一种Boost变换器的自校正-无差拍电流控制方法技术

本发明专利技术公开了一种Boost变换器的自校正‑无差拍电流控制方法。该控制方法包括两部分：无差拍控制步骤和自校正控制步骤。其中无差拍控制保证了动态响应的快速性；自校正控制通过最小二乘参数辨识参数，从而消除了控制的稳态静差。最终在实际的硬件平台上进行了实验，验证了本发明专利技术提出的控制策略的快速动态响应和零稳态静差。

A self-tuning deadbeat current control method for boost converter

【技术实现步骤摘要】
一种Boost变换器的自校正-无差拍电流控制方法
本专利技术涉及Boost变换器的自校正无差拍电流控制方法，属于电力电子
技术背景Boost变换器被广泛应用于光伏发电、储能和电动汽车中，其拓扑如图1所示。Boost变换器的开关平均数学模型为与模拟电流控制相比，数字电流控制更便于实现复杂的控制方法，同时对器件温度的变化不敏感。在数字电流控制方法中，无差拍控制有最快的动态响应速度，首先将式(1)离散化，得到在考虑控制器的一差拍延迟下，利用当前时刻采样的输入电压Vin(k)、输出电压Vo(k)和电感电流iL(k)预测下一周期的电感电流为再进而预测下下周期的电感电流，以下下周期电感电流等于电流指令值作为目标，也即计算出当前时刻的控制量因而在模型参数准确以及忽略非理想因素的情况下，电感电流可以在两个周期内达到指令值。然而，由于模型参数电感值L和电感等效串联电阻Lr不准确的情况，如(5)所示的无差拍控制动态响应和稳态静差会受到影响。本专利技术提出了一种自校正无差拍电流控制方法：首先定量分析模型参数对控制的动态响应和稳态静差的影响，提出最小二乘辨识算法辨识参数；然后用最小二乘参数辨识和无差拍控制器共同组成了自校正无差拍控制，用以改善由于模型参数造成的对稳态静差的影响，同时也有较快的动态响应。
技术实现思路
本专利技术的目的是，设计一种应用于Boost变换器的自校正无差拍电流控制方法，保证变换器既拥有较快的动态响应又能够消除稳态静差。该方法由自校正控制和无差拍控制两部分组成：其中无差拍控制用以提高动态响应，自校正控制采用最小二乘参数辨识算法来辨识参数用以消除稳态静差。所述最小二乘参数辨识算法在主控制器DSP中执行，每个开关周期采样一次并控制计算一次，因而开关周期等于控制周期等于采样周期Ts，该算法包括如下步骤，每经过一个Ts，顺序执行一个步骤：(1)初始化开始，先固定采用较大的电感电流指令值iLref,所使用的模型参数Lr和L取默认值Lrm和Lm；(2)根据当前的输入电压Vin,输出电压Vo,考虑控制器的一差拍延迟，进行无差拍控制:以下管占空比u为自变量，利用电路模型预测下下开关周期的电感电流，使下下周期的电感电流等于iLref，计算得到当前时刻的控制量u(k),如下式(6)所示：(3)采用最小二乘辨识算法辨识模型参数Lr；(4)判断步骤(3)中的辨识算法是否收敛，若不收敛，则返回步骤(2)；若收敛，则到执行步骤(5)，初始化结束；(5)使用步骤(3)中辨识的参数作为控制中所使用的模型参数Lr，将iLref置为真正的电感电流指令值；(6)根据当前的输入电压Vin,输出电压Vo,考虑控制器的一差拍延迟，进行无差拍控制:以下管占空比u为自变量，利用电路模型预测下下开关周期的电感电流，使下下周期的电感电流等于iLref，计算得到当前时刻的控制量u(k)；(7)结束，停机。整体控制流程图如图2所示。本专利技术具有以下优点：1、充分发挥了无差拍控制的动态响应快速的优点。2、采用自校正控制消除了由于模型参数造成的对稳态静差的影响，从而达到了零稳态静差，最终电感电流等于电感电流指令值。附图说明图1.Boost变换器的原理电路图图2.自校正-无差拍电流控制流程图图3.iLref＝10A稳态实验波形图图4.采用本专利技术控制方法，iLref从20A突减到10A的动态响应实验波形图图5.采用PI控制方法，iLref从20A突减到10A的动态响应实验波形图具体实施方式下面对本专利技术进一步详细说明。1、模型参数对无差拍控制稳态静差和动态响应的影响下面定量分析模型参数Lrm和Lm与真实的Lr和L的偏差对稳态静差和动态响应的影响。a.稳态静差将无差拍控制计算的控制量如式(6)代入式(3)和(4)中得到由于Ts较小，因而可以忽略Ts2项，则(6)可更改为在稳态时，有iL(k+2)＝iL(k)，则式(7)变为由式(8)可以看出，当Lrm＝Lr时，有iL(k+2)＝iLref，因而需要辨识Lr来消除稳态静差。b.动态响应假设Lr已被辨识，即有Lrm＝Lr，则式(7)变为将式(9)向后递推n个Ts，则有由上式可以看出，动态响应对参数敏感度不高，只要所使用的模型参数Lm离真实值L偏移小于20％，在4个Ts内iL和iLref的偏差会被减小96％。2、最小二乘参数辨识算法由1-a中得到结论：需要辨识Lr来消除稳态静差。由式(1)(2)，在稳态时有则有令采用带遗忘因子λ的递推最小二乘辨识算法来辨识Lr：3、方法执行过程该算法在主控制器DSP中执行，每个开关周期采样一次并控制计算一次，因而开关周期等于控制周期等于采样周期Ts，算法步骤如下，每经过一个Ts，顺序执行一步：(1)初始化开始，桥臂死区时间为udt，控制中使用的模型参数L和Lr取默认值Lm和Lrm。(2)根据当前的输入电压Vin(k),输出电压Vo(k),考虑控制器的一差拍延迟，进行无差拍控制:以下管占空比u为自变量，利用电路模型预测下下开关周期的电感电流，使下下周期的电感电流等于iLref，计算得到u如式(15)所示。(3)最小二乘辨识算法辨识模型参数其中(4)参数辨识算法是否收敛：否，返回(2)；是，到(5)，初始化结束。(5)使用(3)中辨识的参数作为控制中使用的模型参数Lr，接近真实的Lr参数。(6)据当前的输入电压Vin,输出电压Vo,考虑控制器的一差拍延迟，进行无差拍控制:以下管占空比u为自变量，利用电路模型预测下下开关周期的电感电流，使下下周期的电感电流等于iLref，计算得到u如式(18)所示。(7)结束，停机。整体控制流程图如图2所示。4、主要实验结果搭建实验平台对本专利技术所提出的控制方法进行了实验验证，主要实验参数如下。表1实验参数首先，比较本专利技术的控制方法与普通的无差拍电流控制方法的稳态效果。设置iLref＝10A，首先不采用参数辨识算法，实际的电感电流iL与iLref有偏差；之后采用了最小二乘参数辨识算法，iL基本等于iLref，比较结果如图3所示，因此，本专利技术的控制方法能够消除稳态静差。之后，比较本专利技术的控制方法与常用的PI控制方法的动态响应。如图4和图5所示，图4为采用了本专利技术的控制方法的情形，当iLref从20A降到10A时，在4个控制周期Ts内iL到达了稳定值iLref；而图5为采用常用的PI控制方法的情形，需要13ms才能到达稳定值。因此，本专利技术的控制方法有很快的动态响应。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Boost变换器的自校正-无差拍电流控制方法，包括自校正控制步骤和无差拍控制步骤，其特征在于：所述无差拍控制步骤用以加快动态响应；自校正控制步骤采用最小二乘参数辨识算法辨识参数，用以消除稳态静差；通过控制Boost变换器的电感电流i

【技术特征摘要】
1.一种Boost变换器的自校正-无差拍电流控制方法，包括自校正控制步骤和无差拍控制步骤，其特征在于：所述无差拍控制步骤用以加快动态响应；自校正控制步骤采用最小二乘参数辨识算法辨识参数，用以消除稳态静差；通过控制Boost变换器的电感电流iL，使之等于电感电流指令值iLref,来加快动态响应，并消除稳态静差。


2.根据权利要求1所述的一种Boost变换器的自校正-无差拍电流控制方法，其特征在于，所述最小二乘参数辨识算法在主控制器DSP中执行，每个开关周期采样一次并控制计算一次，因而开关周期等于控制周期等于采样周期Ts，该算法包括如下步骤，每经过一个Ts，顺序执行一个步骤：
(1)初始化开始，先固定采用较大的电感电流指令值iLref,所使用的模型参数Lr和L取默认值Lrm和Lm；
(2)根据当前的输入电压Vin,...

【专利技术属性】
技术研发人员：石冰清，赵争鸣，魏树生，聂金铜，冯高辉，袁立强，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11