Dc-dc变换器建模中的控制算法的确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种控制算法，尤其涉及一种DC-DC变换器建模中的控制算法的确定 方法。
【背景技术】
[0002] 能源就是能向自然界提供能量转化的物质（例如核能能源，光伏能源，风力能源， 水利能源，矿物质能源等）。能源是人类活动的物质基础。在当今能源短缺的形势下，人类 社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。能源的开发以及能源所伴随的 环境问题，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。许多国 家也为此采取了很多积极有效的措施来解决能源问题。但是，随着在世界能源结构中占主 导地位的煤炭、石油、天然气等矿物质能源的消耗不断增加，人类社会面临着越来越严峻的 能源与环境问题的考验。与此同时，光伏能源作为一种清洁的可再生能源，开始引起了人们 的广泛关注。光伏清洁能源是将太阳的光能转换成为其他形式的电能、热能或者化学能，能 源转换过程中不会产生其他有害的气体或固体废料，是一种环保、安全、清洁的新型能源。
[0003] 当今世界各国特别是发达国家对于光伏发电技术十分重视，针对其制定规划，增 加投入、并加以大力发展。伏发电是利用光伏电池这种半导体器件吸收太阳光辐射能，使之 转化成电能的直接发电形式。与常规发电和其它绿色发电技术相比，光伏发电有以下的优 势：
[0004] (1)太阳能取之不尽，用之不竭，照射到地球上的太阳能比人类消耗的能量大 6000倍而且发电安全可靠，不会遭受能源危机或燃料市场不稳定的冲击；
[0005] (2)太阳能资源随处可得，可就近供电。不必长距离输送，避免了长距离输电线路 所造成的电能损失，同时也节省了输电成本。这同时也为家用太阳能发电系统在输电不便 的西部大规模使用提供了条件；
[0006] (3)太阳能光伏发电的能量转换过程简单，是直接从光子到电子的转换，没有中间 过程（如热能转换为机械能，机械能转换为电磁能等）和机械运动，不存在机械磨损。根据 热力学分析，光伏发电具有很高的理论发电效率，可达80%以上，技术开发潜力巨大；
[0007] (4)光伏发电不产生任何废弃物，没有污染，噪声等公害，对环境无不良影响，是理 想的清洁能源；
[0008] (5)太阳能电池组件结构简单，体积小，重量轻，便于运输和安装。光伏发电系统建 设周期短，而用根据用电负荷容量可大可小，方便灵活，极易组合、扩容。
【发明内容】
[0009] 本发明设计了一种光伏发电系统中DC-DC变换器建模中的控制算法的确定方法， 具有鲁棒性强，容易实现等特点。
[0010] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案=DC-DC变换器建模中的控制算法 的确定方法，其特征在于：包括增量式PID算式的确定方法和PID控制参数的确定方法；
[0011] 所增量式PID算式的确定方法包括：
[0012] (1)将PID控制算式：
[0014] 式中，U :控制器的输出；
[0015] u。:偏差为零时u的初值；
[0016] e(t):调节器输入函数，即给定量与输出量的偏差；
[0017] Kp:比例增益，其倒数称为比例带，即δ = l/Κρ ;
[0018] T1:积分时间常数；
[0019] Td:微分时间常数；
[0020] 中的微分方程离散化，并改写差分方程，作如下近似：
[0023] 式中，T为采样周期；
[0024] k为采样序号；
[0025] e (k-1)、e (k)分别为第（k-Ι)和第k次控制周期所得偏差；
[0026] (2)将式⑵和式（3)带入式⑴得到：
[0028] 则第（k-Ι)时刻的控制量u (k-Ι)为：
[0030] (3)式（4)_式（5)得到第k时刻的控制量的增量为：
[0034] 式（6)即为增量式PID算式；
[0035] 所述PID控制参数的确定方法包括：
[0036] a.选择一个足够短的采样周期Tmin，其中Tmin应小于对象纯滞后时间的十分之 〇
[0037] b.将数字控制器选为比例控制，逐渐增大比例系数Kp的值，直至系统的阶跃响应 达到临界振荡状态；
[0038] c.确定控制度：
[0039] d.根据步骤c确定的控制度查表求得各个控制参数的值。
[0040] E.使PID控制器按照求得的控制参数运行，并观察控制效果，如果系统稳定性不 够，可适当加大控制度，再重复步骤d和e直到获得满意的控制效果。
[0041] 本发明提供了一种DC-DC变换器建模中的控制算法的确定方法，鲁棒性强，简单 易行，容易实现，能够使得DC-DC变换器建模的控制系统的稳定性好，精度高。
【附图说明】
[0042] 图1为DC-DC变换器的主电路拓扑结构；
[0043] 图2为变换器工作于正向Boost时等效电路；
[0044] 图3为变换器工作于正向Buck时等效电路；
[0045] 图4为开关变换器的建模分析；
[0046] 图5为PID控制系统。
【具体实施方式】
[0047] 下面结合【具体实施方式】对本发明的技术方案进行详细叙述。
[0048] DC-DC变换器建模中的控制算法的确定方法，其特征在于：包括增量式PID算式的 确定方法和PID控制参数的确定方法；
[0049] 所增量式PID算式的确定方法包括：
[0050] (1)将PID控制算式：
[0052] 式中，U :控制器的输出；
[0053] u。:偏差为零时u的初值；
[0054] e (t):调节器输入函数，即给定量与输出量的偏差；
[0055] Kp:比例增益，其倒数称为比例带，即δ = l/Κρ ;
[0056] T1:积分时间常数；
[0057] Td:微分时间常数；
[0058]中的微分方程离散化，并改写差分方程，作如下近似：
[0061] 式中，T为采样周期；
[0062] k为采样序号；
[0063] e (k-1)、e (k)分别为第（k-1)和第k次控制周期所得偏差；
[0064] (2)将式⑵和式（3)带入式⑴得到：
[0066] 则第（k-Ι)时刻的控制量u (k-Ι)为：
[0068] (3)式（4)_式（5)得到第k时刻的控制量的增量为：
[0072] 式（6)即为增量式PID算式；
[0073] 所述PID控制参数的确定方法包括：
[0074] a.选择一个足够短的采样周期Tmin，其中Tmin应小于对象纯滞后时间的十分之 〇
[0075] b.将数字控制器选为比例控制，逐渐增大比例系数Kp的值，直至系统的阶跃响应 达到临界振荡状态；
[0076] c.确定控制度：
[0077] d.根据步骤c确定的控制度查表求得各个控制参数的值。
[0078] E.使PID控制器按照求得的控制参数运行，并观察控制效果，如果系统稳定性不 够，可适当加大控制度，再重复步骤d和e直到获得满意的控制效果。
[0079] DC-DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器 的工作方式有两种，一是脉宽调制方式，控制信号周期不变，改变占空比，二是频率调制， 改变控制信号频率。
[0080] 本发明所研究的双管换流型Buck-Boost DC-DC变换器的主电路拓扑如图1所示， 该变换器可以实现单向的升压和降压变换，控制方式为调节MOS管Ql和Q2的驱动信号的 占空比实现升降压调节，方法简单易行，并且控制范围广，能