基于无源性的非线性电源转换器控制方法、系统及设备技术方案

本发明专利技术属于电源转换器控制领域，公开了一种基于无源性的非线性电源转换器控制方法、系统及设备，包括步骤1：建立非线性电源转换器系统模型；步骤2：根据非线性电源转换器系统模型的无源性要求，得到5个约束条件；步骤3：选取满足步骤2中5个约束条件的期望的互联和阻尼矩阵，并通过期望的互联和阻尼矩阵求解第一个约束条件得到控制器，通过控制器控制非线性电源转换器。增加期望的互联和阻尼矩阵的自由度，极大的降低了偏微分方程的求解难度，使得设计出的控制器形式更为简单，易于实际生产中的实现，与现有控制器进行对比，控制信号能耗较小，小控制信号意味着较低的能耗，进而提高了系统的经济性并且具有较好的市场空间。

Control method, system and equipment of nonlinear power converter based on passivity

【技术实现步骤摘要】
基于无源性的非线性电源转换器控制方法、系统及设备
本专利技术属于电源转换器控制领域，尤其涉及一种基于无源性的非线性电源转换器控制方法、系统及设备。
技术介绍
在现代电力电子设备中，电源转换器为电力设备供应稳定高效的电力能源，属于电力电子设备的核心设备。随着现代通信及电力终端的发展要求，电源转换技术已经成为新能源、智能电网等领域的关键技术，稳定可控的电源转换技术更是受到人们的广泛关注，电源转换控制技术更是学术界和科技界的热点话题。电源转换器控制技术中通常采用互联与阻尼配置无源控制(interconnectionanddampingassignmentpassivity-basedcontrol，IDA-PBC)方法，IDA-PBC为一种有效的非线性控制方法。但是，IDA-PBC方法对于偏微分方程(partialdifferentialequation，PDE)的求解难度大，设计出的电源转换器的控制器形式复杂且不易实现；其次，IDA-PBC仅适用于基于哈密尔顿模型的系统，其应用范围相对较小。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术中IDA-PBC方法设计出的电源转换器的控制器形式复杂且不易实现，同时应用范围相对较小的缺点，提供一种基于无源性的非线性电源转换器控制方法、系统及设备。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：本专利技术第一方面，一种基于无源性的非线性电源转换器控制方法，包括以下步骤：步骤1：建立非线性电源转换器系统模型其中，f(x,u):Rn×Rm→Rn，其稳定平衡点为x*∈Rn，表示非线性电源转换器系统的控制器，u:Rn→Rm；步骤2：根据非线性电源转换器系统模型的无源性要求，得到5个约束条件：(i)：▽[Q(x,u)f(x,u)]＝(▽[Q(x,u)f(x,u)])T(ii)：det{Q(x,u)}≠0(iii)：Q(x,u)+Q(x,u)T≤0(iv)：f(x,u)*＝0(v)：(▽[Q(x,u)f(x,u)])*＞0其中：Q(x,u)表示期望的互联和阻尼矩阵，下标*表示x取值为稳定平衡点x*对应的函数值；步骤3：选取满足步骤2中5个约束条件的Q(x,u)，并通过求解约束条件(i)得到控制器u，通过控制器u控制非线性电源转换器。本专利技术基于无源性的非线性电源转换器控制方法进一步的改进在于：所述非线性电源转换器为DC-DC电源转换器。所述步骤3中选取的Q(x,u)能够使得约束条件(i)转化为常微分方程。还包括：步骤4：将Q(x,u)f(x,u)的积分作为非线性电源转换器系统模型的能量函数，通过能量函数验证控制器u的稳定性。本专利技术第二方面，一种基于无源性的非线性电源转换器控制系统，包括：模型建立模块，用于建立非线性电源转换器系统模型其中，f(x,u):Rn×Rm→Rn，其稳定平衡点为x*∈Rn，表示非线性电源转换器系统的控制器，u:Rn→Rm；约束条件生成模块，用于根据模型建立模块建立的非线性电源转换器系统模型的无源性要求，得到5个约束条件：(i)：▽[Q(x,u)f(x,u)]＝(▽[Q(x,u)f(x,u)])T(ii)：det{Q(x,u)}≠0(iii)：Q(x,u)+Q(x,u)T≤0(iv)：f(x,u)*＝0(v)：(▽[Q(x,u)f(x,u)])*＞0其中：Q(x,u)表示期望的互联和阻尼矩阵，下标*表示x取值为稳定平衡点x*对应的函数值；以及控制器求解模块，用于选取满足约束条件生成模块中得到的5个约束条件的Q(x,u)，并通过求解约束条件(i)得到控制器u，通过控制器u控制非线性电源转换器。本专利技术第三方面，一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于无源性的非线性电源转换器控制方法的步骤。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：通过根据非线性电源转换器系统模型的无源性要求，得到新的约束条件，首先仅生成控制器的偏微分方程，其次，期望的互联和阻尼矩阵明确依赖于控制器，使得可以自由选择期望的互联和阻尼矩阵，期望的互联和阻尼矩阵成为一个取决于对称性和秩条件的可自由设计参数，增加期望的互联和阻尼矩阵的自由度，极大的降低了偏微分方程的求解难度，进一步降低控制器求解难度；采用该方法设计出的控制器形式更为简单，易于实际生产中的实现；其次，与现有控制器进行对比试验，本专利技术控制器的控制信号能耗较小，小控制信号意味着较低的能耗，进而提高了系统的经济性并且具有较好的市场空间。附图说明图1是本专利技术的控制方法在DC-DC电源转换器中应用的示意图；图2是本专利技术实施例的小视角下估计吸引域(灰色区域)下系统轨迹示意图；图3是本专利技术实施例的大视角下估计吸引域(灰色区域)下系统轨迹示意图；图4是本专利技术的控制方法与现有IDA-PBC方法的控制信号示意图；图5是本专利技术的控制方法与现有IDA-PBC方法的输出电压示意图；图6是本专利技术提出的控制器在各种调谐增益下的控制信号示意图；图7是本专利技术提出的控制器在各种调谐增益下的输出电压示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：参见图1，本专利技术基于无源性的非线性电源转换器控制方法，包括以下步骤：步骤1：建立非线性电源转换器系统模型其中，f(x,u):Rn×Rm→Rn，其稳定平衡点为x*∈Rn，表示非线性电源转换器系统的控制器，u:Rn→Rm。步骤2：根据非线性电源转换器系统模型的无源性要求，得到5个约束条件：(i)：▽[Q(x,u)f(x,u)]＝(▽[Q(x,u)f(x,u)])T(ii)：det{Q(x,u)}≠0(iii)：Q(x,u)+Q(x,u本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无源性的非线性电源转换器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：建立非线性电源转换器系统模型

【技术特征摘要】
1.一种基于无源性的非线性电源转换器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：建立非线性电源转换器系统模型



其中，f(x,u):Rn×Rm→Rn，其稳定平衡点为x*∈Rn，表示非线性电源转换器系统的控制器，u:Rn→Rm；
步骤2：根据非线性电源转换器系统模型的无源性要求，得到5个约束条件：
(i)：
(ii)：det{Q(x,u)}≠0
(iii)：Q(x,u)+Q(x,u)T≤0
(iv)：f(x,u)*＝0
(v)：
其中：Q(x,u)表示期望的互联和阻尼矩阵，下标*表示x取值为稳定平衡点x*对应的函数值；
步骤3：选取满足步骤2中5个约束条件的Q(x,u)，并通过求解约束条件(i)得到控制器u，通过控制器u控制非线性电源转换器。


2.根据权利要求1所述的基于无源性的非线性电源转换器控制方法，其特征在于，所述非线性电源转换器为DC-DC电源转换器。


3.根据权利要求1所述的基于无源性的非线性电源转换器控制方法，其特征在于，所述步骤3中选取的Q(x,u)能够使得约束条件(i)转化为常微分方程。


4.根据权利要求1所述的基于无源性的非线性电源转换器控制方法，其特征在于，还包括：

【专利技术属性】
技术研发人员：张萌，沈超，管晓宏，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61