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专利号: 2019103395049
申请人: 湖南科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2025-12-17
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于分段延迟反馈控制的Buck-Boost变换器控制参数稳定域确定方法,其特征在于,以Buck-Boost变换器中电感电流iL和电容电压uC为状态变量,针对该变换器在脉冲输入电压作用下的两种不同电平状态,并根据变换器中功率开关管Q的两种不同工作状态,分别建立其状态微分方程,具体为:状态一:功率开关管Q导通状态;

当变换器的脉冲输入电压为高电平Uin1时,变换器状态微分方程为:

当变换器的脉冲输入电压为低电平Uin2时,变换器状态微分方程为:

状态二:功率开关管Q断开状态;

此时变换器工作状态与输入电压无关,其状态微分方程为:

其中: 为状态向量, L、C和R分别

为变换器中电感、电容及负载电阻;根据Buck-Boost变换器输入电压的不同,对变换器中电感参考电流进行修正,从而得到新电感参考电流;根据上述状态微分方程和新电感参考电流,获得系统的离散迭代映射模型;根据上述离散迭代映射模型,获得变换器在脉冲输入电压作用下采用分段延迟反馈控制实现系统稳定运行时其控制参数k1和控制参数k2上、下限值对应的函数关系式,由所得函数关系式即可确定相应控制参数k1和控制参数k2的稳定域范围;其中,k1、k2分别为脉冲输入电压为高电平Uin1和低电平Uin2时的控制参数,控制参数k1、k2用于确定修正后的新电感参考电流。

2.一种基于分段延迟反馈控制的Buck-Boost变换器控制参数稳定域确定方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤(1)以Buck-Boost变换器中电感电流iL和电容电压uC为状态变量,针对该变换器在脉冲输入电压作用下的两种不同电平状态,并根据变换器中功率开关管Q的两种不同工作状态,分别建立变换器的状态微分方程,具体为:状态一:功率开关管Q导通状态;

当变换器的脉冲输入电压为高电平Uin1时,变换器状态微分方程为:

当变换器的脉冲输入电压为低电平Uin2时,变换器状态微分方程为:

状态二:功率开关管Q断开状态;

此时变换器工作状态与输入电压无关,其状态微分方程为:

其中: 为状态向量, L、C和R分别

为变换器中电感、电容及负载电阻;

步骤(2)根据Buck-Boost变换器输入电压的不同,对变换器中电感参考电流进行修正,从而得到新电感参考电流;

步骤(3)根据步骤(1)所述状态微分方程和步骤(2)所述新电感参考电流,获得变换器的离散迭代映射模型;

步骤(4)根据步骤(3)所得变换器的离散迭代映射模型,针对变换器在脉冲输入电压作用下采用分段延迟反馈控制,获得在其控制参数k1任取一给定值时,实现变换器稳定运行的控制参数k2的取值范围(k2min,k2max);

步骤(5)按一定增量改变控制参数k1的给定值,重复步骤4获得m组控制参数k2相应的取值范围(k2min,k2max);

步骤(6)根据所获得的m组控制参数k2的上限值k2max和下限值k2min以及相应的控制参数k1值,采用数值拟合方法分别获得上限值k2max与k1值以及下限值k2min与k1值间的函数关系式,由上述两个函数关系式所界定的区域即为控制参数k1和k2的稳定域,在该稳定域内任意选取的k1和k2值均能保证变换器的稳定运行;

其中,k1、k2分别为脉冲输入电压为高电平Uin1和低电平Uin2时的控制参数,控制参数k1、k2用于确定修正后的新电感参考电流。

3.根据权利要求2所述的基于分段延迟反馈控制的Buck-Boost变换器控制参数稳定域确定方法,其特征在于:步骤(2)的具体操作为:根据所述Buck-Boost变换器输入电压的不同,通过公式(4)对变换器中电感参考电流进行修正,从而得到修正后的新电感参考电流:其中:I'ref为修正后的新电感参考电流,Iref为电感参考电流初值,k1、k2分别为脉冲输入电压为高电平Uin1和低电平Uin2时的控制参数,uC为电容电压,T为功率开关管Q的开关周期,t为时刻。

4.根据权利要求2所述的基于分段延迟反馈控制的Buck-Boost变换器控制参数稳定域确定方法,其特征在于,步骤(3)包括如下具体操作:步骤(3-1)将步骤(1)中变换器的状态微分方程转化为离散方程;

步骤(3-2)计算(n+1)T时刻新电感参考电流In+1;

步骤(3-3)根据电感电流、脉冲输入电压、步骤(3-1)所得离散方程以及步骤(3-2)所得新电感参考电流,计算得变换器中功率开关管在第n+1个开关周期的导通时间tn+1;

步骤(3-4)根据步骤(3-1)~步骤(3-3)所得数据以及nT时刻的电感电流和电容电压,得到系统中变换器的离散迭代映射模型。

5.根据权利要求2所述的基于分段延迟反馈控制的Buck-Boost变换器控制参数稳定域确定方法,其特征在于:步骤(4)是以步骤(3)所得离散迭代映射模型为标准,针对变换器在脉冲输入电压作用下采用分段延迟反馈控制时,对其控制参数k1任取一给定值,采集系统中各参数计算第n+1个开关周期内(n+1)T时刻电感的新参考电流值In+1、功率开关管在第n+

1个开关周期的导通时间tn+1、(n+1)T时刻的电感电流in+1和电容电压un+1,根据系统的输出响应对比(n+1)T时刻的电感电流in+1和电容电压un+1是否与nT时刻的电感电流in和电容电压un相等判断系统是否稳定运行,通过迭代的方法获得实现系统稳定运行时控制参数k2的取值范围(k2min,k2max)。

6.根据权利要求2所述的基于分段延迟反馈控制的Buck-Boost变换器控制参数稳定域确定方法,其特征在于:步骤(5)中,按一定增量改变控制参数k1的给定值,重复步骤(4)获得m组控制参数k2相应的取值范围(k2min,k2max);所述控制参数k1的增量Δk1的具体取值和所述m的具体数据根据需要进行确定。

7.根据权利要求2所述的一种基于分段延迟反馈控制的Buck-Boost变换器控制参数稳定域确定方法,其特征在于:步骤(6)中,根据所述m组控制参数k2的上限值k2max和下限值k2min以及相应的控制参数k1值,采用数值拟合方法分别获得上限值k2max与k1值以及下限值k2min与k1值间的函数关系式;所述数值拟合方法优先采用最小二乘法,所获得的函数关系式分别为:(1)控制参数k2上限值k2max与k1值间的函数关系式为:

式中:a1、b1、c1、d1分别为系数,所述系数采用最小二乘法进行确定;

(2)控制参数k2下限值k2min与k1值间的函数关系式为:

式中:a2、b2、c2、d2分别为系数,所述系数采用最小二乘法进行确定。