[发明专利]基于CAN总线的直流变压器状态机交互及其控制策略

权利要求书

1.一种基于CAN总线的直流变压器状态机交互策略，

所述直流变压器包括滤波电感L₁、滤波电感L₂、滤波电感L₃、滤波电感L₄、变压器漏感L_T、变压器T、全桥整流单元和半桥子单元SM11到半桥子单元SM4N，总数为4N个；所述半桥子单元包括第一子单元开关管S_{1_i}、第二子单元开关管S_{2_i}和子单元电容C_i，其中下标i为半桥子单元标号，下标i取值为11到4N；所述全桥整流单元包括第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃和第四开关管S₄和输出电容C_dc；所述状态机包括主控制系统状态机、半桥子单元状态机和全桥整流单元状态机；

所述交互策略包括上位机与主控制系统之间的通信、主控制系统与半桥子单元之间的通信和主控制系统与全桥整流单元之间的通信，其特征在于：

(A)基于CAN通讯协议中定义五类功能节点，包括上位机节点、第一主控制系统节点、第二主控制系统节点、半桥子单元节点和全桥整流单元节点；其中，上位机节点配置2个邮箱，地址ID1邮箱用于发送，地址ID2邮箱用于接收；第一主控制系统节点配置4N+1个邮箱，地址ID2邮箱用于发送，地址ID4到地址ID(4N+3)邮箱用于接收；第二主控制系统节点配置2个邮箱，地址ID3邮箱用于发送，地址ID(4N+4)邮箱用于接收；每个半桥子单元节点配置2个邮箱，地址ID2邮箱用于接收，地址IDk邮箱用于发送，标号k取值范围为4到(4N+3)；全桥整流单元节点配置2个邮箱，地址ID(4N+4)邮箱用于发送，地址ID3邮箱用于接收；

(B)定义五种符合CAN总线协议规范的数据帧，分别为上位机数据帧、第一主控制系统数据帧、第二主控制系统数据帧、半桥子单元数据帧和全桥整流单元数据帧；

(C)在(A)和(B)基础上，所述交互策略如下：上位机向主控制系统状态机发送上位机数据帧，主控制系统状态机接收到上位机数据帧后进行译码，提取上位机参数以切换主控制系统状态机的状态；主控制系统根据当前状态机的状态，分别向半桥子单元状态机和全桥整流单元状态机发送第一主控制系统数据帧和第二主控制系统数据帧，经译码操作后，根据所获指令分别改变半桥子单元状态机的状态和全桥整流单元状态机的状态；半桥子单元和全桥整流单元将当前各自状态机的状态和有关运行参数分别以半桥子单元数据帧和全桥整流单元数据帧的形式发送给主控制系统状态机进行反馈。

2.根据权利要求1所述的所述一种基于CAN总线的直流变压器状态机交互策略，其特征在于，所述主控制系统状态机、半桥子单元状态机和全桥整流单元状态机均包含多种状态：主控制系统状态机包括初始、待机、软起动、运行和故障五个基本状态；半桥子单元状态机包括零态0、零态1、零态2、零态3、充电和放电共六个状态；全桥整流单元状态机包括状态0、状态1、状态2、状态3和状态4共五个状态。

3.一种基于CAN总线的直流变压器状态机控制策略，其特征在于，所述控制策略具体为：

(D)系统未开机时，主控制系统状态机的状态为初始；当被外部电路触发或上位机自启后，系统进行开机自检，此后主控制系统状态机的状态更新为待机，并通过所述交互策略完成各半桥子单元状态机和全桥整流单元状态机的更新；当接收到软起动指令时，主控制系统状态机的状态变更为软起动，并根据系统预设的控制方法1和调制策略1，经所述交互方案切换各半桥子单元状态机和全桥整流单元状态机的状态；当软起动完成后，主控制系统进入正常运行状态，并根据控制方法2和调制策略2实时改变各半桥子单元状态机和全桥整流单元状态机的状态；当系统发生故障时，主控制系统状态机的状态转入故障并进行保护动作；

(E)初始情况下，半桥子单元状态机的状态为零态0；当执行开机自检后，半桥子单元状态机的状态转为零态1；此后，半桥子单元状态机接收第一主控制系统数据帧并提取其中的控制参数，切换半桥子单元状态机的状态，具体为：当主控制系统的状态机进入软起动时，半桥子单元状态机从第一主控制系统数据帧中提取投入/切除指令，当收到投入指令时半桥子单元状态机的状态由零态1变为充电；当收到切除指令时，半桥子单元状态机的状态由零态1转为零态2；后续运行过程中，半桥子单元对第一主控制数据帧译码，获取投入/切除指令和半桥子单元电流i_{sub_i}采样值；依据投入/切除指令，实现充电与零态2之间的切换和放电与零态3之间的切换；依据半桥子单元电流i_{sub_i}采样值，实现充电与放电之间的切换和零态2与零态3之间的切换；

(F)初始条件下，全桥整流状态机的状态为状态0；当全桥整流单元状态机接收到第二主控制系统数据帧时，进行译码操作并获得控制参数，切换全桥整流单元状态机的状态，具体为：当变压器二次侧电压u_s采样值大于零时，全桥整流单元状态机的状态变为状态1；当变压器二次侧电压u_s采样值小于零时，全桥整流单元状态机的状态转为状态4；后续运行过程中，全桥整流单元依据第二主控制系统数据帧中的换流动作指令，实现状态1与状态3之间的切换和状态2与状态4之间的切换；全桥整流单元根据变压器二次侧电流i_s采样值，实现状态1与状态2之间的切换和状态3与状态4之间的切换。