iLref(n)＜0是否成立，如果成立， 则nTS周期内第一开关管S1的占空比Dbo(n)＝0，转到步骤7；如果不成立，则Dbo(n)＝0,Dbu(n)＝0，转到步骤10；步骤7、判断是否成立，如果不成立，则nTS周期内第二开关管S2的占空比Dbu(n)＝0，转到步骤10；如果成立，则转到步骤8；步骤8、判断是否成立，如果成立，则nTS周期内第二开关管S2的占空比Dbu(n)＝1，转到步骤10；如果不成立，则将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则通过公式(2)计算nTS周期内第二开关管S2的占空比Dbu(n)为：其中，Dbt＝vl/vh，L为电感值，转到步骤10；步骤9、经过中值处理后的第一开关管S1的占空比D1(n)为：其中，产生占空比为D1(n)的PWM波来控制第一开关管S1，完成双向DC/DC变换器中电感电流预测控制；步骤10、经过中值处理后的第二开关管S2的占空比D2(n)为：其中，产生占空比为D2(n)的PWM波来控制第二开关管S2，完成双向DC/DC 变换器中电感电流预测控制。...

【技术特征摘要】
1.用于双向DC/DC变换器中电感电流预测独立收敛控制方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：步骤1、在双向DC/DC变换器的电路中的(n-1)TS时刻采样中断，得到(n-1)TS时刻的电感电流值iL(n-1)、低压电压源的电压值vl、高压电压源的电压值vh、(n-1)TS周期内第二开关管S2的占空比Dbu(n-1)、(n-1)TS周期内第一开关管S1的占空比Dbo(n-1)，其中，TS为开关周期；步骤2、计算nTS时刻的电感电流预测值步骤3、判断nTS时刻电感上的电流给定值iLref(n)＞0是否成立，如果成立，则nTS周期内第二开关管S2的占空比Dbu(n)＝0，转到步骤4；如果不成立，则转到步骤6；步骤4、判断是否成立，如果不成立，则nTS周期内第一开关管S1的占空比Dbo(n)＝0，转到步骤9；如果成立，则转到步骤5；步骤5、判断是否成立，如果成立，则nTS周期内第一开关管S1的占空比Dbo(n)＝1，转到步骤9；如果不成立，则将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)计算nTS周期内第一开关管S1的占空比Dbo(n)为：其中，Dbt＝vl/vh，L为电感值，转到步骤9；步骤6、判断nTS时刻电感上的电流给定值iLref(n)＜0是否成立，如果成立，则nTS周期内第一开关管S1的占空比Dbo(n)＝0，转到步骤7；如果不成立，则Dbo(n)＝0,Dbu(n)＝0，转到步骤10；步骤7、判断是否成立，如果不成立，则nTS周期内第二开关管S2的占空比Dbu(n)＝0，转到步骤10；如果成立，则转到步骤8；步骤8、判断是否成立，如果成立，则nTS周期内第二开关管S2的占空比Dbu(n)＝1，转到步骤10；如果不成立，则将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则通过公式(2)计算nTS周期内第二开关管S2的占空比Dbu(n)为：其中，Dbt＝vl/vh，L为电感值，转到步骤10；步骤9、经过中值处理后的第一开关管S1的占空比D1(n)为：其中，产生占空比为D1(n)的PWM波来控制第一开关管S1，完成双向DC/DC变换器中电感电流预测控制；步骤10、经过中值处理后的第二开关管S2的占空比D2(n)为：其中，产生占空比为D2(n)的PWM波来控制第二开关管S2，完成双向DC/DC变换器中电感电流预测控制；步骤1中双向DC/DC变换器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、第一开关管S1的发射极连接，高压电压源vh的正极连接第二开关管S2的集电极，第二开关管S2的发射极分别连接第一开关管S1的集电极、电感L。2.根据权利要求1所述的用于双向DC/DC变换器中电感电流预测独立收敛控制方法，其特征在于，所述步骤2中nTS时刻的电感电流预测值的计算具体步骤为：步骤2.1、判断Dbo(n-1)＞0是否成立，如果成立，则转到步骤2.2；如果不成立，则转到步骤2.5；步骤2.2、判断iL(n-1)≥0是否成立，如果成立，则得到nTS时刻的电感电流预测值为：其中转到步骤3；如果不成立，则转到步骤2.3；步骤2.3、判断iL(n-1)+vlTs/L≤0是否成立，如果成立，则得到nTS时刻的电感电流预测值为：转到步骤3；如果不成立，则转到步骤2.4；步骤2.4、判断iL(n-1)+vlDbo(n-1)Ts/L≥0是否成立，如果不成立，则得到nTS时刻的电感电流预测值为：转到步骤3；如果成立，则得到nTS时刻的电感电流预测值为：其中，转到步骤3；步骤2.5、判断iL(n-1)≤0是否成立，如果成立，则得到nTS时刻的电感电流预测值为：其中，转到步骤3；如果不成立，则转到步骤2.6；步骤2.6、判断iL(n-1)-(vh-vl)Ts/L≥0是否成立，如果成立，则得到nTS时刻的电感电流预测值为：转到步骤3；如果不成立，则转到步骤2.7；步骤2.7、判断iL(n-1)-(vh-vl)Dbu(n-1)Ts/L≤0是否成立，如果不成立，则得到nTS时刻的电感电流预测值为：转到步骤3；如果成立，则得到nTS时刻的电感电流预测值为：其中，转到步骤3。3.根据权利要求1所述的用于双向DC/DC变换器中电感电流预测独立收敛控制方法，其特征在于，得到所述步骤5中公式(1)的具体过程为：当双向DC/DC变换器工作在Boost模式时，在nTS时刻开通第一开关管S1，电感电流iL(n)线性增加直到关断第一开关管S1，电感电流达到最大值iLmax(n)，此期间电感电流的增量ΔiL+为：

【专利技术属性】
技术研发人员：张琦，何园，孙向东，安少亮，杨惠，任碧莹，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