[发明专利]一种DC‑DC变换器控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子中DC-DC电路以及先进控制方法中的预测控制领域，具体涉及一种DC-DC变换器控制方法及系统。

背景技术

燃料电池电能的产生依赖于源源不断的燃料提供，燃料供给的波动往往会导致燃料电池的输出电压不稳定甚至出现大范围波动，另外现实生活中各种各样的工作负载具有不同的额定工作电压，如何将燃料电池的输出电压与之匹配是一个问题。所以设计一个安全可靠高效的DC-DC变换器至关重要。它将燃料电池电压升至直流总线电压，再由各个降压电路降压为负载供电，当电池输入电压发生波动时，依然能够保证直流总线电压的稳定。

模型预测控制算法具有能够解决多变量优化问题的优势，所以在传统复杂的流程工业得到了广泛的使用。但是其算法本身需要大量的在线滚动优化计算，这限制了算法运用在快速被控对象中，采用预测函数控制算法点对点的一步预测，可以快速收敛到设定点，从而能够控制快速过程和对象。

在本发明设计中，控制算法以及电路采样输入输出均由通用变频器控制器(GPIC)实现，其中控制算法参数通过上位机进行传递，而现场可编程门阵列(FPGA)用来计算并且通过多种接口将占空比转成PWM波输出从而达到控制电压的目的。

发明内容

针对现有技术中模型预测控制方法本身需要大量的在线滚动优化计算的缺陷，本发明提供了一种DC-DC变换器控制方法，采用一步预测的办法，快速达到设定值。

一种DC-DC变换器的控制方法，包括：

(1)获取DC-DC电路输出端的反馈电压值并与设定电压值进行比较得到校正误差△u；

(2)对所述校正误差△u进行判断：

若校正误差△u＝0，则维持控制DC-DC变换器主开关管的PWM控制信号不变；

若校正误差△u≠0，则计算未来时刻的期望增量Δp＝△u(1-λ^h)，同时利用传递函数u(n)＝a₁u(n-1)+a₂u(n-2)+k₁d(n-1)+k₂d(n-2)进行迭代计算未来时刻的预测增量Δm，令Δm和Δp相等计算出占空比d，并转换为下一时刻DC-DC变换器主开关管的PWM控制信号；

其中h为迭代计算的次数，Ts为采样时间，CLTR为闭环响应时间，Tr为由闭环响应时间CLTR决定的参数，a₁、a₂、k₁和k₂为传递函数的相关系数，所述当前时刻为第n时刻，所述未来时刻为第(n+h)时刻。

预测增量Δm＝未来时刻的电压值-当前时刻的电压值，需要说明的是当前时刻的电压值不是当前时刻采集到的反馈电压值，而是通过传递函数计算得到当前时刻理论上的电压值。

所述传递函数由DC-DC电路的恒频动态模型经过离散化得到，传递函数的相关系数a₁、a₂、k₁和k₂与恒频动态模型有关，不同的模型对应的相关系数不同。

所述的n指当前时刻，(n-1)指前一时刻，(n+1)指后一时刻，(n-2)、(n+2)等依次类推。例如(n+h)为当前往后推h次后对应的时刻，u(n)表示当前时刻的电压值，d(n)表示当前时刻的占空比，u(n-1)表示前一时刻的电压值，d(n-1)表示前一时刻的占空比。

此外期望增量Δp＝△u(1-λ^h)＝△u-△uλ^h，λ^h对应的是一个参考轨迹函数，λ和h给定时，λ^h为常数，Δp也可以理解为n时刻的校正误差与n+h时刻的校正误差作比较得到期望增量，其中△uλ^h为在既定参考轨迹下的n+h时刻的校正误差。

作为优选，所述预测增量Δm等于未来时刻的预测电压u(n+h)减去当前时刻的理论电压u(n)，

当前时刻的理论电压u(n)由所述传递函数结合前两个时刻(n-1)和(n-2)对应的电压和占空比计算得到；

未来时刻的预测电压u(n+h)的计算过程包括自由响应部分和受迫响应部分，对于自由响应部分，求解原理为令占空比的输入均为0，即

u_m(n+1)＝a₁u_m(n)+a₂u_m(n-1)+0+0