Dc-dc變換器建模中的控制算法的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種控制算法，尤其涉及一種DC-DC變換器建模中的控制算法的確定 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源就是能向自然界提供能量轉(zhuǎn)化的物質(zhì)（例如核能能源，光伏能源，風(fēng)力能源， 水利能源，礦物質(zhì)能源等）。能源是人類活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。在當(dāng)今能源短缺的形勢(shì)下，人類 社會(huì)的發(fā)展離不開(kāi)優(yōu)質(zhì)能源的出現(xiàn)和先進(jìn)能源技術(shù)的使用。能源的開(kāi)發(fā)以及能源所伴隨的 環(huán)境問(wèn)題，是全世界、全人類共同關(guān)心的問(wèn)題，也是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問(wèn)題。許多國(guó) 家也為此采取了很多積極有效的措施來(lái)解決能源問(wèn)題。但是，隨著在世界能源結(jié)構(gòu)中占主 導(dǎo)地位的煤炭、石油、天然氣等礦物質(zhì)能源的消耗不斷增加，人類社會(huì)面臨著越來(lái)越嚴(yán)峻的 能源與環(huán)境問(wèn)題的考驗(yàn)。與此同時(shí)，光伏能源作為一種清潔的可再生能源，開(kāi)始引起了人們 的廣泛關(guān)注。光伏清潔能源是將太陽(yáng)的光能轉(zhuǎn)換成為其他形式的電能、熱能或者化學(xué)能，能 源轉(zhuǎn)換過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生其他有害的氣體或固體廢料，是一種環(huán)保、安全、清潔的新型能源。
[0003] 當(dāng)今世界各國(guó)特別是發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于光伏發(fā)電技術(shù)十分重視，針對(duì)其制定規(guī)劃，增 加投入、并加以大力發(fā)展。伏發(fā)電是利用光伏電池這種半導(dǎo)體器件吸收太陽(yáng)光輻射能，使之 轉(zhuǎn)化成電能的直接發(fā)電形式。與常規(guī)發(fā)電和其它綠色發(fā)電技術(shù)相比，光伏發(fā)電有以下的優(yōu) 勢(shì)：
[0004] (1)太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭，照射到地球上的太陽(yáng)能比人類消耗的能量大 6000倍而且發(fā)電安全可靠，不會(huì)遭受能源危機(jī)或燃料市場(chǎng)不穩(wěn)定的沖擊；
[0005] (2)太陽(yáng)能資源隨處可得，可就近供電。不必長(zhǎng)距離輸送，避免了長(zhǎng)距離輸電線路 所造成的電能損失，同時(shí)也節(jié)省了輸電成本。這同時(shí)也為家用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)在輸電不便 的西部大規(guī)模使用提供了條件；
[0006] (3)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程簡(jiǎn)單，是直接從光子到電子的轉(zhuǎn)換，沒(méi)有中間 過(guò)程（如熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電磁能等）和機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不存在機(jī)械磨損。根據(jù) 熱力學(xué)分析，光伏發(fā)電具有很高的理論發(fā)電效率，可達(dá)80%以上，技術(shù)開(kāi)發(fā)潛力巨大；
[0007] (4)光伏發(fā)電不產(chǎn)生任何廢棄物，沒(méi)有污染，噪聲等公害，對(duì)環(huán)境無(wú)不良影響，是理 想的清潔能源；
[0008] (5)太陽(yáng)能電池組件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，便于運(yùn)輸和安裝。光伏發(fā)電系統(tǒng)建 設(shè)周期短，而用根據(jù)用電負(fù)荷容量可大可小，方便靈活，極易組合、擴(kuò)容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種光伏發(fā)電系統(tǒng)中DC-DC變換器建模中的控制算法的確定方法， 具有魯棒性強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。
[0010] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案=DC-DC變換器建模中的控制算法 的確定方法，其特征在于：包括增量式PID算式的確定方法和PID控制參數(shù)的確定方法；
[0011] 所增量式PID算式的確定方法包括：
[0012] (1)將PID控制算式：
[0014] 式中，U :控制器的輸出；
[0015] u。:偏差為零時(shí)u的初值；
[0016] e(t):調(diào)節(jié)器輸入函數(shù)，即給定量與輸出量的偏差；
[0017] Kp:比例增益，其倒數(shù)稱為比例帶，即δ = l/Κρ ;
[0018] T1:積分時(shí)間常數(shù)；
[0019] Td:微分時(shí)間常數(shù)；
[0020] 中的微分方程離散化，并改寫差分方程，作如下近似：
[0023] 式中，T為采樣周期；
[0024] k為采樣序號(hào)；
[0025] e (k-1)、e (k)分別為第（k-Ι)和第k次控制周期所得偏差；
[0026] (2)將式⑵和式（3)帶入式⑴得到：
[0028] 則第（k-Ι)時(shí)刻的控制量u (k-Ι)為：
[0030] (3)式（4)_式（5)得到第k時(shí)刻的控制量的增量為：
[0034] 式（6)即為增量式PID算式；
[0035] 所述PID控制參數(shù)的確定方法包括：
[0036] a.選擇一個(gè)足夠短的采樣周期Tmin，其中Tmin應(yīng)小于對(duì)象純滯后時(shí)間的十分之 〇
[0037] b.將數(shù)字控制器選為比例控制，逐漸增大比例系數(shù)Kp的值，直至系統(tǒng)的階躍響應(yīng) 達(dá)到臨界振蕩狀態(tài)；
[0038] c.確定控制度：
[0039] d.根據(jù)步驟c確定的控制度查表求得各個(gè)控制參數(shù)的值。
[0040] E.使PID控制器按照求得的控制參數(shù)運(yùn)行，并觀察控制效果，如果系統(tǒng)穩(wěn)定性不 夠，可適當(dāng)加大控制度，再重復(fù)步驟d和e直到獲得滿意的控制效果。
[0041] 本發(fā)明提供了一種DC-DC變換器建模中的控制算法的確定方法，魯棒性強(qiáng)，簡(jiǎn)單 易行，容易實(shí)現(xiàn)，能夠使得DC-DC變換器建模的控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性好，精度高。
【附圖說(shuō)明】
[0042] 圖1為DC-DC變換器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0043] 圖2為變換器工作于正向Boost時(shí)等效電路；
[0044] 圖3為變換器工作于正向Buck時(shí)等效電路；
[0045] 圖4為開(kāi)關(guān)變換器的建模分析；
[0046] 圖5為PID控制系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)敘述。
[0048] DC-DC變換器建模中的控制算法的確定方法，其特征在于：包括增量式PID算式的 確定方法和PID控制參數(shù)的確定方法；
[0049] 所增量式PID算式的確定方法包括：
[0050] (1)將PID控制算式：
[0052] 式中，U :控制器的輸出；
[0053] u。:偏差為零時(shí)u的初值；
[0054] e (t):調(diào)節(jié)器輸入函數(shù)，即給定量與輸出量的偏差；
[0055] Kp:比例增益，其倒數(shù)稱為比例帶，即δ = l/Κρ ;
[0056] T1:積分時(shí)間常數(shù)；
[0057] Td:微分時(shí)間常數(shù)；
[0058]中的微分方程離散化，并改寫差分方程，作如下近似：
[0061] 式中，T為采樣周期；
[0062] k為采樣序號(hào)；
[0063] e (k-1)、e (k)分別為第（k-1)和第k次控制周期所得偏差；
[0064] (2)將式⑵和式（3)帶入式⑴得到：
[0066] 則第（k-Ι)時(shí)刻的控制量u (k-Ι)為：
[0068] (3)式（4)_式（5)得到第k時(shí)刻的控制量的增量為：
[0072] 式（6)即為增量式PID算式；
[0073] 所述PID控制參數(shù)的確定方法包括：
[0074] a.選擇一個(gè)足夠短的采樣周期Tmin，其中Tmin應(yīng)小于對(duì)象純滯后時(shí)間的十分之 〇
[0075] b.將數(shù)字控制器選為比例控制，逐漸增大比例系數(shù)Kp的值，直至系統(tǒng)的階躍響應(yīng) 達(dá)到臨界振蕩狀態(tài)；
[0076] c.確定控制度：
[0077] d.根據(jù)步驟c確定的控制度查表求得各個(gè)控制參數(shù)的值。
[0078] E.使PID控制器按照求得的控制參數(shù)運(yùn)行，并觀察控制效果，如果系統(tǒng)穩(wěn)定性不 夠，可適當(dāng)加大控制度，再重復(fù)步驟d和e直到獲得滿意的控制效果。
[0079] DC-DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器 的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式，控制信號(hào)周期不變，改變占空比，二是頻率調(diào)制， 改變控制信號(hào)頻率。
[0080] 本發(fā)明所研究的雙管換流型Buck-Boost DC-DC變換器的主電路拓?fù)淙鐖D1所示， 該變換器可以實(shí)現(xiàn)單向的升壓和降壓變換，控制方式為調(diào)節(jié)MOS管Ql和Q2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的 占空比實(shí)現(xiàn)升降壓調(diào)節(jié)，方法簡(jiǎn)單易行，并且控制范圍廣，能