一種基于混合終端滑膜的雙向dc-dc控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種雙向DC-DC控制器，尤其是涉及一種基于混合終端滑膜的雙向 DC-DC控制系統。
【背景技術】
[0002] 在控制系統的性能指標中，收斂性能是很關鍵的一個指標。然而，在絕大多數的控 制設計方法得到的研究結果中，閉環系統最快的收斂速度為指數形式，無法得到更好的收 斂性能，究其原因是，它們討論的均是閉環系統滿足Lipschitz連續性質的情況。因此，這 些控制分析和綜合方法都屬于無限時間穩定性和控制問題。從控制系統時間優化角度來 看，使閉環系統有限時間收斂的控制方法才是時間最優的控制方法。
[0003]目前雙向DC-DC變換器的控制以線性滑膜控制方法為主，其存在動態響應速度 慢，輸出電壓品質不高等問題。
[0004] 雙向DC-DC變換器包含儲能元件，功率開關管等非線性元件，是典型的非線性系 統，目前直流變換器以傳統的線性滑膜面為主，其形式為輸出電壓誤差及其導數和其積分 的線性組合，然而這樣設計的滑膜控制器的收斂結果就是漸進收斂且存在穩態誤差，使得 系統狀態不斷趨近而不能達到其期望值，因此直接影響雙向DC-DC變換器的輸出電壓的響 應速度與精度。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于混合終端 滑膜的雙向DC-DC控制系統。
[0006] 本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：
[0007] -種基于混合終端滑膜的雙向DC-DC控制系統，包括雙向DC-DC變換器、混合終端 滑膜控制器和滯環比較器，所述的雙向DC-DC變換器輸入端設有電能存儲裝置，輸出端設 有負載電容，所述的混合終端滑膜控制器采集雙向DC-DC變換器中的電感電流以及輸出端 電壓信號，產生的控制信號經滯環比較器發送到雙向DC-DC變換器中的開關。
[0008] 所述的雙向DC-DC變換器為雙向半橋變換器拓撲結構，包括電感、第一開關和第 二開關，所述的電能存儲裝置的一級、電感、第一開關、負載電容和電能存儲裝置的另一極 依次連接，所述的第二開關一端連接在電感和第一開關之間，另一端與電能存儲裝置的另 一級連接。
[0009] 所述的雙向DC-DC變換器的輸出端通過引入負載電流ibus模擬負載變動，當負載 電流ibus的方向與能量輸出方向相反時，雙向DC-DC變換器工作在降壓模式，當負載電流 ibus的方向與能量輸出方向相同時，雙向DC-DC變換器工作在升壓模式。
[0010] 所述的雙向DC-DC變換器的狀態空間模型為：
[0012] 其中，k為電感電流，V。為負載電容電壓，ibus為負載電流，vse為電能存儲裝置電 壓，u為VT2的控制信號，當u= 1時，開關VT2導通；u= 0時，開關VT2關斷，開關￥1'2與開 關乂1\控制信號互補。
[0013] 所述的混合終端滑膜控制器以電感的電流和負載電容電壓誤差作為控制參量，輸 出滑模面S通過滯環比較器生成控制信號u控制第一開關和第二開關，當S> 0時，控制信 號u為0;S< 0時，控制信號u為1所述的混合終端滑膜控制器的控制函數為：
[0014] S=iL+α! (vc-vc*) +a2J[(vcvc*) + (vc_vc*)λ ]dt
[0015] 其中，S為滑膜面，k為電感電流，v為電壓誤差，v。為負載電容電壓，v/為v。 的參考電壓，αρα2為滑膜系數，λ為分數冪且〇 <λ< 1。
[0016] 所述的電能存儲裝置為蓄電池或者超級電容。
[0017] 所述的滑膜系數αρα2的選擇可依照傳統線性滑膜控制算法來求取。
[0018] 與現有技術相比，本發明具有以下優點：
[0019] 本發明將雙向DC-DC變換器的電感電流與輸出電壓作為混合終端滑膜控制器的 控制參量，采用輸出電壓誤差以及輸出電壓誤差積分與帶有分數冪的輸出電壓誤差積分之 和的線性組合作為滑膜面，保證了雙向DC-DC變換器輸出電壓能夠在有限時間內快速有效 收斂，從而有效改善雙向DC-DC變換器輸出側電壓品質，使輸出電壓在有限時間內穩定，提 高輸出電壓響應速度與精度
【附圖說明】
[0020] 圖1為雙向DC-DC變換器的混合終端滑膜控制結策略圖。
[0021] 圖2為混合終端滑膜控制器結構圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0023] 實施例：
[0024] 如圖1所示，本發明選用電能存儲裝置作為可充放電元件連接在雙向DC-DC變換 器的輸入端，負載側電容連接在雙向DC-DC變換器的輸出端，負載側電容與電能存儲裝置 通過雙向DC-DC變換器連接，形成能量雙向傳輸回路。在負載變動的情況下，雙向DC-DC變 換器的輸出電壓會因此發生變動，這時通過控制器控制雙向DC-DC變換器，使雙向DC-DC變 換器的輸出電壓趨于平穩，采集的雙向DC-DC變換器的電感電流信號與輸出電壓信號作為 控制參量，輸入到混合終端滑模控制器中，經混合終端滑模控制器運算處理，并通過滯環比 較器產生控制信號，控制雙向DC-DC變換器，進而控制電能存儲裝置的充放電，來平穩雙向 DC-DC變換器的輸出電壓。
[0025] 雙向DC-DC變換器為雙向半橋變換器拓撲結構，它可以實現能量在輸入端和輸出 端之間雙向傳輸，功率不僅可以從輸入端流向輸出端，也能從輸出端流向輸入端。電能存儲 裝置連接在雙向DC-DC變換器的輸入端，負載側電容連接在雙向DC-DC變換器的輸出端。負 載變動通過負載電流ibus來模擬，當負載電流ibus為負方向（如圖1所示負載電流ibus方向 為正方向）時，負載側電容電壓v。將高于其參考值vΛ這時控制器使雙向DC-DC變換器工 作在降壓模式，電能存儲裝置將吸收能量，工作在充電狀態，實現能量從負載側到電能存儲 裝置轉移；當負載電流ibus為正方向時，這時，控制器控制雙向DC-DC變換器，使其工作在升 壓模式，電能存儲裝置將釋放能量，通過雙向DC-DC變換器，將能量傳輸給負載側。通過對 雙向DC-DC變換器的控制，即可實現負載側電壓V。穩定。
[0026] 如圖2所示，混合終端滑模控制器的設計依據其采用的滑模面S，其滑模面設計為 s=iL+α1(ν<；_?+α2/ [(vA]dt，因此該控制器由三部分組成：電感電流 L輸出電壓誤差和輸出電壓誤差的混合積分J(v。-〇 + (\-〇Mt。混合終端滑 模控制器的輸出為以上三部分的線性組合，即為：S = if a i(\_〇+ a 2 J[(v+ (vc- 其中，αι、02為控制器的滑模系數，λ為分數冪。在該控制器中，通過引入分數 冪入，使得該控制器具有非線性結構。非線性積分項Jh-O+h-OMt的存在，這不