【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于四開關(guān)buck-boost控制，尤其涉及一種用于四開關(guān)buck-boost多模式廣義預(yù)測控制方法。
技術(shù)介紹
1、光伏、燃料電池、儲(chǔ)能電池等新型能源因其清潔、高效的特點(diǎn)，正逐步替代傳統(tǒng)的化石能源。然而，這些新型能源的輸出電壓往往受到多種因素的影響，如太陽光照強(qiáng)度、單電池的一致性、荷電狀態(tài)等，導(dǎo)致輸出電壓在寬范圍內(nèi)波動(dòng)。因此，接口dc-dc變換器需要具備寬范圍升降壓的能力，以適應(yīng)這種變化。
2、傳統(tǒng)的升降壓變換器通常固定工作在單一模式下，當(dāng)面臨寬范圍運(yùn)行時(shí)，其效率會(huì)顯著降低。為了克服這一缺陷，具有多模式運(yùn)行特性的四開關(guān)buck-boost(fsbb)變換器應(yīng)運(yùn)而生。fsbb變換器通過不同模態(tài)間的組合，可以實(shí)現(xiàn)寬范圍運(yùn)行，并且具有無源器件少、開關(guān)應(yīng)力小、輸入輸出電壓同極性等優(yōu)點(diǎn)。這些特性使得fsbb變換器在光伏發(fā)電、電池均衡、燃料電池供電等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
3、為了提高fsbb變換器在寬范圍輸入下的性能，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究。根據(jù)輸入電壓與輸出電壓的比較，變換器可以被分為單模式、兩模式、三模式控制。單模式控制策略雖然控制方法簡單，但存在電感電流脈動(dòng)大、兩主功率管無法實(shí)現(xiàn)零電壓開通(zvs)、效率較低等問題。兩模式控制在輸入與輸出電壓接近時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電壓增益不連續(xù)、電感電流和輸出電壓波動(dòng)大以及直通風(fēng)險(xiǎn)等缺點(diǎn)。而三模式控制雖然解決了電壓增益不連續(xù)的問題，但在中間模式下，四個(gè)開關(guān)管同時(shí)動(dòng)作，導(dǎo)致開關(guān)損耗增加，變換器效率降低。
4、此外，部分文獻(xiàn)將輸入電壓與輸出電壓相等時(shí)作為中間模式切
5、綜上，怎樣才能在保證輸入輸出電壓接近時(shí)輸出電壓增益連續(xù)且系統(tǒng)能高效率運(yùn)行的同時(shí)，保證變換器在不同模式下均具有良好的動(dòng)態(tài)性能，實(shí)現(xiàn)模式間平滑切換，提高系統(tǒng)應(yīng)對負(fù)載突變的能力，成為目前亟待解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供了一種用于四開關(guān)buck-boost多模式廣義預(yù)測控制方法，可以在保證輸入輸出電壓接近時(shí)輸出電壓增益連續(xù)且系統(tǒng)能高效率運(yùn)行的同時(shí)，保證變換器在不同模式下均具有良好的動(dòng)態(tài)性能，實(shí)現(xiàn)模式間平滑切換，提高系統(tǒng)應(yīng)對負(fù)載突變的能力。
2、為了解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用了如下的技術(shù)方案：
3、一種用于四開關(guān)buck-boost多模式廣義預(yù)測控制方法，包括以下步驟：
4、s1、基于開關(guān)網(wǎng)絡(luò)平均模型法，建立fsbb變換器多模式統(tǒng)一預(yù)測模型，用于計(jì)算當(dāng)前模式下的最優(yōu)控制參數(shù)；
5、s2、獲取fsbb變換器的實(shí)時(shí)的輸入電壓，結(jié)合輸出電壓給定值，根據(jù)預(yù)設(shè)的fsbb變換器在不同模式下的區(qū)間定義，選擇fsbb變換器當(dāng)前的工作模式；
6、s3、結(jié)合fsbb變換器當(dāng)前的工作模式，基于建立的fsbb變換器多模式統(tǒng)一預(yù)測模型，計(jì)算當(dāng)前的最優(yōu)控制參數(shù)；
7、s4、基于廣義預(yù)測控制，根據(jù)s3得到的最優(yōu)控制參數(shù)計(jì)算fsbb變換器的最優(yōu)控制律；
8、s5、執(zhí)行s4得到的當(dāng)前模式的最優(yōu)控制律，由調(diào)制器生成功率管驅(qū)動(dòng)信號，對fsbb變換器進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。
9、本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：
10、1、傳統(tǒng)方法中，中間模式的切換邊界往往基于固定的輸入輸出電壓比值，這容易導(dǎo)致電感電流脈動(dòng)增大和直接功率傳輸占比降低。本方法通過基于開關(guān)網(wǎng)絡(luò)平均模型法建立的fsbb變換器多模式統(tǒng)一預(yù)測模型，能夠更精確地計(jì)算當(dāng)前模式下的最優(yōu)控制參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，我們重新定義了中間模式的切換邊界，使得在輸入輸出電壓接近時(shí)，電壓增益能夠連續(xù)變化，同時(shí)減小了中間模式下的電感電流脈動(dòng)值，增加了直接功率傳輸占比。這樣的設(shè)置，保證了在輸入輸出電壓接近時(shí)，輸出電壓增益的連續(xù)性，并提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。通過減小電感電流脈動(dòng)，還可以降低功率損耗和電磁干擾，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
11、2、本方法采用fsbb變換器多模式統(tǒng)一預(yù)測模型，該模型能夠綜合考慮變換器在不同模式下的工作特性，計(jì)算出最優(yōu)控制參數(shù)。在廣義預(yù)測控制框架下，根據(jù)實(shí)時(shí)輸入電壓和輸出電壓給定值，選擇當(dāng)前最優(yōu)的工作模式，并計(jì)算相應(yīng)的最優(yōu)控制律。由于模型統(tǒng)一且考慮了多種模式，因此能夠在不同模式之間實(shí)現(xiàn)平滑切換。這樣的設(shè)置，確保了變換器在不同負(fù)載和輸入條件下均能迅速響應(yīng)并保持穩(wěn)定運(yùn)行。通過實(shí)現(xiàn)模式間的平滑切換，提高了系統(tǒng)應(yīng)對負(fù)載突變的能力，減少了因模式切換引起的電壓波動(dòng)和電流沖擊。同時(shí)，由于采用了廣義預(yù)測控制，系統(tǒng)能夠提前預(yù)測并調(diào)整控制策略，從而進(jìn)一步優(yōu)化動(dòng)態(tài)性能。
12、3、通過精確計(jì)算最優(yōu)控制參數(shù)和采用廣義預(yù)測控制，系統(tǒng)能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測和響應(yīng)負(fù)載變化，從而減少了因負(fù)載突變引起的電壓波動(dòng)和電流沖擊。這有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，確保在各種工況下都能保持高效、穩(wěn)定的運(yùn)行。
13、4、通過計(jì)算最優(yōu)控制律并生成相應(yīng)的功率管驅(qū)動(dòng)信號，可以優(yōu)化開關(guān)管的開關(guān)動(dòng)作。這包括減小開關(guān)損耗、降低開關(guān)頻率以及實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān)等。這些優(yōu)化措施有助于提高變換器的效率和延長開關(guān)管的使用壽命。
14、5、通過建立fsbb變換器多模式統(tǒng)一預(yù)測模型，本技術(shù)方案簡化了控制策略的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程。傳統(tǒng)的控制方法往往需要針對不同的工作模式分別設(shè)計(jì)控制策略，而本技術(shù)方案則通過統(tǒng)一模型實(shí)現(xiàn)了多模式控制策略的統(tǒng)一設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，降低了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。
15、綜上，本方法可以在保證輸入輸出電壓接近時(shí)輸出電壓增益連續(xù)且系統(tǒng)能高效率運(yùn)行的同時(shí)，保證變換器在不同模式下均具有良好的動(dòng)態(tài)性能，實(shí)現(xiàn)模式間平滑切換，提高系統(tǒng)應(yīng)對負(fù)載突變的能力。
16、優(yōu)選地，所述四開關(guān)buck-boost變換器包括buck橋臂、boost橋臂、輸出電容co和電感l(wèi)；所述buck橋臂并聯(lián)在輸入電壓端，所述boost橋臂和輸出電容co并聯(lián)在輸出電壓端，buck橋臂包括串聯(lián)的功率管s1和功率管s2，boost橋臂包括串聯(lián)的功率管s3和功率管s4；功率管s2靠近功率管s1的一端還通過電感l(wèi)連接至功率管s4靠近功率管s3的一端，功率管s2和的功率管s4另一端相連并連接至輸入電壓的負(fù)極端和輸出電壓的負(fù)極端；其中，功率管s1和功率管s4分別為buck和boost單元的主功率管。
17、優(yōu)選地，s2中，預(yù)設(shè)的fsbb變換器在不同模式下的區(qū)間定義為：
18、
19、式中，vin、vo分別為fsbb變換器的輸入電壓、輸出電壓；d1min和d1max分別為主功率管s1的占空比d1的最小值和最大值；d2min和d2max分別為主功率管s4的占空比d2的最小值和最大值。
20、這樣的設(shè)置，1.可以優(yōu)化控制策略。通過定義主功率管s1和s4的占空比d1和d2的最小值和最大值，我們可以為fsbb變換器在不同工作模式下制定更精確的控制策略。這些區(qū)間定義了每個(gè)功率管在不同模式本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種用于四開關(guān)Buck-Boost多模式廣義預(yù)測控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的用于四開關(guān)Buck-Boost多模式廣義預(yù)測控制方法，其特征在于：所述四開關(guān)Buck-Boost變換器包括Buck橋臂、Boost橋臂、輸出電容Co和電感L；所述Buck橋臂并聯(lián)在輸入電壓端，所述Boost橋臂和輸出電容Co并聯(lián)在輸出電壓端，Buck橋臂包括串聯(lián)的功率管S1和功率管S2，Boost橋臂包括串聯(lián)的功率管S3和功率管S4；功率管S2靠近功率管S1的一端還通過電感L連接至功率管S4靠近功率管S3的一端，功率管S2和的功率管S4另一端相連并連接至輸入電壓的負(fù)極端和輸出電壓的負(fù)極端；其中，功率管S1和功率管S4分別為Buck和Boost單元的主功率管。
3.如權(quán)利要求2所述的用于四開關(guān)Buck-Boost多模式廣義預(yù)測控制方法，其特征在于：S2中，預(yù)設(shè)的FSBB變換器在不同模式下的區(qū)間定義為：
4.如權(quán)利要求3所述的用于四開關(guān)Buck-Boost多模式廣義預(yù)測控制方法，其特征在于：構(gòu)建的FSBB變換器多模式統(tǒng)一預(yù)測模型采用受控自
5.如權(quán)利要求4所述的用于四開關(guān)Buck-Boost多模式廣義預(yù)測控制方法，其特征在于：控制-輸出電壓模型為：
6.如權(quán)利要求5所述的用于四開關(guān)Buck-Boost多模式廣義預(yù)測控制方法，其特征在于：控制-電感電流模型為：
7.如權(quán)利要求6所述的用于四開關(guān)Buck-Boost多模式廣義預(yù)測控制方法，其特征在于：S4中，廣義預(yù)測控制代價(jià)函數(shù)為：
8.如權(quán)利要求7所述的用于四開關(guān)Buck-Boost多模式廣義預(yù)測控制方法，其特征在于：S4中，基于下式計(jì)算當(dāng)前模式的最優(yōu)控制律ΔD(k)；
9.如權(quán)利要求8所述的用于四開關(guān)Buck-Boost多模式廣義預(yù)測控制方法，其特征在于：
10.如權(quán)利要求8所述的用于四開關(guān)Buck-Boost多模式廣義預(yù)測控制方法，其特征在于：S5中，執(zhí)行時(shí)，引入基于預(yù)測模型的負(fù)載功率前饋控制，實(shí)時(shí)計(jì)算功率前饋值，修正ILr(k+j)未來期望電感電流輸出向量，其各個(gè)模式下額定輸出電壓下的電感電流分別為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于四開關(guān)buck-boost多模式廣義預(yù)測控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的用于四開關(guān)buck-boost多模式廣義預(yù)測控制方法，其特征在于：所述四開關(guān)buck-boost變換器包括buck橋臂、boost橋臂、輸出電容co和電感l(wèi)；所述buck橋臂并聯(lián)在輸入電壓端，所述boost橋臂和輸出電容co并聯(lián)在輸出電壓端，buck橋臂包括串聯(lián)的功率管s1和功率管s2，boost橋臂包括串聯(lián)的功率管s3和功率管s4；功率管s2靠近功率管s1的一端還通過電感l(wèi)連接至功率管s4靠近功率管s3的一端，功率管s2和的功率管s4另一端相連并連接至輸入電壓的負(fù)極端和輸出電壓的負(fù)極端；其中，功率管s1和功率管s4分別為buck和boost單元的主功率管。
3.如權(quán)利要求2所述的用于四開關(guān)buck-boost多模式廣義預(yù)測控制方法，其特征在于：s2中，預(yù)設(shè)的fsbb變換器在不同模式下的區(qū)間定義為：
4.如權(quán)利要求3所述的用于四開關(guān)buck-boost多模式廣義預(yù)測控制方法，其特征在于：構(gòu)建的fsbb變換器多模式統(tǒng)一預(yù)測...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：唐漸鴻，劉珂，鐘林，朱柯，楊鴻，蔡瑜，張紹朋，
申請(專利權(quán))人：重慶青山工業(yè)有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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