一种基于扩展描述函数建模的双向CLLLC状态观测控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于扩展描述函数建模的双向CLLLC状态观测控制方法，属于电力电子技术应用领域，在解决双向CLLLC变换器宽电压输出及不同负载工况下输出电压稳定性问题的基础上，通过建立双向CLLLC谐波等效电路，利用扩展描述函数建立大信号模型，用偏导和稳态解将模型近似线性化，创建双向CLLLC变换器状态观测方程，设计控制器，实现对双向CLLLC变换器精确控制，本发明专利技术的状态观测矩阵与电路拓扑、系统控制参数均有关，因此基于扩展描述函数建模的双向CLLLC变换器状态观测控制方法适用于多种应用场景下的DC/DC变换，在不同程度的负载工况下，达到输出电压稳定不变的效果。达到输出电压稳定不变的效果。达到输出电压稳定不变的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于扩展描述函数建模的双向CLLLC状态观测控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子技术应用领域，具体涉及一种基于扩展描述函数建模 的双向CLLLC状态观测控制方法。

技术介绍

[0002]随着现在科技的不断发展，为了解决光伏、风能等新能源系统发电不稳定 问题,需要使用储能系统通过双向DC/DC变换器维持电量稳定，同时,双向 DC/DC变换器在电动汽车、直流配电网、航天电源系统等场合有着广泛的应用， 双向DC/DC变换器拓扑种类繁多,其中谐振类DC/DC变换器具有较好的软开关 特性。
[0003]如何提升双向DC/DC变换器效率及功率密度，实现宽电压调节范围及正反 向能量传输的快速、平滑切换，实现不同负载工况下的输出电压稳定不变成为 近年来双向DC/DC变换器亟待解决的问题；为此，现在提出一种基于扩展描述 函数建模的双向CLLLC状态观测控制方法。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于扩展描述函数建模 的双向CLLLC状态观测控制方法，解决了现有技术中在不同负载工况下输出 电压出现变化的技术问题。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于扩展描述函数建模的 双向CLLLC状态观测控制方法，包括以下步骤：
[0006]通过双向CLLLC变换器扩展描述函数建模生成的大信号模型，然后根据 生成的大信号模型进行状态观测控制。
[0007]优选地，所述双向CLLLC变换器扩展描述函数建模生成的大信号模型由 双向CLLLC变换器等效电路、谐波近似、扩展描述函数方程组成。
[0008]优选地，所述双向CLLLC变换器等效电路为用一个幅值为V
ab
的方波电 压源代替全桥逆变电路，整流电路等效为一个受控电压源和受控电流源组合， 输出滤波电容等效串联电阻为r
o
，变压器变比为n：1，列写等效电路的非 线性状态方程为：
[0009][0010][0011][0012][0013][0014][0015]其中，sgn为符号函数，sgn值的正、负代表流过变压器原边电流的方向， L1为原边谐振电感，L2为副边谐振电感，L
m
为励磁电感，r1为电感L1等效电阻， r2为电感L2等效电阻，C1为原边电容，C2为副边电容，C
o
为输出滤波电容，i1和i2分别为流经L1和L2的电感电流，i
m
为流经L
m
的电感电流，和分别 为电容C1和C2两侧电压，V
Co
为输出滤波电容两侧电压，V
o
为输出电压，R
L
为输出等效负载。
[0016]优选地，所述谐波近似包含两部分：
[0017]将非线性元件两端电压和流过非线性元件的电流用基波近似方程表示：
[0018]i1(t)＝i
1s
(t)sin(ωt)+i
1c
(t)cos(ωt)
[0019]i
m
(t)＝i
ms
(t)sin(ωt)+i
mc
(t)cos(ωt)
[0020]i2(t)＝i
2s
(t)sin(ωt)+i
2c
(t)cos(ωt)
[0021][0022][0023]其中，ω为基波频率，i
1s
，i
1c
，i
ms
，i
mc
，i
2s
，i
2c
，分 别为i1，i
m
，i2，的正弦分量振幅和余弦分量振幅；
[0024]对基波近似方程求导：
[0025][0026][0027][0028][0029][0030]优选地，所述扩展函数描述方程包含三部分：
[0031]将非线性项V
ab
、sgn(i1‑
i
m
)、n|i1‑
i
m
|写成基波形式：
[0032]V
ab
＝f1(d,v
in
)sin(ωt)
[0033]sgn(i1‑
i
m
)＝f2(i
1s
‑
i
ms
,i
1c
‑
i
mc
)sin(ωt)+f3(i
1s
‑
i
ms
,i
1c
‑
i
mc
)cos(ωt)
[0034]n|i1‑
i
m
|＝nf4(i
1s
‑
i
ms
,i
1c
‑
i
mc
)
[0035][0036][0037][0038][0039]其中，V
g
为V
ab
幅值，vin为输入的正弦电压，V
es
为全桥逆变电路输出电压的正弦分量；
[0040]将非线性项基波形式带入谐波近似方程导数形式：
[0041][0042][0043][0044][0045][0046][0047][0048][0049][0050][0051]将微分项分离得双向CLLLC变换器大信号模型：
[0052][0053][0054][0055][0056][0057][0058][0059][0060][0061]其中，K4＝n2L2+L
m
， K5＝L
m
r1+n2L2r1+n2L
m
r2，K6＝n2L2，K7＝n2L2r1‑
n2L1r2。
[0062]优选地，其特征在于，所述状态观测控制由状态观测器和控制器组成。
[0063]优选地，其特征在于，所述状态观测器的设计包括以下步骤：
[0064]选定状态观测器状态向量和频率输入，将大信号模型方程改写：
[0065][0066]其中，u＝ω，d＝V
es
， G为比例系数；
[0067]计算动态矩阵A，控制矩阵B和测量矩阵C，确定双向CLLLC变换器状 态方程：
[0068][0069][0070][0071]其中，y＝V
O
，，为计算后的状态稳定解； 设计双向CLLLC变换器完全Luenberger观测器：
[0072][0073]其中，是对实际状态变量的估计变量，为模拟器，为修 整器，观测器增益矩阵L为修正权重。
[0074]优选地，所述状态控制器设计为：
[0075][0076]其中，K为状态反馈增益矩阵，v参考输入，u为控制器输出；
[0077]优选地，一种设备，包括：
[0078]一个或多个处理器；
[0079]存本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于扩展描述函数建模的双向CLLLC状态观测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：通过双向CLLLC变换器扩展描述函数建模生成的大信号模型，然后根据生成的大信号模型进行状态观测控制。2.根据权利要求1所述的一种基于扩展描述函数建模的双向CLLLC状态观测控制方法，其特征在于，所述双向CLLLC变换器扩展描述函数建模生成的大信号模型由双向CLLLC变换器等效电路、谐波近似、扩展描述函数方程组成。3.根据权利要求2所述的一种基于扩展描述函数建模的双向CLLLC状态观测控制方法，其特征在于，所述双向CLLLC变换器等效电路为用一个幅值为V
ab
的方波电压源代替全桥逆变电路，整流电路等效为一个受控电压源和受控电流源组合，输出滤波电容等效串联电阻为r
o
，变压器变比为n：1，列写等效电路的非线性状态方程为：变比为n：1，列写等效电路的非线性状态方程为：变比为n：1，列写等效电路的非线性状态方程为：变比为n：1，列写等效电路的非线性状态方程为：变比为n：1，列写等效电路的非线性状态方程为：变比为n：1，列写等效电路的非线性状态方程为：其中，sgn为符号函数，sgn值的正、负代表流过变压器原边电流的方向，L1为原边谐振电感，L2为副边谐振电感，L
m
为励磁电感，r1为电感L1等效电阻，r2为电感L2等效电阻，C1为原边电容，C2为副边电容，C
o
为输出滤波电容，i1和i2分别为流经L1和L2的电感电流，i
m
为流经L
m
的电感电流，和分别为电容C1和C2两侧电压，V
Co
为输出滤波电容两侧电压，V
o
为输出电压，R
L
为输出等效负载。4.根据权利要求2所述的一种基于扩展描述函数建模的双向CLLLC状态观测控制方法，其特征在于，所述谐波近似包含两部分：将非线性元件两端电压和流过非线性元件的电流用基波近似方程表示：i1(t)＝i
1s
(t)sin(ωt)+i
1c
(t)cos(ωt)i
m
(t)＝i
ms
(t)sin(ωt)+i
mc
(t)cos(ωt)i2(t)＝i
2s
(t)sin(ωt)+i
2c
(t)cos(ωt)(t)cos(ωt)
其中，ω为基波频率，i
1s
，i
1c
，i
ms
，i
mc
，i
2s
，i
2c
，分别为i1，i
m
，i2，的正弦分量振幅和余弦分量振幅；对基波近似方程求导：对基波近似方程求导：对基波近似方程求导：对基波近似方程求导：对基波近似方程求导：5.根据权利要求2所述的一种基于扩展描述函数建模的双向CLLLC状态观测控制方法，其特征在于，所述扩展描述函数方程包含三部分：将非线性项V
ab
、sgn(i1‑
i
m
)、n|i1‑
i<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建华，黎贵雨，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：