一種對高壓電容器充電的模糊控制方法及裝置製造方法
2023-11-01 06:51:22 1
一種對高壓電容器充電的模糊控制方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種對高壓電容器充電的模糊控制方法和裝置，所述方法包括：測取充電電源的實時充電電流值,將測取的實時充電電流值與預設充電電流值相比較，得到誤差和誤差的變化率並經過模糊推理，得到佔空比變化率，將佔空比變化率加上上一採樣時刻的佔空比得到當前時刻的佔空比；將當前時刻的佔空比轉換成移相角通過移相的方法對全橋逆變器進行調製，從而調節充電電流。通過本發明方法，控制充電電源工作在開關頻率大於諧振頻率的過諧振狀態及諧振電流工作在連續模式，逆變輸出的準方波電壓的相位超前於諧振電流的相位，可減小諧振電流的峰值，有利於提高充電電源的功率等級，有利於實現開關管的零電壓開通，以及實現對充電電流的控制。
【專利說明】一種對高壓電容器充電的模糊控制方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於電力電子【技術領域】，更具體地，涉及一種對高壓電容器充電的模糊控制方法及裝置。
【背景技術】
[0002]脈衝功率技術具有廣泛的應用範圍，已由最初的科研和軍事領域擴展到教育、醫療、工業、民用等多個領域，而且隨著各領域研究的深入，對脈衝功率設備的需求更大。脈衝功率領域最為常用的初級儲能環節就是高壓電容器儲能，因此高壓電容器充電電源是脈衝功率設備中的極其重要的組成部分。
[0003]有三種高壓電容器充電技術目前比較成熟，即帶限流電阻器的高壓直流源充電，工頻L-C諧振充電，高頻變換器充電。前面兩種充電技術由於效率低下、功率密度不高、充電精度差、無法工作在更新模式等諸多缺點而逐漸被採用高頻變換器充電的技術所取代。
[0004]在高頻變換器充電中，串聯諧振變換器充電由於其拓撲結構相對簡單，具有恆流、恆特徵阻抗、恆諧振頻率(即使負載電容在比較大的範圍內變化)等優點而成為充電領域中最為常用的充電技術。當選擇串聯諧振變換器的工作模式為斷續模式，即開關頻率小於0.5倍的諧振頻率時，變換器具有恆流源的輸出特性。輸出電流與開關頻率成正比，開關管能夠實現零電流關斷，而且斷續情況下的變換器相關參數也是非常容易設計的。雖然基本的串聯諧振充電具有諸多的優點，但該充電方式仍然存在許多缺陷:
[0005](I)與工作在連續模式下相比，工作在斷續模式在相同的特徵阻抗的情況下由於平均電流相對較小，因此充電時間就會比較長。
[0006](2)由於串聯諧振充電電源採用調節開關頻率的方式來調節輸出平均電流的大小，這種控制方式會產生很多問題，比如開關頻率較低時會產生噪音問題；磁性元件難以優化設計等。
[0007](3)由於工作在斷續模式，提高電源功率就意味著增大諧振電流峰值，這會使得開關管以及母線電容的選擇比較困難，功率難以進一步做大。
【發明內容】
[0008]本發明針對現有技術的不足， 申請人:經過研究改進，提供一種基於模糊控制的移相串聯諧振高壓電容器充電控制方法及控制裝置。
[0009]為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種對高壓電容器充電的模糊控制方法，並通過移相調製的方法實現，用於通過充電電源為高壓儲能電容器進行充電，所述充電電源中包括有全橋逆變器，所述方法包括:
[0010](I)測取充電電源的實時充電電流值；
[0011](2)將測取的實時充電電流值與預設充電電流值相比較，得到誤差和誤差的變化率並經過量化後，作為模糊控制器的輸入量，模糊控制器根據輸入量及預先制定的模糊控制規則庫進行模糊推理，得到佔空比變化率Adk作為輸出量；[0012](3)將所述步驟(2)中獲得的佔空比變化率Adk加上上一採樣時刻的佔空比dk_i得到當前時刻的佔空比dk;
[0013](4)將所述步驟(3)中得到的當前時刻的佔空比dk轉換成移相角Sk，通過移相的方法對全橋逆變器進行調製，調節其輸出準方波的寬度滿足佔空比dk的要求，從而調節充電電流。
[0014]通過本發明方法，控制充電電源工作在開關頻率大於諧振頻率的過諧振狀態及諧振電流工作在連續模式，逆變輸出的準方波電壓的相位超前於諧振電流的相位，有利於開關管零電壓開通的實現，可減小諧振電流的峰值，有利於提高充電電源的功率等級，通過模糊控制的方法在難以得到充電電源精確數學模型的情況下，也能實現對充電電流的控制。
[0015]優選地,所述步驟(2)具體包括:
[0016](21)將測取的實時充電電流值與預設充電電流值比較得到充電電流誤差Ek，將當前時刻的充電電流誤差與上一採樣時刻的電流誤差比較得到誤差變化率CEk，將他們分別量化後，得到ek和cek，將其作為模糊控制器的輸入語言變量；
[0017](22)根據模糊控制規則庫對充電電流的誤差ek和充電電流誤差變化率cek進行模糊推理，獲得充電電源的佔空比變化率A dk。
[0018]通過採用這種模糊控制的方法，能有效的解決基於串聯諧振電路的電容器充電電源工作在過諧振、電流連續模式下，充電電流難以控制的問題。
[0019]優選地，所述步驟(2)中模糊規則庫的確定原則為:
[0020]當實時充電電流值遠離預設充電電流值時，加大佔空比的變化率以快速減小誤差;
[0021 ] 當實時充電電流值正向預設充電電流值靠攏時，減小佔空比的變化率以減小誤差，並降低誤差減小的速率；
[0022]當實時充電電流值距離預設充電電流值已經很近而且正在快速的向其靠攏時，停止佔空比的變化以抑制振蕩；
[0023]當實時充電電流值已經到達預設充電電流值並且仍在變化時，小幅度變化佔空比以防止實時充電電流值偏離預設充電電流值；
[0024]當實時充電電流值已經到達預設充電電流值而且維持不變時，停止佔空比的變化。
[0025]通過這種方法，能有效的指導所述模糊控制器模糊推理規則的設計。
[0026]優選的，所述模糊控制規則庫具體為:
[0027]所述模糊控制規則庫具體為:
[0028]設定輸入語言變量充電電流的誤差ek及誤差變化率cek的論域均為[_1，I]，並且定義它們的模糊子集均為:{負大(NB)，負小(NS)，零(ZE)，正小(PS)，正大(PB) };輸出量Adk的論域也選為[_1，1];在論域內選取17個最具代表性的模糊單值，分別為:0.00，±0.10，±0.20，±0.30，±0.35，±0.45，±0.50，±0.65，±1.00 ;根據誤差和誤差變化率查詢下表可得響應的佔空比調節係數，再根據所述佔空比調節係數計算出佔空比變化率，
【權利要求】
1.一種對高壓電容器充電的模糊控制方法，其特徵在於，用於通過充電電源為高壓儲能電容器進行充電，所述充電電源中包括有全橋逆變器，所述方法包括: (1)測取充電電源的實時充電電流值； (2)將測取的實時充電電流值與預設充電電流值相比較，得到誤差和誤差的變化率並經過量化後，作為模糊控制器的輸入量，模糊控制器根據輸入量及預先制定的模糊控制規則庫進行模糊推理，得到佔空比變化率Adk作為輸出量； (3)將所述步驟(2)中獲得的佔空比變化率Adk加上上一採樣時刻的佔空比Cllri得到當如時刻的佔空比dk ； (4)將所述步驟(3)中得到的當前時刻的佔空比dk轉換成移相角Sk，通過移相的方法對全橋逆變器進行調製，調節其輸出準方波的寬度滿足佔空比dk的要求，從而調節充電電流。
2.如權利要求1所述的控制方法，其特徵在於，所述步驟(2)具體包括: (21)將測取的實時充電電流值與預設充電電流值比較得到充電電流誤差Ek，將當前時亥IJ的充電電流誤差與上一採樣時刻的電流誤差比較得到誤差變化率CEk，將他們分別量化後，得到ek和cek，將其作為模糊控制器的輸入語言變量； (22)根據模糊控制規則庫對充電電流的誤差ek和充電電流誤差變化率cek進行模糊推理，獲得充電電源的佔空比變化率Adk。
3.如權利要求1所述的控制方法，其特徵在於，所述步驟(2)中模糊規則庫的確定原則為: 當實時充電電流值遠離預設充電電流值時，加大佔空比的變化率以快速減小誤差；當實時充電電流值正向預設充電電流值靠攏時，減小佔空比的變化率以減小誤差，並降低誤差減小的速率； 當實時充電電流值距離預設充電電流值已經很近而且正在快速的向其靠攏時，停止佔空比的變化以抑制振蕩； 當實時充電電流值已經到達預設充電電流值並且仍在變化時，小幅度變化佔空比以防止實時充電電流值偏離預設充電電流值； 當實時充電電流值已經到達預設充電電流值而且維持不變時，停止佔空比的變化。
4.如權利要求2所述的控制方法，其特徵在於，所述模糊控制規則庫具體為: 設定輸入語言變量充電電流的誤差ek及誤差變化率cek的論域均為[-1，I]，並且定義它們的模糊子集均為:{負大(NB)，負小(NS)，零(ZE)，正小(PS)，正大(PB)};輸出量Adk的論域也選為[-1，I];在論域內選取17個最具代表性的模糊單值，分別為:0.00，±0.10，±0.20，±0.30，±0.35，±0.45，±0.50，±0.65，± 1.00 ;根據誤差和誤差變化率查詢下表可得響應的佔空比調節係數，再根據所述佔空比調節係數計算出佔空比變化率，
5.如權利要求2所述的控制方法，其特徵在於，所述步驟(22)中根據誤差和誤差變化率計算佔空比變化率，具體包括: 對輸入量ek和cek的模糊化處理，其中所述充電電流的誤差ek和誤差變換率cek的模糊子集選取相同的三角形隸屬度函數曲線； 對IF-THEN規則中「 IF」部分的處理，即衡量規則中條件部分的符合度，其中「IF」部分的隸屬度按取大運算規則計算； 對IF-THEN規則中的「THEN」部分的處理，即基於各條規則的符合度分別導出各條規則推理的結果，其中「THEN」部分的處理，採用Mamdani含義，也即取小蘊涵法； 將規則庫中多個規則的推理結果進行綜合，其中推理結果的綜合採用取大整合的個別式推理； 將最終的推理結果轉化為輸出量佔空比變化率Adk的精確數值，即「解模糊」，其中「解模糊」採用Sugeno法。
6.如權利要求1所述的控制方法，其特徵在於，所述步驟(4)具體包括: 將模糊控制器計算得到的佔空比dk轉換成全橋逆變器中對應的開關管驅動信號移相角 設定全橋逆變器中同一橋臂上下兩個開關管的佔空比約為0.5，需考慮死區時間，且相互180°互補導通； 同步向前或向後移動全橋逆變器滯後橋臂兩個開關管的驅動信號的相角，使其全橋逆變器的滯後橋臂滯後超前橋臂的角度等於移相角S k，調節全橋逆變器斜對角開關管的共同導通時間的長短，從而調節全橋逆變器輸出準方波電壓的寬度滿足佔空比dk要求。
7.一種對高壓電容器充電的模糊控制裝置，其特徵在於，包括: 第一模塊，用於測取充電電源實時的充電電流值； 第二模塊，用於將第一模塊測取的充電電流值與預設充電電流值相比較，得到誤差和誤差的變化率並經過量化後，作為模糊控制器的輸入量，模糊控制器根據輸入量及預先制定的模糊控制規則庫進行模糊推理，得到佔空比變化率Adk作為輸出量； 第三模塊，用於將所述第二模塊所獲得的佔空比變化率A dk加上上一採樣時刻的佔空比Cllri得到當前時刻的佔空比dk ； 第四模塊，用於將所述第三模塊所獲得的佔空比dk轉換成移相角5 k，通過移相的方法對全橋逆變器進行調製，調節其輸出準方波的寬度滿足佔空比dk的要求，從而調節充電電流跟蹤指令。
【文檔編號】H02M3/335GK103457475SQ201310328560
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年7月31日 優先權日:2013年7月31日
【發明者】林磊, 鍾和清, 鄧禹, 徐強強, 高林 申請人:華中科技大學