[发明专利]电流源型有源双桥DC‑DC变换器的最优前馈控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电流源型有源双桥DC-DC变换器的最优前馈控制方法，尤其涉及一种有源双桥双向DC-DC变换器系统动态性能的改善，属于电力电子领域的高频隔离开关电源领域。

背景技术

由蓄电池供电的电气传动系统被广泛应用于电动交通工具和一些伺服系统，通常希望其中的电力功率变换器具有双向传输的能力，因此，具有双向功率流的变换器得到发展。

因储能系统需要适应很宽范围的输入和较小的电流纹波，电流原型双有源桥(CFDAB)是一个很好的选择。双有源桥(DAB)的稳态特征，如环流损耗，无功损耗，低压侧的软开关等，已经被各研究者研究。等效漏感值被设计用来实现ZVS，但其对动态性能的影响微乎其微。事实上，动态性能对DAB尤其是电机传动系统至关重要。在电机加速阶段，高电压母线的电压将会下降，极有可能导致变频器的欠压保护。另一方面，直流母线的电压在电机制动时将会急剧上升。因此，在电机加速和制动频繁出现的场合，必须保证其快速的动态性能。

前馈控制可以很好地改善系统的动态响应，并抑制单向功率流变换器的二次谐波，因此在变换器系统内引入前馈控制。但对于传统的前馈控制，并未提出一种普世有效的前馈控制器参数的设计方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种电流源型有源双桥DC-DC变换器的最优前馈控制方法，用以确定系统的最优前馈系数，进而大大改善系统的动态性能。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

常用类型的有源双桥双向DC-DC变换器包含三个控制变量，包括一次侧全桥电路的两个桥臂中心点之间的电压v_ab，二次侧全桥电路两个桥臂中心点之间的电压v_cd，以及变压器一次侧电压v_ab和变压器二次侧电压v_cd之间的移向角。

电流源型有源双桥DC-DC变换器的最优前馈控制方法，包括如下步骤：

步骤一、对变换器系统进行小信号建模，确立系统的数学模型，并将其写为式(1)的形式

其中，为该系统输入电流扰动量，为移相角扰动量。

步骤二、根据步骤一所求出的系统传递函数表达式画出该系统小信号模型下的系统控制框图。

步骤三、根据步骤二绘制出的系统控制框图，写出系统的输出阻抗表达式，其形式如式(2)

其中，为输出电流扰动量，为输出电压扰动量。须注意，根据小信号模型理论，在求输出阻抗时，应使其他所有扰动量为零。

步骤四、根据式(2)求出的输出阻抗表达式，令其取值最小，由此可解得前馈补偿器的最优补偿系数K_op。

电机负载下的电流扰动量主要来自于低频区域，因此所述最优的前馈补偿系数K_op可近似由式(3)确定。

所述的变换器系统为双向拓扑结构，一次侧与二次侧可以互换。

变换器系统包含电流反馈回路作为系统内环，输出电流i_o通过前馈补偿器K_o的输出，与系统反馈控制器G_v(s)的输出相叠加，作为系统的电流内环控制器的参考电流i_ref，系统的电流内环控制器G_i(s)的输出作为移相控制器的输入，联合低压侧的PWM控制器产生移相角进而对系统进行双PWM双移相控制。系统的电流内环的给定是前馈补偿器的输出与系统反馈补偿器输出之和。同时，输出电流i_o反应的是负载的变化。当负载发生变化时，该变化能够非常迅速地经过前馈补偿器引起系统产生相应的迅速调整，因此，输出电流i_o实际可视为扰动作用，控制实际上是偏差控制和扰动控制的结合。最优前馈控制的引入，显著地提升了系统的动态性能。

有益效果

1、本发明公开的一种电流源型有源双桥DC-DC变换器最佳前馈控制，通过引入输出电流的前馈，并经过优化后，可大幅降低系统的输出阻抗，极大的改善系统的动态响应性能。所述的控制器通过引入输出电流的最优前馈控制，并配合双PWM双移相控制，降低了系统的输出阻抗，使得输出电压对输出电流变化的敏感度极大下降，极大地改善了系统的动态性能。并且，基于数学模型的前馈控制，具有良好的精度和稳定可靠的特点，该控制方法优于不加次前馈控制的普通PID补偿器。