本發(fā)明屬于電力電子控制領(lǐng)域，具體涉及一種并聯(lián)式脈沖功率解耦系統(tǒng)控制裝置及控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的迅速發(fā)展，相控陣?yán)走_(dá)、合成孔徑雷達(dá)等高峰值功率、低平均功率、功率周期性變化的脈沖負(fù)載在機(jī)載國防裝備中得到廣泛應(yīng)用。脈沖負(fù)載功率按周期性脈動，而機(jī)載供電系統(tǒng)常受容量、空間和重量等限制，其供電功率需保持恒定，瞬時功率差的存在會使供電功率與脈沖負(fù)載功率不匹配，進(jìn)而對機(jī)載供電系統(tǒng)造成較大沖擊，導(dǎo)致供電系統(tǒng)電壓電流嚴(yán)重波動、其它設(shè)備不能正常運(yùn)行等事故，影響機(jī)載供電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。為了解決供電功率與脈沖負(fù)載功率不匹配的問題，減輕脈沖負(fù)載特性對供電系統(tǒng)的影響，研究有效可靠的脈沖負(fù)載功率解耦方法是必不可少的措施。常用的脈沖負(fù)載功率解耦方法是將雙向buck/boost變換器并聯(lián)于前級供電系統(tǒng)輸出端口構(gòu)成并聯(lián)式脈沖功率解耦系統(tǒng)，如圖1所示。同時，通過pi控制策略控制雙向buck/boost變換器提供脈沖功率中的脈動分量，而前級供電系統(tǒng)只需提供負(fù)載平均功率，消除脈動功率對前級供電系統(tǒng)的影響。

2、理想情況下，當(dāng)脈沖負(fù)載在高功率和低功率狀態(tài)切換時，傳統(tǒng)雙向buck/boost變換器提供的補(bǔ)償電流方向切換可看作瞬時完成，但由于電感電流不能突變，電感電流換向暫態(tài)過程使得補(bǔ)償電流不能及時跟隨脈沖電流中的脈動分量，前級供電系統(tǒng)輸出電壓會出現(xiàn)跌落，母線電流存在較大電流尖峰。脈沖負(fù)載電流ip、雙向buck/boost變換器提供的補(bǔ)償電流ib、母線電流io、解耦電容電壓vcs波形如圖2所示。

3、為解決上述問題，可采用雙電感雙向buck/boost變換器作為功率解耦單元，通過為正負(fù)兩個不同方向的補(bǔ)償電流提供獨(dú)立通路，使補(bǔ)償電流在脈沖負(fù)載功率切換時能夠及時跟隨脈沖電流交流分量，消除電感電流反向的暫態(tài)過程，提高變換器的動態(tài)性能，如圖3所示。脈沖負(fù)載電流ip、雙電感雙向buck/boost變換器兩支路電感電流il1和il2、補(bǔ)償電流ib、母線電流io、解耦電容電壓vcs波形如圖4所示。

4、為保證雙電感雙向buck/boost變換器正常工作，需控制解耦電容電壓大于前級供電系統(tǒng)輸出電壓，并控制雙電感雙向buck/boost變換器實(shí)現(xiàn)對脈沖電流的補(bǔ)償。然而若采用基于傳統(tǒng)pi控制器的電壓電流雙環(huán)控制方法，當(dāng)脈沖負(fù)載電流突變時，由于電流內(nèi)環(huán)低頻段的環(huán)路增益有限，其對電流參考量的跟蹤精度和速度不足，雙電感雙向buck/boost變換器動態(tài)響應(yīng)性能不佳，前級供電系統(tǒng)輸出端母線電流仍會存在電流尖峰。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決以上現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種并聯(lián)式脈沖功率解耦系統(tǒng)控制裝置，該裝置包括：二階低通濾波器、采樣模塊、外環(huán)非線性adrc控制器、內(nèi)環(huán)非線性adrc控制器、電流前饋模塊、比較器以及雙電感雙向buck/boost變換器；雙電感雙向buck/boost變換器的輸出端分別連接二階低通濾波器的輸入端和內(nèi)環(huán)非線性adrc控制器的第一輸入端；采樣模塊用于采集容值電壓，其輸出端連接外環(huán)非線性adrc控制器的輸入端；外環(huán)非線性adrc控制器的輸出端與二階低通濾波器的輸出端均接入內(nèi)環(huán)非線性adrc控制器的輸入端；內(nèi)環(huán)非線性adrc控制器的輸出端接入電流前饋模塊的輸入端；電流前饋模塊輸出端連接比較器的正輸入端，比較器的負(fù)輸入端接入?yún)⒖茧妷?，比較器的輸出端連接雙電感雙向buck/boost變換器的輸入端。

2、一種并聯(lián)式脈沖功率解耦系統(tǒng)控制方法，該方法包括：

3、s1、采集雙電感雙向buck/boost變換器中的母線電流io、脈沖負(fù)載電流ip，解耦電容谷值電壓vcs_min；

4、s2、設(shè)置電流閾值以及電壓閾值，若電流io大于電流閾值，且電壓vcs_min大于電壓閾值，則開關(guān)管s1、s2關(guān)斷；否則執(zhí)行步驟s3；

5、s3、判斷ip是否大于0，若是，則雙電感雙向buck/boost變換器為buck模式，并執(zhí)行步驟s5；若不是，則執(zhí)行步驟s4；

6、s4、判斷ip是否等于0，若不是，則返回步驟s3，若是，則雙電感雙向buck/boost變換器為boost模式，并執(zhí)行步驟s5；

7、s5、采用前饋非線性adrc控制算法計(jì)算開關(guān)管s1的占空比d1和開關(guān)管s2的占空比d2；

8、s6、將計(jì)算出的開關(guān)管s1的占空比d1和開關(guān)管s2的占空比d2輸入到epwm模塊中，生成開關(guān)管s1、s2的pwm信號。

9、本發(fā)明的有益效果：

10、本發(fā)明采用雙電感雙向buck/boost變換器作為脈沖功率補(bǔ)償單元并聯(lián)于前級供電系統(tǒng)輸出端口，能夠消除電感電流換向的暫態(tài)過程，有效減小脈沖負(fù)載狀態(tài)切換時產(chǎn)生的母線電流尖峰；本發(fā)明提出的前饋非線性adrc控制方法通過將補(bǔ)償電流參考量引入控制環(huán)路并采用非線性adrc控制器替代傳統(tǒng)pi控制器，有效減小了電流內(nèi)環(huán)的跟蹤誤差，補(bǔ)償電流能夠完全跟隨脈沖電流交流分量，有效抑制了母線電流尖峰，能夠在提高雙電感雙向buck/boost變換器動態(tài)響應(yīng)速度的同時兼顧系統(tǒng)穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種并聯(lián)式脈沖功率解耦系統(tǒng)控制裝置，其特征在于，包括：二階低通濾波器、采樣模塊、外環(huán)非線性adrc控制器、內(nèi)環(huán)非線性adrc控制器、電流前饋模塊、比較器以及雙電感雙向buck/boost變換器；雙電感雙向buck/boost變換器的輸出端分別連接二階低通濾波器的輸入端和內(nèi)環(huán)非線性adrc控制器的第一輸入端；采樣模塊用于采集容值電壓，其輸出端連接外環(huán)非線性adrc控制器的輸入端；外環(huán)非線性adrc控制器的輸出端與二階低通濾波器的輸出端均接入內(nèi)環(huán)非線性adrc控制器的輸入端；內(nèi)環(huán)非線性adrc控制器的輸出端接入電流前饋模塊的輸入端；電流前饋模塊輸出端連接比較器的正輸入端，比較器的負(fù)輸入端接入?yún)⒖茧妷海容^器的輸出端連接雙電感雙向buck/boost變換器的輸入端。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種并聯(lián)式脈沖功率解耦系統(tǒng)控制裝置，其特征在于，二階低通濾波器由兩個電阻r1～r2、兩個電容c1～c2以及一個運(yùn)算放大器a1；電阻r1的一端與雙電感雙向buck/boost變換器的輸出端，電阻r1的另一端分別連接電容c1正極和電阻r2的一端；電阻r2的另一端分別連接電容c2的正極和運(yùn)算放大器a1的正輸入端；電容c2的負(fù)極接地；電容c1的負(fù)極和運(yùn)算放大器a1的負(fù)極均連接運(yùn)算放大器a1輸出端。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種并聯(lián)式脈沖功率解耦系統(tǒng)控制裝置，其特征在于，外環(huán)非線性adrc控制器由擴(kuò)張狀態(tài)觀測器eso和非線性狀態(tài)誤差反饋控制率nlsef組成。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種并聯(lián)式脈沖功率解耦系統(tǒng)控制裝置，其特征在于，內(nèi)環(huán)非線性adrc控制器由跟蹤微分器td、擴(kuò)張狀態(tài)觀測器eso以及非線性狀態(tài)誤差反饋控制率nlsef三部分構(gòu)成；跟蹤微分器td用于對輸入信號進(jìn)行微分處理，輸出微分信號；擴(kuò)張狀態(tài)觀測器eso用于對解耦電容電壓和輸入電流進(jìn)行估算；非線性狀態(tài)誤差反饋控制率nlsef用于對擴(kuò)張狀態(tài)觀測器eso估算值進(jìn)行補(bǔ)償。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種并聯(lián)式脈沖功率解耦系統(tǒng)控制裝置，其特征在于，跟蹤微分器td用于對輸入信號進(jìn)行微分處理包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種并聯(lián)式脈沖功率解耦系統(tǒng)控制裝置，其特征在于，擴(kuò)張狀態(tài)觀測器eso的離散表達(dá)式為：

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種并聯(lián)式脈沖功率解耦系統(tǒng)控制裝置，其特征在于，非線性狀態(tài)誤差反饋控制率nlsef的離散表達(dá)式為：

8.一種并聯(lián)式脈沖功率解耦系統(tǒng)控制方法，該方法采用基于權(quán)利要求1～7任意所述的一種并聯(lián)式脈沖功率解耦系統(tǒng)控制裝置，其特征在于，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種并聯(lián)式脈沖功率解耦系統(tǒng)控制方法，其特征在于，計(jì)算開關(guān)管s1的占空比d1的表達(dá)式為：

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種并聯(lián)式脈沖功率解耦系統(tǒng)控制方法，其特征在于，開關(guān)管s2占空比d2的值為開關(guān)管s1占空比d1取反。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于電力電子控制領(lǐng)域，涉及一種并聯(lián)式脈沖功率解耦系統(tǒng)控制裝置及控制方法，包括：二階低通濾波器、采樣模塊、外環(huán)非線性ADRC控制器、內(nèi)環(huán)非線性ADRC控制器、電流前饋模塊、比較器以及雙電感雙向Buck/Boost變換器；各個器件依次連接，構(gòu)成并聯(lián)式脈沖功率解耦系統(tǒng)控制裝置；本發(fā)明采用雙電感雙向Buck/Boost變換器作為脈沖功率補(bǔ)償單元并聯(lián)于前級供電系統(tǒng)輸出端口，能夠消除電感電流換向的暫態(tài)過程，有效減小脈沖負(fù)載狀態(tài)切換時產(chǎn)生的母線電流尖峰。

技術(shù)研發(fā)人員：張林燕,肖星志,張凌風(fēng),蔡建榮,吳兆希,趙茂霖
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中電科芯片技術(shù)（集團(tuán)）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10