双管型升降压变换器的mit模型参考自适应控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种双管型升降压变换器的MIT模型参考自适应控制方法，属于电力 电子变换器控制领域。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子技术的快速发展，各类电力电子装置在化工、通信等领域得到了广 泛应用，运类变换器可W根据输入、输出电压之间大小关系进行划分，包括升压型（或称为 Boost型）、降压型（或称为Buck型）和升-降压型。其中，升-降压变换器能够尽量缩小 输入、输出电压之间的幅值差异，达到降低电压应力，提高系统效率的目的。
[0003] 目前，在具有升-降压功能的单相变换器中，较为常见的是单管型，包括单管 buck-boost变换器、Sepic,W及化k变换器等，但运些变换器的开关管电压、电流应力， W及变换器的效率等指标都不够理想。鉴于此，能够降低电压、电流应力，并提高系统效 率的双管级联型升-降压变换器得到了国内外学者的关注，具体包括Buck-Boost架构和 Boost-Buck架构两种，如图1所示。
[0004] 图1所示的变换器都具有两个开关管，根据开关管工作模式，可W将控制方案分 为两大类： 阳00引 1)同步工作模式
[0006] 此模式下，两个开关管同时工作在高频开关状态，具体实现形式包括两种：
[0007] a)双电压环、双电流环方案。W图1(b)所示变换器为例，它可视为具有级联结构 的两级变换系统，为将输出电压稳定在给定值，可W先将前级Boost变换器输出电压，即C_link两端的电压VdiJi定在一个较高的值上，再通过对后级Buck变换器的控制，将输出电 压V。稳定在给定值。控制示意图如图2所示，其中Vwt分别为中间级和输出级电 压参考值。 阳00引 b)单电压环、双电流环方案，如图3所示，其中ifWU、分别为输入电流和后 级变换器电感电流参考值。内层电流控制器的输出作为调制波，与两路载波交截，并得到两 个开关控制信号。
[0009] 。分时工作模式
[0010] 该模式下，两个开关管不会同时工作在高频状态，控制回路可W根据输入、输出电 压的大小关系，自动切换开关管的工作状态，确保变换器工作在boost模式，或者buck模 式。具体实现方式有=种：
[0011] a) -路载波调制方案，如图4所示。该方案包括两个控制环，外层电压环，内层电 流环，电压控制器的输出作为输入侧电感电流参考值。为得到两个开关管的控制信号，采用 了两路调制波方案，即电流控制器的输出本身作为一路调制波，经叠加一载波幅值相等后 得到第二路调制波，此二路调制波与同一路载波信号交截，最终得到两路控制信号，并且保 证开关管不会同时工作在高频状态。
[0012] b)双载波调制方案，如图5所示。与图4所示一路载波方案相比，该方案也需要采 样输出电压、输入电流，区别在于电流控制器的输出作为唯一的调制波，然后与两路具有不 同直流偏置量的载波信号交截，产生两路控制信号。
[0013] C)升降压阶段不同电流控制法方案，如图6所示。该方案同样需要采样输出电压、 输入电流，不同的是运里的控制方法是在比较变换器输入电压W及输出电压基础上完成控 审IJ，而且升压、降压阶段采用不同的电流控制方案：在输入电压小于输出电压时，降压变换 器开关管恒导通，采用平均电流控制方案，得到升压变换器开关管的导通占空比；在输入电 压大于或者等于输出电压时，升压变换器开关管恒关断，采用电荷控制方案，得到降压变换 器开关管的导通占空比。
[0014] 上述方案能将输出电压稳定在给定值，但还存在如下问题：
[0015] 图2方案下，中间级电容电压必定高于输出电压，将增大开关管的电压应力；
[0016] 图2、图3所示方案下，变换器的两个开关管始终工作在高频开关状态，将显著增 加系统损耗；
[0017] 图3方案为S个环路的控制方案，控制器的设计将较为困难；
[001引图4、图5所示的方案下，升压和降压阶段都采用的是平均电流控制方案，平均电 流控制对升压阶段的电流控制较为适合，但在降压阶段并非最佳选择；
[0019] 图6所示的方案能改善升压、降压阶段的电流控制效果，有助于降低电感电流振 荡和输出电压波动，但无法从根本上消除工作模式切换导致的电感电流振荡和输出电压波 动。
【发明内容】
[0020] 目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种双管型升降压变换器的 MIT模型参考自适应控制方法，采用双环控制架构，其中外环电压环采用PI控制，内环电流 环采用MIT模型参考自适应控制（MIT MRAC)，且采用相同的参考模型。
[0021] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0022] 一种双管型升降压变换器的MIT模型参考自适应控制方法，其特征在于：
[0023] 1)采用双环控制架构，其中，外环电压环采用PI控制，内环电流环采用MIT模型参 考自适应控制；
[0024] 2)升压阶段、降压阶段的电流控制采用MIT模型参考自适应控制，且采用相同的 参考模型，使升压阶段和降压阶段的电流环模型具有相同的动静态性能，消除模式切换导 致的系统非线性，避免电感电流振荡和输出电压的波动。
[0025]所述参考模型即Fm(S)，为提高电流跟踪性能，Fm(S)按式（1)进行设计
[0026]
(1)
[0027] 其中，写为阻尼系数，为固有角频率，Z = 1/Td，写d=写+? n/(2z)为新定义 变量，Td为二阶系统Fm(S)系统时间常数。
[0028] 所述的双管型升降压变换器的MIT模型参考自适应控制方法，具体是指：
[0029] (1)电压外环：采样输出电压V。，电压给定值Vref与V。作差，然后对电压误差值进 行比例积分运算，运算结果影响内环电流参考的幅值；
[0030] (2)电流内环： 阳0；31 ] 1)升压阶段：即当输入电压瞬时值Vi。与输出电压瞬时值V。满足V i/v。时，令S_ b。 恒导通，S_b。工作在高频开关状态。
[0032] PI控制器的输出信号与输入电压取样值k"。? I Vi」相乘，相乘结果经过参考 阳〇3引模型Fm(S)环节运算处理得i*，i*先与采样的电感电流求差，将误差信号与 i*相乘，相乘结果再进行Ui倍的增益处理，再进行积分运算，运算结果与初值k。(0) 1相加并 最后产生调制信号，调制信号与S角载波交截得到5_,。的驱动信号。
[0034]2)降压阶段：即当输入电压瞬时值Vm与输出电压瞬时值V。满足V。时，令S_ b。恒关断，S_bu工作在高频开关状态。
[0035] PI控制器的输出信号与输入电压取样值k"。?IVi」相乘，相乘结果经过参考模型 Fm(S)环节运算处理得1*，1*先与采样的电感电流！sample求差，将误差信号再与i*相乘，相 乘结果再进行％倍的增益处理，再进行积分运算，运算结果与初值k。(0) 2相加并最后产生 调制信号，调制信号与S角载波交截得到S_b。的驱动信号。
[0036] 其中，叫，U2,k。(0)1，k。(0)2为常数，取值不必相等，不影响最终稳态控制效果。
[0037] 所述的双管型升降压变换器的MIT模型参考自适应控制方法，其特征在于：
[00測 （1)当双管型升降压变换器为级联型buck-boost拓扑时，isample为iL;
[0039] 似当双管型升降压变换器为级联型boost-buck拓扑时，isample为iL_b。。
[0040] 有益效果：本发明提供的采用MIT模型参考自适应控制的双管型升降压变换器， 具有W下优点：1、避免两个开关管始终同时工作在高频开关状态，有利于减小系统损耗； 2、电流环采用模型参考自适应控制，可W保证电流环具有期望的动态响应效果，即电流环 模型逼近Fm(S),实现电流环动态性能的精确可控；3、升、降压阶段电流环采用相同的参考 模型，可W消除工作模式切换前后因为电流环模型差异导致的系统非线性，从而避免电感 电流振荡，有效减小输出电压波动。
【附图说明】
[0041] 图1为双管型升降压变换器电路拓扑图；
[0042] 图2为两级式架构控制方案图；
[0043] 图3为S控制器方案图；
[0044] 图4为一路载波调制方案图； W45] 图5为双载波调制方案图；
[0046] 图6为升-降压阶段采用不同电流控制方案图；
[0047] 图7为本发明的升-降压变换器控制方案图；
[0048] 图8为双管型buck-boost变换器降压阶段等效拓扑；
[0049] 图9为双管型buck-boost变换器升压阶段等效拓扑；
[0050] 图10为本发明针对buck-boost拓扑在boost阶段的控制示意图；
[0051] 图11为本发明针对buck-boost-拓扑在buck阶段的控制示意图；
[0052] 图12为本发明针对