基于DC-DC变换器的PI控制方法及控制器技术

本公开的实施例提供了一种基于DC‑DC变换器的PI控制方法及控制器，该方法包括：对DC‑DC变换器进行建模，得到所述变换器的信号模型；基于所述信号模型得到所述变换器的第一传递函数模型，控制所述变换器输出电压和电流；在所述第一传递函数模型中添加第一时间收敛系数，得到第二传递函数模型；将所述第一传递函数模型与所述第二传递函数模型相结合得到第三传递函数模型，通过所述第三传递函数模型控制所述变换器输出电压和电流。本发明专利技术公开的PI控制的有限时间收敛控制方法能够实现对双有源全桥DC‑DC变换器的鲁棒性能的提高，提高系统抗干扰性能，减小响应超调量，加快收敛速度，减小稳态误差，并且简单易实现。

【技术实现步骤摘要】
基于DC-DC变换器的PI控制方法及控制器
本专利技术属于新能源分布式发电、电力电子
，具体涉及一种基于DC-DC变换器的PI控制方法及控制器。
技术介绍
近年来，为了缓解能源危机和环境污染，可再生能源的开发和利用发展迅猛。尽管可再生能源具有许多的优点并成为发电是未来电力系统的重要发展趋势之一，但是大多数可再生能源受环境和天气的影响较大，存在随机性和间歇性的特点，例如，风能有季节性强弱变化，太阳能有日夜间断的规律，因此一般需要将多种可再生能源发电设备与储能控制器结合使用，给用户提供稳定连续的电能，普遍应用的基于直流母线的可再生能源联合发电系统，由发电单元、储能单元和负载单元组成，其中储能单元与直流母线之间需要通过一个双向DC-DC变换器来控制能量的双向交换，因此对双向DC-DC变换器控制的研究是必不可少的。目前，对变换器的控制方法的研究有很多，提出的控制方法设计方法都较为复杂，实现步骤相对较为繁复。文献“Boost变换器精确反馈线性化滑模变结构控制[J].乐江源,谢运祥,洪庆祖,张志,陈林.中国电机工程学报,2011,31(30):16-23.”提出一种利用非线性系统的微分几何理论,在Boost变换器仿射非线性模型基础上,推导出对应的非线性坐标变换矩阵和状态反馈表达式，得到线性化模型从而设计滑模变结构控制器。该方法具有良好的动态响应调节和稳态误差调节特性，同时克服了现有精确反馈线性化控制策略固有的对精确数学模型依赖性的缺点，表现出更强的鲁棒性。在现有技术中，基于设计较为简单的控制器且可改善变换器动态响应和稳态误差效果的非线性控制方法还未被提出。本专利技术提供的基于DC-DC变换器的PI控制的有限时间控制方法，可改善变换器动态响应调节和稳态误差调节特性，改善系统鲁棒特性，方法较为简单易实现。本专利技术公开的PI控制的有限时间收敛控制方法能够实现对双有源全桥DC-DC变换器的鲁棒性能的提高，提高系统抗干扰性能，减小响应超调量，加快收敛速度，减小稳态误差，并且简单易实现。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于DC-DC变换器的PI控制方法及控制器，以改善变换器的控制效果。第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于DC-DC变换器的PI控制方法，包括：对DC-DC变换器进行建模，得到所述变换器的信号模型；基于所述信号模型得到所述变换器的第一传递函数模型，控制所述变换器输出电压和电流；在所述第一传递函数模型中添加第一时间收敛系数，得到第二传递函数模型；将所述第一传递函数模型与所述第二传递函数模型相结合得到第三传递函数模型，通过所述第三传递函数模型控制所述变换器输出电压和电流。可选的，所述对DC-DC变换器进行建模，得到所述变换器的信号模型，包括：在平均开关周期中加入信号扰动因子，得到所述变换器的信号模型。可选的，所述在平均开关周期中加入信号扰动因子，得到所述变换器的信号模型，包括：利用平均开关模型，得到平均开关周期的表达式如下：其中，fs为开关频率，L为电感值，R为负载电阻值，C2为负载侧并联直流稳压电容值，V1,V2为原副边直流侧电压值，V1T,V2T为V1,V2的开关周期平均值，d为原副边桥臂移相角占空比引入的小信号扰动值；引入信号扰动因子和忽略高次项，得到信号模型如下：可选的，基于所述信号模型得到所述变换器的第一传递函数模型，控制所述变换器输出电压和电流，包括：对所述信号模型进行拉普拉斯变换，得到所述变换器的第一传递函数模型Gp(s)：可选的，所述在所述第一传递函数模型中添加第一时间收敛系数，得到第二传递函数模型，包括：所述第一传递函数模型的比例积分控制器G(s)时域的表达式如下：u(t)＝Vref-vo(t)式中，vo为输出电压，Vref为参考电压值，u(t)为直流侧电压误差；在所述第一传递函数模型的比例积分控制器G(s)添加一个自定义有限时间收敛模块，得到第二传递函数模型的比例积分控制器G(s)时域的表达式为：式中，n定义为收敛系数。可选的，所述将所述第一传递函数模型与所述第二传递函数模型相结合得到第三传递函数模型，通过所述第三传递函数模型控制所述变换器输出电压和电流，包括：所述第三传递函数为：f(u)＝m*u(t)+u(t)1/n其中，m为PI控制器附加系数，其完整的电压控制表达式如下：第二方面，本专利技术实施例还提供了一种基于DC-DC变换器的PI控制器，包括：建模模块，用于对DC-DC变换器进行建模，得到所述变换器的信号模型；第一传递函数模型建立模块，用于基于所述信号模型得到所述变换器的第一传递函数模型，控制所述变换器输出电压和电流；第二传递函数模型建立模块，用于在所述第一传递函数模型中添加第一时间收敛系数，得到第二传递函数模型；第三传递函数模型建立模块，用于将所述第一传递函数模型与所述第二传递函数模型相结合得到第三传递函数模型，通过所述第三传递函数模型控制所述变换器输出电压和电流。可选的，所述第一传递函数模型建立模块，用于对所述信号模型进行拉普拉斯变换，得到所述变换器的第一传递函数模型Gp(s)：可选的，所述第二传递函数模型建立模块，用于：所述第一传递函数模型的比例积分控制器G(s)时域的表达式如下：u(t)＝Vref-vo(t)式中，vo为输出电压，Vref为参考电压值，u(t)为直流侧电压误差；在所述第一传递函数模型的比例积分控制器G(s)添加一个自定义有限时间收敛模块，得到第二传递函数模型的比例积分控制器G(s)时域的表达式为：式中，n定义为收敛系数。可选的，所述第三传递函数模型建立模块，用于：所述第三传递函数为：f(u)＝m*u(t)+u(t)1/n其中，m为PI控制器附加系数，其完整的电压控制表达式如下：本专利技术所提供的一种基于DC-DC变换器的PI控制方法及控制器，通过在所述第一传递函数模型中添加第一时间收敛系数，得到第二传递函数模型；将所述第一传递函数模型与所述第二传递函数模型相结合得到第三传递函数模型，通过所述第三传递函数模型控制所述变换器输出电压和电流，实现有限时间收敛的PI控制方法，提高系统动态响应性能和稳态性能，减小响应超调量，加快收敛速度，减小稳态误差。本实施例应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一实施例提供的基于DC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于DC-DC变换器的PI控制方法，其特征在于，包括：/n对DC-DC变换器进行建模，得到所述变换器的信号模型；/n基于所述信号模型得到所述变换器的第一传递函数模型，控制所述变换器输出电压和电流；/n在所述第一传递函数模型中添加第一时间收敛系数，得到第二传递函数模型；/n将所述第一传递函数模型与所述第二传递函数模型相结合得到第三传递函数模型，通过所述第三传递函数模型控制所述变换器输出电压和电流。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于DC-DC变换器的PI控制方法，其特征在于，包括：
对DC-DC变换器进行建模，得到所述变换器的信号模型；
基于所述信号模型得到所述变换器的第一传递函数模型，控制所述变换器输出电压和电流；
在所述第一传递函数模型中添加第一时间收敛系数，得到第二传递函数模型；
将所述第一传递函数模型与所述第二传递函数模型相结合得到第三传递函数模型，通过所述第三传递函数模型控制所述变换器输出电压和电流。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对DC-DC变换器进行建模，得到所述变换器的信号模型，包括：
在平均开关周期中加入信号扰动因子，得到所述变换器的信号模型。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在平均开关周期中加入信号扰动因子，得到所述变换器的信号模型，包括：
利用平均开关模型，得到平均开关周期的表达式如下：



其中，fs为开关频率，L为电感值，R为负载电阻值，C2为负载侧并联直流稳压电容值，V1,V2为原副边直流侧电压值，V1T,V2T为V1,V2的开关周期平均值，d为原副边桥臂移相角占空比引入的小信号扰动值；
引入信号扰动因子和忽略高次项，得到信号模型如下：





4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述信号模型得到所述变换器的第一传递函数模型，控制所述变换器输出电压和电流，包括：
对所述信号模型进行拉普拉斯变换，得到所述变换器的第一传递函数模型Gp(s)：





5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述第一传递函数模型中添加第一时间收敛系数，得到第二传递函数模型，包括：
所述第一传递函数模型的比例积分控制器G(s)时域的表达式如下：



u(t)＝Vref-vo(t)
式中，vo为输出电压，Vref为参考电压值，u(t)为直流侧电压误差；
在所述第一传递函数模型的比例积分控制器G(s)添加一个自定义有限时间收敛模块，得到第二传递函数模型的比例积分控制器G(s)时域的表达式为：


<...

【专利技术属性】
技术研发人员：石如心，吴立东，张舒翔，王丽杰，李致尧，
申请(专利权)人：大唐可再生能源试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11