一种并联式脉冲功率解耦系统控制装置及控制方法与流程

本发明属于电力电子控制领域，具体涉及一种并联式脉冲功率解耦系统控制装置及控制方法。

背景技术：

1、随着科技的迅速发展，相控阵雷达、合成孔径雷达等高峰值功率、低平均功率、功率周期性变化的脉冲负载在机载国防装备中得到广泛应用。脉冲负载功率按周期性脉动，而机载供电系统常受容量、空间和重量等限制，其供电功率需保持恒定，瞬时功率差的存在会使供电功率与脉冲负载功率不匹配，进而对机载供电系统造成较大冲击，导致供电系统电压电流严重波动、其它设备不能正常运行等事故，影响机载供电系统安全可靠运行。为了解决供电功率与脉冲负载功率不匹配的问题，减轻脉冲负载特性对供电系统的影响，研究有效可靠的脉冲负载功率解耦方法是必不可少的措施。常用的脉冲负载功率解耦方法是将双向buck/boost变换器并联于前级供电系统输出端口构成并联式脉冲功率解耦系统，如图1所示。同时，通过pi控制策略控制双向buck/boost变换器提供脉冲功率中的脉动分量，而前级供电系统只需提供负载平均功率，消除脉动功率对前级供电系统的影响。

2、理想情况下，当脉冲负载在高功率和低功率状态切换时，传统双向buck/boost变换器提供的补偿电流方向切换可看作瞬时完成，但由于电感电流不能突变，电感电流换向暂态过程使得补偿电流不能及时跟随脉冲电流中的脉动分量，前级供电系统输出电压会出现跌落，母线电流存在较大电流尖峰。脉冲负载电流ip、双向buck/boost变换器提供的补偿电流ib、母线电流io、解耦电容电压vcs波形如图2所示。

3、为解决上述问题，可采用双电感双向buck/boost变换器作为功率解耦单元，通过为正负两个不同方向的补偿电流提供独立通路，使补偿电流在脉冲负载功率切换时能够及时跟随脉冲电流交流分量，消除电感电流反向的暂态过程，提高变换器的动态性能，如图3所示。脉冲负载电流ip、双电感双向buck/boost变换器两支路电感电流il1和il2、补偿电流ib、母线电流io、解耦电容电压vcs波形如图4所示。

4、为保证双电感双向buck/boost变换器正常工作，需控制解耦电容电压大于前级供电系统输出电压，并控制双电感双向buck/boost变换器实现对脉冲电流的补偿。然而若采用基于传统pi控制器的电压电流双环控制方法，当脉冲负载电流突变时，由于电流内环低频段的环路增益有限，其对电流参考量的跟踪精度和速度不足，双电感双向buck/boost变换器动态响应性能不佳，前级供电系统输出端母线电流仍会存在电流尖峰。

技术实现思路

1、为解决以上现有技术存在的问题，本发明提出了一种并联式脉冲功率解耦系统控制装置，该装置包括：二阶低通滤波器、采样模块、外环非线性adrc控制器、内环非线性adrc控制器、电流前馈模块、比较器以及双电感双向buck/boost变换器；双电感双向buck/boost变换器的输出端分别连接二阶低通滤波器的输入端和内环非线性adrc控制器的第一输入端；采样模块用于采集容值电压，其输出端连接外环非线性adrc控制器的输入端；外环非线性adrc控制器的输出端与二阶低通滤波器的输出端均接入内环非线性adrc控制器的输入端；内环非线性adrc控制器的输出端接入电流前馈模块的输入端；电流前馈模块输出端连接比较器的正输入端，比较器的负输入端接入参考电压，比较器的输出端连接双电感双向buck/boost变换器的输入端。

2、一种并联式脉冲功率解耦系统控制方法，该方法包括：

3、s1、采集双电感双向buck/boost变换器中的母线电流io、脉冲负载电流ip，解耦电容谷值电压vcs_min；

4、s2、设置电流阈值以及电压阈值，若电流io大于电流阈值，且电压vcs_min大于电压阈值，则开关管s1、s2关断；否则执行步骤s3；

5、s3、判断ip是否大于0，若是，则双电感双向buck/boost变换器为buck模式，并执行步骤s5；若不是，则执行步骤s4；

6、s4、判断ip是否等于0，若不是，则返回步骤s3，若是，则双电感双向buck/boost变换器为boost模式，并执行步骤s5；

7、s5、采用前馈非线性adrc控制算法计算开关管s1的占空比d1和开关管s2的占空比d2；

8、s6、将计算出的开关管s1的占空比d1和开关管s2的占空比d2输入到epwm模块中，生成开关管s1、s2的pwm信号。

9、本发明的有益效果：

10、本发明采用双电感双向buck/boost变换器作为脉冲功率补偿单元并联于前级供电系统输出端口，能够消除电感电流换向的暂态过程，有效减小脉冲负载状态切换时产生的母线电流尖峰；本发明提出的前馈非线性adrc控制方法通过将补偿电流参考量引入控制环路并采用非线性adrc控制器替代传统pi控制器，有效减小了电流内环的跟踪误差，补偿电流能够完全跟随脉冲电流交流分量，有效抑制了母线电流尖峰，能够在提高双电感双向buck/boost变换器动态响应速度的同时兼顾系统稳定性。

1.一种并联式脉冲功率解耦系统控制装置，其特征在于，包括：二阶低通滤波器、采样模块、外环非线性adrc控制器、内环非线性adrc控制器、电流前馈模块、比较器以及双电感双向buck/boost变换器；双电感双向buck/boost变换器的输出端分别连接二阶低通滤波器的输入端和内环非线性adrc控制器的第一输入端；采样模块用于采集容值电压，其输出端连接外环非线性adrc控制器的输入端；外环非线性adrc控制器的输出端与二阶低通滤波器的输出端均接入内环非线性adrc控制器的输入端；内环非线性adrc控制器的输出端接入电流前馈模块的输入端；电流前馈模块输出端连接比较器的正输入端，比较器的负输入端接入参考电压，比较器的输出端连接双电感双向buck/boost变换器的输入端。

2.根据权利要求1所述一种并联式脉冲功率解耦系统控制装置，其特征在于，二阶低通滤波器由两个电阻r1～r2、两个电容c1～c2以及一个运算放大器a1；电阻r1的一端与双电感双向buck/boost变换器的输出端，电阻r1的另一端分别连接电容c1正极和电阻r2的一端；电阻r2的另一端分别连接电容c2的正极和运算放大器a1的正输入端；电容c2的负极接地；电容c1的负极和运算放大器a1的负极均连接运算放大器a1输出端。

3.根据权利要求1所述一种并联式脉冲功率解耦系统控制装置，其特征在于，外环非线性adrc控制器由扩张状态观测器eso和非线性状态误差反馈控制率nlsef组成。

4.根据权利要求1所述一种并联式脉冲功率解耦系统控制装置，其特征在于，内环非线性adrc控制器由跟踪微分器td、扩张状态观测器eso以及非线性状态误差反馈控制率nlsef三部分构成；跟踪微分器td用于对输入信号进行微分处理，输出微分信号；扩张状态观测器eso用于对解耦电容电压和输入电流进行估算；非线性状态误差反馈控制率nlsef用于对扩张状态观测器eso估算值进行补偿。

5.根据权利要求4所述一种并联式脉冲功率解耦系统控制装置，其特征在于，跟踪微分器td用于对输入信号进行微分处理包括：

6.根据权利要求4所述一种并联式脉冲功率解耦系统控制装置，其特征在于，扩张状态观测器eso的离散表达式为：

7.根据权利要求4所述一种并联式脉冲功率解耦系统控制装置，其特征在于，非线性状态误差反馈控制率nlsef的离散表达式为：

8.一种并联式脉冲功率解耦系统控制方法，该方法采用基于权利要求1～7任意所述的一种并联式脉冲功率解耦系统控制装置，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的一种并联式脉冲功率解耦系统控制方法，其特征在于，计算开关管s1的占空比d1的表达式为：

10.根据权利要求8所述的一种并联式脉冲功率解耦系统控制方法，其特征在于，开关管s2占空比d2的值为开关管s1占空比d1取反。