[發明專利]運用固定時間控制理論和粒子群算法的DC-DC變換器控制方法

在審

• 申請號: 202210031769.4
• 申請日: 2022-01-12
• 公開（公告）號: CN114362522A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 陶發展;田小瀧;付主木;冀保峰;李夢楊;張平;張中才;范鵬宇
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156;H02M1/14;G06F30/20;G06N3/00;B60L50/70
• 代理公司: 洛陽九創知識產權代理事務所(普通合伙) 41156
• 代理人: 劉潁閣

運用固定時間控制理論和粒子群算法的DC?DC變換器控制方法，包括以下步驟：S1，基于DC?DC變換器的電路拓撲結構建立狀態空間模型，并且對模型的平均狀態空間方程進行坐標轉換；S2，針對狀態空間模型建立基于李雅普諾夫函數和固定時間控制理論的固定時間控制器；S3，通過粒子群算法進行優化對固定時間控制器得到最優的固定時間控制器參數。本發明能使輸出電壓迅速穩定跟蹤需求電壓，同時也減小了電流紋波，提高電源質量，進而提高能源利用率和整車電池的使用壽命。

技術領域

本發明涉及復合電源電動汽車領域，具體的說是運用固定時間控制理論和粒子群算法的DC-DC變換器控制方法。

背景技術

帶有燃料電池的新能源汽車，相比汽車具有零排放、無污染、低噪音等優勢，同時又避免純電動車頻繁充電，定期更換電池的缺點，因此，新能源汽車更加環保。但是由于燃料電池的輸出電壓具有軟特性，即電流增加的時候電壓下降過快，不能保證母線電壓的穩定，現有的如中國專利CN113525106A，公開了一種DC/DC變換器及其控制方法，該方法采用變換器設置在燃料電池和動力電池之間，用于根據目標驅動信號進行電壓匹配和轉換處理；同時設置信號采集電路用于采集目標實測信號，使其在不同的行駛模式下進行電壓匹配和轉換。輸出電壓需要經過DC-DC變換器后，才能給母線電壓，又由于車輛負載波動劇烈，因此變換器需要具有快速跟蹤車輛的需求功率的能力。

現有的針對DC-DC變換器控制方法多采用增加采集設備來采集更多的信號來控制DC-DC的輸出。如增加實時采集信號，從而滿足不同行駛模式下電壓匹配，控制方法也多采用簡單的PID控制。而由于DC-DC結構的非線性特點，這種方法很難滿足需求燃料電池新能源汽車功率的實時性和穩定性。

發明內容

為了解決輸出電壓迅速穩定跟蹤需求電壓的問題，本發明提供運用固定時間控制理論和粒子群算法的DC-DC變換器控制方法，能使輸出電壓迅速穩定跟蹤需求電壓，同時也減小了電流紋波，提高電源質量，進而提高能源利用率和整車電池的使用壽命。

為了實現上述目的，本發明采用的具體方案為：運用固定時間控制理論和粒子群算法的DC-DC變換器控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，基于DC-DC變換器的電路拓撲結構建立狀態空間模型，并且對模型的平均狀態空間方程進行坐標轉換；

S2，針對狀態空間模型建立基于李雅普諾夫函數和固定時間控制理論的固定時間控制器；

S3，通過粒子群算法進行優化對固定時間控制器得到最優的固定時間控制器參數。

作為上述運用固定時間控制理論和粒子群算法的DC-DC變換器控制方法的進一步優化：所述S1包括：

S1-1，根據DC-DC變換器的電路拓撲結構建立狀態空間模型；

S1-2，基于狀態空間模型生成狀態空間表達式；

S1-2，引入中間控制率對狀態空間表達式進行坐標變換。

作為上述運用固定時間控制理論和粒子群算法的DC-DC變換器控制方法的進一步優化：所述S1-1包括：

根據開關的導通截止，得到在連續導通模式下的變換器平均模型：

其中，C為電容值，L為電感值，R為電阻值，i_C為電容電流，V_in為輸入電壓，V₀為輸出電壓，u為固定時間控制器；

所述S1-2，假設V_ref為參考輸出電壓，輸出電壓誤差為x₁＝V₀-V_ref，輸出電容電流為x₂＝i_C，對狀態空間模型進行轉換得到狀態空間表達式：