低纹波可调直流稳压电源主电路参数优选方法

本发明属于直流稳压电源，具体涉及一种低纹波可调直流稳压电源主电路参数优选方法。

背景技术：

1、针对目前低纹波直流稳压电源存在电路结构复杂、体积大等不足，专利“一种低纹波可调直流稳压电源及其控制方法（专利号：zl202211033703.5）”提出了一种结构简单的低纹波可调直流稳压电源主电路拓扑结构，该拓扑结构由三相pwm整流电路、三相交错并联buck-boost中频逆变电路及三相桥式不可控整流电路组成。然而对于该直流稳压电源来说，其输出直流电压纹波系数不仅与其主电路参数有关，而且还与其额定输出电流大小密切相关，也即在不同额定输出电流下，需对其主电路参数作相应的优化调整，如此才能达到有效改善其输出直流电压纹波系数的目的。因此针对该直流稳压电源在不同电流定额下其主电路参数展开优化研究并研究确定其最优主电路参数与其额定输出电流间的变化规律，对于指导该直流稳压电源在不同电流定额下的主电路优化设计具有重要意义。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种低纹波可调直流稳压电源主电路参数优选方法。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种低纹波可调直流稳压电源主电路参数优选方法，包括以下步骤：

3、s1，将低纹波可调直流稳压电源主电路参数作为优化对象，以其输出直流电压纹波系数为优化目标，建立优化对象与优化目标间的数学模型；

4、s2，根据步骤s1所建立的数学模型，建立其优化对象与优化目标间的优化模型；

5、s3，任取一电流值作为该直流稳压电源的额定输出电流，采用改进指数分布优化算法对其主电路参数进行优化，得到该额定输出电流所对应的最优主电路参数；

6、s4，按一定间隔依次选取 n组额定输出电流值，并针对每组额定输出电流按上述相同方法获得相应的最优主电路参数；

7、s5，将上述所获得的 n组最优主电路参数采用数值拟合方法进行拟合，得到该直流稳压电源最优主电路参数与其额定输出电流间的函数关系式。

8、进一步的，所述步骤s1中所述优化对象包括低纹波可调直流稳压电源中buck-boost逆变电路的桥臂电感 l、桥臂电容 c及不可控整流电路的滤波电容 c f。

9、进一步的，所述步骤s1中所述建立优化对象和优化目标间的数学模型，具体包括如下步骤：

10、步骤s11，建立三相buck-boost逆变电路的状态微分方程，鉴于三相buck- boost逆变电路为三相对称的电路结构，其中任意一相的状态微分方程为：

11、 (1)；

12、上式中 c、 l分别为buck-boost逆变电路的桥臂电容、桥臂电感， r req为三相不可控整流电路的等效电阻， u c为电容电压， i l为电感电流， d为逆变电路中功率开关的占空比， u dc为逆变电路输入侧直流电压；

13、步骤s12，求解式（1）所示状态微分方程，得电容电压 u c的解析表达式为：

14、 (2)；

15、式中： t为buck-boos逆变电路的运行时间；

16、步骤s13，根据步骤s12所得电容电压 u c，得buck-boost逆变电路输出电压 u o的解析表达式为：

17、 (3)；

18、式中： u m为直流偏置电压；

19、步骤s14，根据步骤s13所得输出电压 u o，得输出电压 u o的谐波失真度为：

20、 (4)；

21、式中：，，，，，， t s为buck-boost逆变电路中功率开关的开关周期；

22、步骤s15，根据步骤s14所得buck-boost逆变电路输出电压 u o的谐波失真度，得到该低纹波可调直流稳压电源输出直流电压纹波系数 r f与其主电路参数 c、 l、c f间的函数关系式为：

23、 (5)；

24、式中： c、 l分别为buck-boost逆变电路的桥臂电容和桥臂电感， c f为不可控整流电路的滤波电容， f inv为buck-boost逆变电路的输出电压频率， r为直流稳压电源所接负载电阻， k、 b为常系数。

25、进一步的，所述步骤s2中所述建立其优化对象与优化目标间的优化模型，具体如下：

26、为使该直流稳压电源输出直流电压纹波系数 r f取最小值，设其优化目标函数 f( c, l, c f)为：

27、 (6)。

28、进一步的，所述步骤s3中所述采用改进指数分布优化算法，在于对传统指数分布优化算法作如下改进：

29、1) 在种群初始化阶段，采用 peicewise 混沌映射函数对传统指数分布优化算法中种群初始化公式进行改进，改进后的初始化公式为：

30、 （7）；

31、式中： x( t+1)为 peicewise混沌映射函数， ub为种群的上边界， lb为种群的下边界；

32、在种群更新阶段，针对当前迭代次数下使用 sigmoid函数生成其概率阈值 p，以替代传统指数分布优化算法中的固定概率阈值0.5，其具体计算公式为：

33、 （8）；

34、式中： p为概率阈值， m为常系数， d为当前迭代次数， d max为最大迭代次数。

35、进一步的，所述步骤s3中所述采样改进指数分布优化算法对直流稳压电源的主电路参数进行优化，具体步骤为：

36、步骤s31，设定初始化种群个体数量 n、最大迭代次数 d max，取迭代次数 d的初始值为1；

37、步骤s32，生成初始种群 x；

38、步骤s33，根据优化目标函数计算初始种群 x中各个体 x i的优化目标函数值 f( x i)， i=1,…, n，取其中优化目标函数值最小对应的个体为当前最优个体 x best；

39、步骤s34，根据改进指数分布优化算法对种群 x进行更新，由此产生新一代种群个体 x i new， i=1,…, n；

40、步骤s35，计算新一代种群各个体 x i new（ i=1,…, n）的优化目标函数值 f( x i new)，并取其中优化目标函数值最小对应的个体为种群更新后的最优个体 x best new；

41、步骤s36，比较种群更新后的最优个体 x best new与当前最优个体 x best的目标函数值大小；若 f( x best new)> f( x best)，则保持当前最优个体 x best不变；否则，当前最优个体 x best将被 x best new取代；

42、步骤s37，判断迭代次数是否达到最大迭代次数 d max；若达到，则执行步骤s38；否则，迭代次数 d加1，返回步骤s34；

43、步骤s38，输出当前最优个体 x best，即获得相应的最优主电路参数值。

44、进一步的，所述步骤s5中所述采用数值拟合方法得到直流稳压电源最优主电路参数与其额定输出电流间的函数关系式，所述数值拟合方法采用最小二乘法，所述各最优主电路参数与其额定输出电流间的函数关系式，分别为：

45、s51，buck-boost 逆变电路最优桥臂电容 c 与电源额定输出电流 i n 间的函数关系式为：

46、 (9)；

47、式中： a1、 a2、 a3、 a4为最优桥臂电容函数 f c( in)的系数；

48、s52，buck-boost 逆变电路最优桥臂电感 l 与电源额定输出电流 i n 间的函数关系式为：

49、 (10)；

50、式中： b1、 b2、 b3、 b4为最优桥臂电感函数 f l( in)的系数；

51、s53，不可控整流电路最优滤波电容 c f与电源额定输出电流 i n 间的函数关系式为：

52、 (11)；

53、式中： c1、 c2、 c3、 c4为最优滤波电容函数的系数。

54、本发明的有益效果在于：

55、（1）本发明通过对传统指数分布优化算法进行改进，即分别在其种群初始化阶段采用 peicewise 混沌映射函数对其种群初始化公式进行了改进及在种群更新阶段使用 sigmoid函数生成概率阈值 p以替代传统指数分布优化算法中的固定概率阈值0.5，从而有效提升了该算法的寻优效率和寻优精度。

56、（2）本发明采用改进后的指数分布优化算法对低纹波可调直流稳压电源主电路参数进行寻优，相对于传统指数分布优化算法有效降低了该直流稳压电源的输出电压纹波，取得了明显的优化效果。

57、（3）采用本发明提供的低纹波可调直流稳压电源最优主电路参数与其额定输出电流间的函数关系，可迅速得到该直流稳压电源在任意电流定额下的最优主电路参数，从而为实现该直流稳压电源在不同电流定额下的主电路优化设计提供了便捷途径。