[发明专利]一种移相全桥变换器电流预测无差拍平均模型控制方法

说明书

本发明公开了一种移相全桥变换器电流预测无差拍平均模型控制方法，所述控制方法结合过采样技术，将电流环被控对象从单点采样电感电流转换为了电感电流的平均值，通过对当前周期电流值的预测计算下一拍控制量，降低了滞后一拍控制的影响改善了控制器的动态性能。所提方法有效改善了DC/DC变换器控制系统稳定性与动态性能之间的矛盾，从而提高了模块化多电平数字功放系统整体稳定性与可靠性。另外，针对移相全桥变换器占空比丢失问题引入了脉冲前馈控制，不仅改善了移相全桥变换器无差拍控制的稳态跟踪性能，还进一步提高了系统的动态性能，并且扩展了输出电感参数匹配范围。

技术领域

本发明属于电力电子装置技术领域，具体涉及一种移相全桥变换器电流预测无差拍平均模型控制方法。

背景技术

移相全桥变换器控制系统根据被闭环控制对象数目可为单环控制系统和多环控制系统。单环控制系统通常是指输出电压环控制，在采用单环控制时，系统仅取输出电压作为反馈，系统无法对输出电流进行精确控制。在多环控制系统中，可以根据不同的控制要求选择多个被控对象，适用于控制性能要求较高的场合。在移相全桥变换器中通常对输出电压和输出电流均有要求，因此，被控对象包括输出电压和电感电流，一般采用双环控制。为了保证直流变换器输出恒压特性，可选择电压环作为控制外环，而电流环作为控制内环负责跟踪给定电流。在电压外环控制基础上引入电流内环控制不仅提高了直流变换器的动态性能，还使得流过功率器件的电流受控在安全工作范围之内，极大地提升了直流变换器系统稳定性与可靠性。因此，电流内环是影响控制系统性能的关键因素。

电流内环采用无差拍控制的实现方式是通过采样获得系统在当前时刻的状态信息，结合控制对象下一采样时刻目标值与系统电路模型，计算出当前周期所需控制信号并无延时施加控制，因而动态性能优越。

传统无差拍控制方法基于单点采样控制，通常将电流采样点设置在开关周期内顶点或者谷点进行单点采样，随着直流变换器功率密度提高，尤其是大功率应用下，数字控制系统处于较强的电磁干扰环境下，基于单点采样的方式容易受到高速器件开关动作带来的共模和差模干扰，从而影响系统的动态控制效果和输出稳定性，极端情况下甚至会导致系统失效。

数字控制系统为了提高抗干扰能力需要在控制回路中加入较大的滤波环节，再根据滤波后采样值对系统进行控制。同时，数字系统中存在计算和脉冲更新等系统延时，因而计算出的当前周期所需控制信号通常在下一周期才可更新，这种方式被称为滞后一拍输出控制方式。所以，滤波环节的加入和滞后一拍的控制方式导致传统无差拍控制方法动态性能优势很难得到发挥。除此之外，移相全桥拓扑副边占空比丢失特性还导致电感电流的平均值采样点、峰值采样点以及谷值采样点时间随着输入电压和负载电流漂移，所以存在采样点时间难以选取的问题。

发明内容

为了解决上述移相全桥变换器中传统无差拍控制的缺点，本发明利用多点采样技术提出一种预测无差拍平均模型控制方法来提高移相全桥变频器控制系统的抗干扰性能和动态性能。所述控制方法用于移相全桥变换器上，所述移相全桥变换器依次由全桥逆变电路、谐振电感、高频功率变压器、全桥整流电路、由L_f和C_f组成的输出滤波电路连接组成，其采用双闭环控制系统，电压外环采用PI控制，电流内环采用预测无差拍平均模型控制方法，所述预测无差拍平均模型控制方法为：

当系统运行于k周期，对输出滤波电感电流采用过采样技术并求取平均值，得到k周期电流平均值I_avg(k)；

当系统运行于k+1周期，根据k周期电感电流平均值I_avg(k)及k+2周期电流给定值I_set(k+2)计算得到k+2周期的控制信号D_k+2，计算公式为：