双有源桥串联谐振变换器的控制方法和系统

本申请涉及变换器，特别是涉及一种双有源桥串联谐振变换器的控制方法和系统。

背景技术：

1、双有源桥dc-dc串联谐振变换器(dual active bridge dc-dc series resonantconverter,dab)具有高功率密度、双向能量流动、电气隔离等优点，在电动汽车、储能系统等应用场合得到了广泛研究。在汽车电池、能量回收等应用场合，为了适应直流母线电容的电压变化，dc-dc变换器必须做到快速的控制响应；在充电桩、电动汽车等应用中，变换器需要做到低开关损耗。由于双有源桥结构电流应力低、滤波元器件小的特点，此时最好的选择便是双有源桥串联谐振变换器(dab-src),而上述技术指标必须在尽量减少控制器运算压力的前提下达成，这对dab-src的控制提出了挑战。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种双有源桥串联谐振变换器的控制方法和系统。

2、第一方面，本申请提供了一个双有源桥串联谐振变换器的控制方法。所述方法包括：

3、选取双有源桥串联谐振变换器的h桥开关管移相角δ和开关频率w作为控制变量，电感电流和电容电压作为状态变量，构建状态空间模型；

4、根据所述状态变量和与预设的控制目标建立李雅普诺夫候选函数，利用所述李雅普诺夫候选函数确定非线性控制策略；

5、基于所述状态空间模型的传递函数，设计闭环特征多项式，并对所述控制变量应用极点配置法，得到pi调节控制策略；

6、当双有源桥串联谐振变换器的运行状态与期望状态相差较大时，采用所述非线性控制策略，否则采用pi调节控制策略。

7、在其中一个实施例中，所述构建状态空间模型，包括：

8、对所述状态空间模型应用广义平均法，得到一次谐波模型；

9、将双有源桥串联谐振变换器的输出电压的相位作为参考相位，将一次谐波模型转换为包含电感电流实/虚部、电容电压的实/虚部的状态空间模型。

10、在其中一个实施例中，根据所述状态变量和与预设的控制目标建立李雅普诺夫候选函数，利用所述李雅普诺夫候选函数确定非线性控制策略，包括：

11、基于所述状态变量和预设的控制目标，构建控制误差模型；

12、基于所述控制误差模型，设计李雅普诺夫候选函数；

13、求解所述李雅普诺夫候选函数的控制律，得到每个所述控制变量的非线性控制表达式；

14、根据所述控制目标，确定所述李雅普诺夫候选函数中每个状态变量对应的增益系数。

15、在其中一个实施例中，求解所述李雅普诺夫候选函数的控制律，得到每个所述控制变量的控制表达式之后，还包括：

16、根据所述双有源桥串联谐振变换器的电容电压的极限值，对所述非线性控制表达式进行电容参数补偿。

17、在其中一个实施例中，根据所述双有源桥串联谐振变换器的电容电压的极限值，对所述非线性控制表达式进行电容参数补偿之后，还包括：

18、根据所述状态空间模型的系数设计真实参数的估计参数和参数误差；

19、根据所述估计参数和参数误差以及所述电容电压的极限值，定义所述李雅普诺夫候选函数的自适应律；

20、以优化所述控制目标整定求解所述自适应律的自适应增益；

21、利用所述自适应律对所述非线性控制表达式进行调整。

22、在其中一个实施例中，基于所述状态空间模型的传递函数，求解闭环特征多项式，并对所述控制变量应用极点配置法，得到pi调节控制策略，包括：

23、分别针对每个所述控制变量设计pi控制表达式；

24、根据每个控制变量对应的pi控制特征方程，生成闭环传递函数；

25、令所述闭环传递函数的特征多项式取值为零，并代入标准二阶系统形式的闭环极点特性，求解每个所述控制变量的pi控制表达式的pi控制参数。

26、在其中一个实施例中，所述非线性控制策略和pi调节控制策略之间通过设置初始化积分项进行过渡。

27、第二方面，本申请还提供了一种双有源桥串联谐振变换器的控制系统，所述系统包括：

28、状态空间模型构建模块，用于选取双有源桥串联谐振变换器的h桥开关管移相角δ和开关频率w作为控制变量，电感电流和电容电压作为状态变量，构建状态空间模型；

29、控制策略确定模块，用于根据所述状态变量和与预设的控制目标建立李雅普诺夫候选函数，利用所述李雅普诺夫候选函数确定非线性控制策略；基于所述状态空间模型的传递函数，设计闭环特征多项式，并对所述控制变量应用极点配置法，得到pi调节控制策略；

30、变换器控制模块，用于当双有源桥串联谐振变换器的运行状态与期望状态相差较大时，采用所述非线性控制策略，否则采用pi调节控制策略。

31、第三方面，本申请还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所涉及的处理。

32、第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所涉及的处理。

33、第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所涉及的处理。

34、采用本申请公开的双有源桥串联谐振变换器的控制方法，令h桥开关管移相角δ和开关频率w为变换器控制向量的两个参数，变换器状态用τ表示，ε为设定的变换器状态阈值。当变换器状态与期望状态相差较大，即τ>ε时，对δ和w应用基于李雅普诺夫定理的非线性控制表达式，从而实现快速的初始瞬态响应和较小的误差；当变换器接近期望状态时，即τ≤ε时，对δ和w分别进行pi调节，以确保变换器平滑收敛到期望状态。

技术特征：

1.一种双有源桥串联谐振变换器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述构建状态空间模型，包括：

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据所述状态变量和与预设的控制目标建立李雅普诺夫候选函数，利用所述李雅普诺夫候选函数确定非线性控制策略，包括：

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，求解所述李雅普诺夫候选函数的控制律，得到每个所述控制变量的控制表达式之后，还包括：

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，根据所述双有源桥串联谐振变换器的电容电压的极限值，对所述非线性控制表达式进行电容参数补偿之后，还包括：

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，基于所述状态空间模型的传递函数，求解闭环特征多项式，并对所述控制变量应用极点配置法，得到pi调节控制策略，包括：

7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述非线性控制策略和pi调节控制策略之间通过设置初始化积分项进行过渡。

8.一种双有源桥串联谐振变换器的控制系统，其特征在于，所述系统包括：

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法中的处理。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法中的处理。

技术总结本申请涉及一种双有源桥串联谐振变换器的控制方法和系统，涉及变换器技术领域。所述方法包括：选取双有源桥串联谐振变换器的H桥开关管移相角δ和开关频率w作为控制变量，电感电流和电容电压作为状态变量，构建状态空间模型；根据所述状态变量和与预设的控制目标建立李雅普诺夫候选函数，利用所述李雅普诺夫候选函数确定非线性控制策略；基于所述状态空间模型的传递函数，设计闭环特征多项式，并对所述控制变量应用极点配置法，得到PI调节控制策略；当双有源桥串联谐振变换器的运行状态与期望状态相差较大时，采用所述非线性控制策略，否则采用PI调节控制策略。采用本方法可以实现变换器的全局渐进稳定性，并提高变换器的响应速度以及鲁棒性。技术研发人员：艾建,毛程毅,毕恺韬,张龙威,陈照源,王文渊受保护的技术使用者：江南大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9