[發明專利]一種具有避免系統震蕩的DC-DC電源控制方法

有效

• 申請號: 202011315277.5
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112421965B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 楊沛豪;柴琦;王小輝;寇水潮;高峰;黃鵬;王羚宇;賀婷;孫夢瑤;張立松;趙俊博
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/38
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

1.一種具有避免系統震蕩的DC-DC電源控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)建立包括：比例環節、微分環節、積分環節的高頻DC-DC電源PID控制系統；PID控制策略包括PID控制器和被控對象兩部分，被控對象的實際輸出與參考指令的偏差作為PID控制的輸入，PID控制根據控制算法得到相應的控制率u(t)為：其中：K_P為比例系數；T_I為積分時間常數；T_D為微分時間常數；將控制率u(t)寫成差分方程形式：其中：T為采樣周期、k為采樣序號、e(k-1)和e(k)分別為第(k-1)次和k次采樣所得的偏差信號，則第(k-1)次，輸出表示為：得出增量式PID算法方程為：Δu(k)＝K_PΔe(k)+K_Ie(k)+K_D[Δe(k)-Δe(k-1)]；其中：K_I＝K_PT/T_I、K_D＝K_PT_D/T、Δe(k)＝e(k)-e(k-1)；

2)當被控系統的實際輸出與參考指令的偏差大時，取消步驟1)高頻DC-DC電源PID控制系統的PID算法的積分作用，設定高頻DC-DC電源控制采用PID控制和PD控制的條件，得到高頻DC-DC電源積分分離PID控制系統；積分分離的PID控制算法為：u(k)＝Ae(k)+g(k-1)；其中：g(k-1)＝u(k-1)-Be(k-1)+Ce(k-2)、當被控系統的實際輸出與參考指令的偏差大時，取消步驟1)高頻DC-DC電源PID控制系統的PID算法的積分作用，采用積分分離的PID控制算法有效保證系統控制精度，其算法寫成：u(k)＝A'e(k)-f(k-1)；其中：f(k-1)＝B'e(k-1)、B'＝e(k-1)；設定高頻DC-DC電源控制采用PID控制和PD控制的條件，當滿足：de(t)/dt＞0且e(t)＞0，de(t)/dt＜0且e(t)＜0，采用PID控制算法，當滿足：de(t)/dt＜0且e(t)＞0，de(t)/dt＞0且e(t)＜0，系統采用PD控制，得到高頻DC-DC電源積分分離PID控制系統；

3)為了增加被控對象的壽命，要求PID控制器在設定范圍內的輸出保持不變，在步驟2)高頻DC-DC電源積分分離PID控制系統中引入死區；|e₀|為死區參數，當|e(k)|≤|e₀|時，控制器的調節輸出為保持上次輸出不變；ε為積分分離參數，且ε≥|e₀|；當實際輸出與參考指令值的偏差小于e₀時，使得控制器保持上一個周期的輸出量，即當|e(k)|≤|e₀|，u(k)＝u(k-1)；

4)將步驟3)得到的帶有死區的積分分離PID控制算法應用于高頻DC-DC電源控制系統中，既要求設定值和檢測值的偏差小于某一數值時保持控制系統不動作以延長其使用壽命，還要求當偏差大于某一數值使積分不起作用，以防止控制器算得的控制量超過控制系統可能最大動作范圍的極限控制，而引起系統較大的超調甚至震蕩。

2.根據權利要求1所述的一種具有避免系統震蕩的DC-DC電源控制方法，其特征在于，比例環節是成比例地反映被控對象實際輸出和參考指令的偏差，只要偏差產生，比例控制器瞬間對其作出反應，使被控對象向參考指令位置運動；增大比例系數，被控對象向參考指令位置運動的速度變快；反之，減小比例系數，運動速度變慢，增加系統的調節時間。

3.根據權利要求2所述的一種具有避免系統震蕩的DC-DC電源控制方法，其特征在于，微分環節影響被控對象的位移偏差的變化趨勢，當被控對象向某個方向運動時，提前預測被控對象的變化方向，減小超調量；微分系數K_D＝K_PT_D影響被控對象控制系統的阻尼比，阻尼比過小，起浮階段受干擾時振蕩加劇，系統相對穩定性變差；增加阻尼意味著增加微分系數，阻尼過大，將導致系統調節時間過長，且微分作用會放大反饋信號中的干擾，選取的微分系數，使得阻尼比為在0.5-1之間。

4.根據權利要求3所述的一種具有避免系統震蕩的DC-DC電源控制方法，其特征在于，積分環節將被控對象的位移偏差的累積作為輸出，用于消除系統靜差，提高系統無差度；積分系數K_I＝K_P/T_I越大，系統靜差越小，但同時系統動態響應變慢，在位移偏差較大時易引起積分飽和。