一种双向DC-DC变换器双闭环控制参数优化方法技术

本发明专利技术提供了一种双向DC

【技术实现步骤摘要】
一种双向DC
‑
DC变换器双闭环控制参数优化方法


[0001]本专利技术涉及双向DC/DC变换器
，尤其涉及一种双向DC
‑
DC变换器双闭环控制参数优化方法。

技术介绍

[0002]双向DC/DC变换器在微电网、城市轨道交通、混合动力汽车和特种车辆等利用储能供电的领域已经有了较为成熟广泛的应用，经典控制策略主要有单电压环控制、电压外环电流内环双闭环控制等。其中单电压环控制需要精确配置调节器参数，同时不能对变换器输出电流进行限幅与直接控制。但电压外环、电流内环双闭环控制系统的控制性能极大地依赖于参数的选取，不合理的参数选取除了无法保证系统的稳定性与鲁棒性外，还会导致电压超调量过大。但双闭环控制体系下系统内外环性能存在相互影响，参数选择维度较多，匹配较为困难。
[0003]以行驶工况和环境复杂多变的车辆为例，车辆在面临急加速和工况切换等条件下负载功率变化剧烈，容易导致直流母线电压波动失稳，控制参数的选取决定了系统能否在工况突变时保持稳定，因此必须对控制参数进行优化，改善系统的暂态控制性能。
[0004]目前，现有技术中的一种双向DC/DC变换器双闭环控制参数匹配方法包括：多采用试凑法或经验公式法进行调试。该方法的缺点为：该方法对于仍基于有限的试验条件且不具备明确的选择指标，在系统负载发生突变时往往难以适应，鲁棒性不强。通过分析根轨迹指出了零极点对系统稳定性的影响，但对于控制器中参数的确定仍采用传统整定法，系统稳定裕度很小。
[0005]目前，现有技术中的另一种双向DC/DC变换器双闭环控制参数匹配方法包括：基于离散域模型提出了工程化的双闭环PI控制器参数设计方法。该方法的缺点为：在工程方面得到了广泛的应用，但参数精度不高，仍需要通过微调以达到良好的控制性能。控制器的参数选取问题，大多都是从经典控制理论角度来分析系统稳定性，但经典控制理论分析往往忽略了系统的非线性扰动项，无法保证系统在负载突变时的暂态稳定性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的实施例提供了一种双向DC
‑
DC变换器双闭环控制参数优化方法，以实现有效地找到双向DC/DC变换器双闭环系统的最佳控制参数。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。
[0008]一种双向DC
‑
DC变换器双闭环控制参数优化方法，包括：
[0009]根据双向DC/DC变换器双闭环系统的电路拓扑，建立变换器状态空间数学模型，初始化所述双向DC/DC变换器双闭环系统的控制参数：
[0010]基于所述变换器状态空间数学模型结合李雅普诺夫第一判据判断所述双向DC/DC变换器双闭环系统的小信号是否稳定；
[0011]当判断所述小信号稳定后，则根据所述变换器状态空间数学模型计算双向DC/DC
变换器双闭环系统的多目标函数值，根据所述多目标函数值判断双向DC/DC变换器双闭环系统是否为最优，如果是，则输出双向DC/DC变换器双闭环系统的最优控制参数；否则，更新控制参数重新计算，直至找到最优控制参数。
[0012]优选地，所述的根据双向DC/DC变换器双闭环系统的电路拓扑，建立变换器状态空间数学模型，包括：
[0013]根据双向DC/DC变换器双闭环系统的电路拓扑建立式(1)所示的变换器状态空间数学模型：
[0014][0015]式中，i
L
(t)为电感电流，v
dc
(t)为电容电压，d为占空比开关管S2的占空比；V
c
为低压侧电压；L为低压侧电感值；C为直流母线支撑电容值；P
load
为负载功率；
[0016]建立双向DC/DC变换器双闭环系统的控制回路的状态方程：
[0017]外环：
[0018][0019]式中，K
i1
表示电压外环积分参数，i
*
表示电流指令值，K
p1
表示电压外环比例参数。
[0020]内环：
[0021][0022]式中，分别表示直流母线电压vdc与iL的指令值，由此可推出占空比将占空比d带入式(2)，令x1＝i
L
，x2＝v
dc
，式中，K
i2
表示电流内环积分参数，K
p2
表示电流内环比例参数。
[0023]得到双闭环控制下的双向DC/DC状态空间方程为：
[0024][0025]其中，
[0026]优选地，所述的基于所述变换器状态空间数学模型结合李雅普诺夫第一判据判断所述双向DC/DC变换器双闭环系统的小信号是否稳定，包括：
[0027]将所述双向DC/DC变换器双闭环系统的各状态量的平衡点平移至原点，令其中，X＝[x1,x2,x3,x4]T
，，双闭环控制下的DC/DC状态方程包含非线性项在DC/DC状态方程的平衡点处进行泰勒展开：
[0028][0029]忽略3次以上的高阶项，得到双闭环控制下DC/DC平衡点为原点的大信号状态空间方程：
[0030][0031]其中，表示二次项，表达式为：
[0032][0033]计算式(6)的矩阵的特征值，并判断特征值是否均在复平面左半平面，如果是，则判断所述双向DC/DC变换器双闭环系统的小信号稳定；否则，判断所述双向DC/DC变换器双闭环系统的小信号不稳定。
[0034]优选地，所述的根据所述变换器状态空间数学模型计算双向DC/DC变换器双闭环系统的多目标函数值，包括：
[0035]在MATLAB中对所述变换器状态空间数学模型进行时域仿真，计算双向DC/DC变换器双闭环系统的超调量Os
*
与上升时间Rt
*
；
[0036]将超调量Os
*
与上升时间Rt
*
代入式(7)所示的所述双向DC/DC变换器双闭环系统的多目标函数，计算出多目标函数值aim：
[0037]aim＝αOs
*
+βRt
*
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0038]式中，aim表示多目标函数值，α，β表示各目标所占的权重，Os
*
表示标幺处理后的系统超调量，Rt
*
的系统上升时间。
[0039]优选地，所述的根据所述多目标函数值判断双向DC/DC变换器双闭环系统是否为最优，如果是，则输出双向DC/DC变换器双闭环系统的最优控制参数；否则，更新控制参数重新计算，直至找到最优控制参数，包括：
[0040]判断所述多目标函数值aim是否大于设定的阈值，如果是，则判断当前的双向DC/DC变换器双闭环系统达到最优，输出当前双向DC/DC变换器双闭环系统的最优控制参数；否则，判断当前的双向DC/DC变换器双闭环系统没有达到最优，更新双向DC/DC变换器双闭环系统的控制参数重新计算，直本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向DC
‑
DC变换器双闭环控制参数优化方法，其特征在于，包括：根据双向DC/DC变换器双闭环系统的电路拓扑，建立变换器状态空间数学模型，初始化所述双向DC/DC变换器双闭环系统的控制参数：基于所述变换器状态空间数学模型结合李雅普诺夫第一判据判断所述双向DC/DC变换器双闭环系统的小信号是否稳定；当判断所述小信号稳定后，则根据所述变换器状态空间数学模型计算双向DC/DC变换器双闭环系统的多目标函数值，根据所述多目标函数值判断双向DC/DC变换器双闭环系统是否为最优，如果是，则输出双向DC/DC变换器双闭环系统的最优控制参数；否则，更新控制参数重新计算，直至找到最优控制参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根据双向DC/DC变换器双闭环系统的电路拓扑，建立变换器状态空间数学模型，包括：根据双向DC/DC变换器双闭环系统的电路拓扑建立式(1)所示的变换器状态空间数学模型：式中，i
L
(t)为电感电流，v
dc
(t)为电容电压，d为占空比开关管S2的占空比；V
c
为低压侧电压；L为低压侧电感值；C为直流母线支撑电容值；P
load
为负载功率；建立双向DC/DC变换器双闭环系统的控制回路的状态方程：外环：式中，K
i1
表示电压外环积分参数，i
*
表示电流指令值，K
p1
表示电压外环比例参数；内环：式中，分别表示直流母线电压vdc与iL的指令值，由此可推出占空比将占空比d带入式(2)，令x1＝i
L
，x2＝v
dc
，式中，K
i2
表示电流内环积分参数，K
p2
表示电流内环比例参数；得到双闭环控制下的双向DC/DC状态空间方程为：
其中，其中，3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的基于所述变换器状态空间数学模型结合李雅普诺夫第一判据判断所述双向DC/DC变换器双闭环系统的小信号是否稳定...

【专利技术属性】
技术研发人员：刁利军，裴皓颖，金哲铭，张逸飞，徐春梅，李耀恒，张嘉，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：