用于功率变换器的功率级的自适应双阶段识别控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于功率变换器的功率级的自适应双阶段识别控制方法以及相关的功率变换器。本发明具体涉及自动表征DC-DC变换器的功率级并且在双重识别过程中响应于该表征调整控制律的功率变换器中的DC/DC变换。
【背景技术】
[0002]现有技术系统已经通过借助对用户来说方便和可使用的装置手动调节控制器响应解决了 DC-DC变换器调谐的问题(例如[O])。在[O]中，可以认识到，DC-DC转换功率级具有这样的性能，其导致一种方便的方法，该方法用于按比例调节预先设计的补偿器以使得其开环交叉频率和相位裕度在功率级参数变化时近似保持恒定，适合于由终端用户手动调谐而不必重新设计补偿器。
[0003]自适应控制方法已经被应用于DC-DC变换器调谐的问题。在[3]和[4]中应用了非参数方法，涉及添加正弦波干扰[3]或感应的环路振荡[4]到系统中以测量诸如相位裕度的环路特性。然而，这些方法可能会受到例如在负载点调节应用中可能常见的外部干扰的影响，并且此外，可能会引入对输出电压的显著的干扰而影响调节性能。
[0004]在[5]中，介绍了模型参考脉冲响应方法，其中，提出了两种方法以表征系统的脉冲响应，涉及系统的一次性快速表征和长期统计表征。虽然可以在线使用[5]和[6]中提出的统计方法，但由于所需要的噪声序列的长度，对于许多应用来说收敛时间太长，并且所引入的噪声干扰可能是不希望。[5]中所建议的脉冲摄动方法需要反复引入实验脉冲，同时，实施2-参数搜索以确定调节器参数。这会在调谐期间引入干扰，具有类似于[3、4]关于存在噪声时对外部干扰的灵敏度以及非最佳收敛的缺点。
[0005][7]的控制器示出了能够如何在于前馈控制器中使用LMS滤波器以调谐单个增益，但是没有解决调节器的一般传递函数的自适应控制的问题。该问题在[8]和[9]中得以解决，其中，使用预测误差滤波器(PEF)来基于预测误差的功率的最小化来调谐环路。然而，针对控制器适应的伪开环需求可能导致初始输出电压调节远小于所需要的，并且双参数控制系统可能易于发散，并且因此，不稳定的控制器可能导致某些情况。这些问题在[10]中得以解决，其中，利用PEF来调整两个控制器之间的平衡。但是，仍然存在许多缺陷，例如:
[0006]i)针对预先设计和实现两个控制器的要求对于许多用户来说过于复杂；
[0007]ii)预测误差的迭代最小化花费一些时间，这意味着由于控制器最初过于保守，因此在收敛时间期间对调节进行折衷。
[0008]iii)针对两个固定的控制器中的公共状态变量的要求意味着它们不能是积分控制器，并且改变控制器的积分增益的能力的这种缺乏是保持系统的脉冲响应的限制因素。
[0009]另外，[8]、[9]和[10]都将控制结构的类型限制为具有用于稳态调节的前馈元件的ARMA(零/极/非整数)类型结构。绝大多数控制器是PID，并且在能够自动地调谐或调节PID补偿器而不受限制方面存在明显优势。
[0010]PCT/EP2014/063987涉及一种用于跨越终端用户设计空间(例如，输出电容)调节补偿器的方法以及一种用于终端用户配置补偿器以使得选择最合适的调整值的装置。鉴于在改变功率级参数(例如，电容C)的同时保持原系统的响应是有利的，希望确定补偿器必须改变以便实现类似的响应的方式。也就是说，可以通过下列方式来实现该目的，即，以通常的方式设计一种基础补偿器并且发明一种用于根据例如C的新值来改变补偿以便维持系统性能的装置。已经显示出，这种关系可以被保持，例如，如果以如下方式将PID控制器的比例增益Kp、积分增益Ki以及微分增益Kd从原始值改变:
[0011]F = Cnew/C,
[0012]Kinew=Ki^sqrt(F),
[0013]Kdnew = Kd*F,
[0014]Kpnew = Kp*F,
[0015]其中，!^為和仏表示原始卩加空制器的增益唧’原始的补偿器系数集)，!^^、!^?、Kdnew分别表示用于维持系统响应的改变的值，并且Cnew和C表示体电容的新值和原始值。显然，电容C被用作示例，并且系统不限于这一点，而是也可以以类似的方式调整其它参数(例如，L)的变化。
[0016]“Circuit and method for changing transient response characteristicsof a DC/DC converter module”(美国专利7432692,2008年)。
[0017]Kelly,Α.的“A system and Method for Design and Selecting Compensatorsfor a DC-DC Converter”(USPT0临时专利申请，2013年7月)。
[0018]Morroni，J.、R.Zane和D.Maksimovic的“Design and Implementat1n of anAdaptive Tuning System Based on Desired Phase Margin for Digitally ControlledDC-DC Converters，，(Power Electronics，IEEE Transact1ns on, 2009,24(2):p.559-564)0
[0019]Stefanutt i，W.等人的 “Auto tun ing of Digitally Controlled BuckConverters based on Relay Feedback”(Power Electronics Specialists Conference,2005,Recife,Brazil)。
[0020]Costabeber，Α.等人的 “Digital Autotuning of DC-DC Converters Based on aModel Reference Impulse Response”(Power Electronics，IEEE Transact1ns on，2011，26(10):p.2915-2924)。
[0021 ] Miao，B.、R.Zane和D.Maksimovic的“Practical on-line identificat1n ofpower converter dynamic responses”(in Applied Power Electronics Conference,2005,Austin,TX,USA:IEEE)。
[0022]KelIy，A.和K.Rinne的“Control of DC-DC Converters by Direct PolePlacement and Adaptive Feedforward Gain Adjustment”( in Applied PowerElectronics Conference.2005,Austin,Texas:IEEE)。
[0023]Kel Iy，A.和K.Rinne的 “A seIf-compensating adaptive digital regulatorfor switching converters based on I inear predict1n”( in Applied PowerElectronics Conference and Exposit1n^OOBiAPEC1BiTwenty-First Annual IEEE，
2006)o
[0024]Kelly，A.的 “A self compensating closed loop adaptive control system”(美国专利 7，630，779，USPT0)。
[0025]Kelly，Α.的 “Adaptive control system for a DC-DC power converter