[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于變換器的雙重清零單周期系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110177104.X
• 申請(qǐng)日: 2021-02-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112953210B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王宇;張藝;郝雯娟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02M3/156
• 分類(lèi)號(hào): H02M3/156;H02M1/08
• 代理公司: 南京瑞弘專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

本發(fā)明提供了一種基于變換器的雙重清零單周期系統(tǒng)及控制方法，所述系統(tǒng)包括功率電路和控制電路，功率電路由輸入直流電源、輸入濾波電感、開(kāi)關(guān)管、二極管、輸出濾波電容和負(fù)載組成，控制電路由電流傳感器、放大器、積分電路、比較器、RS觸發(fā)器、或門(mén)比較器、以及復(fù)位開(kāi)關(guān)組成；首先設(shè)定電流參考值，通過(guò)電流傳感器采樣變換器開(kāi)關(guān)管電流，依次經(jīng)過(guò)放大、積分后與參考電流進(jìn)行比較，比較結(jié)果輸入RS觸發(fā)器R端，輸出結(jié)果Q端連接至開(kāi)關(guān)管的基極，Q端與RS觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)共同輸入或門(mén)比較器，或門(mén)比較器的輸出連接至復(fù)位開(kāi)關(guān)的基極；本發(fā)明提供的雙重清零單周期控制方法受到積分值比較信號(hào)和時(shí)鐘頻率的雙重控制，能恒定頻率的實(shí)現(xiàn)清零，縮短了收斂時(shí)間，能使得變換器系統(tǒng)獲取最優(yōu)動(dòng)態(tài)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及變換器控制技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種基于變換器的雙重清零單周期系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)

直流變換器是一種將直流電能變換成負(fù)載所需的電壓或電流可控的直流電能的電力電子裝置。它通過(guò)對(duì)電力電子器件的快速通、斷控制而把恒定直流電壓斬成一系列的脈沖電壓，通過(guò)控制占空比的變化來(lái)改變這一脈沖系列的脈沖寬度，以實(shí)現(xiàn)輸出電壓平均值的調(diào)節(jié)，再經(jīng)輸出濾波器濾波，在被控負(fù)載上得到電流或電壓可控的直流電能。

直流變換器的閉環(huán)控制一般采用PI控制器。PI控制可以實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的無(wú)靜差，但是控制目標(biāo)的動(dòng)態(tài)性能不能達(dá)到最優(yōu)。

1995年，美國(guó)學(xué)者提出了一種非線性控制策略——單周期控制(One CycleControl，OCC)。單周期控制通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)占空比進(jìn)行控制，使得每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)開(kāi)關(guān)變量平均值準(zhǔn)確等于或正比于控制參考值，因此單周期控制下變換器系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速、開(kāi)關(guān)頻率恒定、魯棒性強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)線性反饋控制比較而言，單周期控制的應(yīng)用省去了變換器系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器，避免了調(diào)節(jié)器誤差的矯正時(shí)間，因此具有更快的響應(yīng)速度。同時(shí)，單周期控制可在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入量脈動(dòng)的抑制，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。

然而，單周期控制的清零信號(hào)僅當(dāng)開(kāi)關(guān)變量積分值達(dá)到控制參考值才能產(chǎn)生，因此若積分值在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)無(wú)法達(dá)到控制參考值，積分值則無(wú)法正常實(shí)現(xiàn)清零，系統(tǒng)調(diào)節(jié)周期將被拉長(zhǎng)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)減慢。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)上述背景技術(shù)中存在系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種變換器的雙重清零單周期系統(tǒng)及控制方法，用于解決解現(xiàn)有單周期控制技術(shù)中負(fù)載突變時(shí)，積分值不能正常清零從而影響控制目標(biāo)動(dòng)態(tài)性能的問(wèn)題。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于變換器的雙重清零單周期系統(tǒng)，其特征在于，包括功率電路和控制電路；

所述功率電路包括直流電源、濾波電感、開(kāi)關(guān)管、二極管、濾波電容和負(fù)載；所述直流電源串聯(lián)濾波電感后分別連接開(kāi)關(guān)管集電極和二極管陽(yáng)極；所述開(kāi)關(guān)管發(fā)射極與直流電源另一端相連后接強(qiáng)電地；所述二極管陰極與濾波電容一段相連，濾波電容另一端連接開(kāi)關(guān)管發(fā)射極；所述負(fù)載并聯(lián)于濾波電容兩端；

所述控制電路包括電流傳感器、放大器、積分器、比較器、RS觸發(fā)器、或門(mén)比較器和復(fù)位開(kāi)關(guān)；所述電流傳感器設(shè)置于開(kāi)關(guān)管發(fā)射極和強(qiáng)電地之間，采樣得到的電流信號(hào)連接至放大器的負(fù)向輸入端；所述放大器正向輸入端接弱電地；放大器負(fù)向輸入端與輸出端之間連接有第一輸入電阻；所述放大器輸出端連接至積分器的負(fù)向輸入端，積分器正向輸入端接弱電地；所述積分器的負(fù)向輸入端與輸出端之間連接有電容C；所述電容C兩端并聯(lián)有復(fù)位開(kāi)關(guān)，所述復(fù)位開(kāi)關(guān)發(fā)射極連接至積分器負(fù)向輸入端，集電極通過(guò)第二輸入電阻與積分器輸出端相連；所述積分器輸出端連接至比較器正向輸入端，與負(fù)向輸入端輸入的電流參考值i_ref進(jìn)行比較后輸出至RS觸發(fā)器的R端；所述RS觸發(fā)器的S端輸入觸發(fā)信號(hào)；RS觸發(fā)器的輸出端Q與開(kāi)關(guān)管基極相連；輸出端連接至或門(mén)比較器的一端，與另一端同時(shí)輸入的觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行比較后，輸出清零信號(hào)；所述清零信號(hào)輸入至復(fù)位開(kāi)關(guān)。

一種采用上述基于變換器的雙重清零單周期系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：