CN117977968B - 一种双有源全桥变换器的控制方法、装置、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种双有源全桥变换器的控制方法、装置、设备及介质，方法包括：根据双有源全桥变换器的电路参数构建双有源全桥变换器的观测器参考模型；利用观测器参考模型获取高频链电流在当前时段的基波幅值及相位；根据电路参数和、基波幅值及相位求解出高频链电流的特征反馈量；将特征反馈量加入到双有源全桥变换器的控制环，以对双有源全桥变换器进行控制。本申请不需电流传感器，避免电流传感器受变换器电气噪声的影响，而是通过观测器参考模型便能获取高频链电流在当前时段的基波幅值和相位，实现观测高频链电流，达到替代电流传感器的目的，将特征反馈量引入反馈控制回路，实现双有源桥双闭环动态控制，可广泛应用于变换器控制技术领域。
Description
技术领域
本申请涉及变换器控制技术领域，尤其涉及一种双有源全桥变换器的控制方法、装置、设备及介质。
背景技术
在实际运行中，DC-DC变换器(直流到直流变换器)的动态性能十分重要。当DC-DC变换器的运行条件发生变化时，比如：母线电压发生波动、电路参数变化、输出阻抗变化或者环境噪声的影响，需要通过设计合理的控制器实现DC-DC变换器快速的动态响应使变换器重新达到稳定。目前双有源全桥DC-DC变换器(Dual-active-bridge，DAB)控制一般采取的控制方法为在单移相控制(Single Phase Shift，SPS)调制下进行的电压直接反馈方法，或者电压反馈加高频链电流前馈法，后者是前馈控制，但高频链电流前馈通常需要性能较好的电流传感器，因为双有源桥高频链电流有着频率高(例如250kHz-1mHz)，瞬时峰值大(几百安倍)并且是纯交流分量，电流传感器在如此高频工作条件下极易受变换器电气噪声的影响从而导致较大的误差，进而影响双有源全桥DC-DC变换器的动态性能。
发明内容
本申请实施例的主要目的在于提出一种双有源全桥变换器的控制方法、装置、设备及介质，以提高双有源全桥DC-DC变换器的动态性能。
为实现上述目的，本申请实施例的一方面提出了一种双有源全桥变换器的控制方法，所述方法包括：
根据双有源全桥变换器的电路参数构建所述双有源全桥变换器的观测器参考模型；
利用所述观测器参考模型获取高频链电流在当前时段的基波幅值和相位；
根据所述电路参数和所述基波幅值和相位求解出所述高频链电流的特征反馈量；
将所述特征反馈量加入到所述双有源全桥变换器的控制环，以对所述双有源全桥变换器进行控制。
在一些实施例中，所述根据双有源全桥变换器的电路参数构建所述双有源全桥变换器的观测器参考模型，包括：
获取所述双有源全桥变换器的所述电路参数；
根据所述电路参数求解出所述双有源全桥变换器在稳态下的相移工作点；
根据所述电路参数和所述相移工作点构建所述双有源全桥变换器的三阶大信号模型；
根据所述三阶大信号模型构建所述观测器参考模型；
求解所述相移工作点的计算式为：
其中，所述电路参数包括一次侧漏感Ls、一次侧母线电阻Rt、一次侧母线电压Vin、输出电压参考值MOS管的额定频率f、二次侧输出电阻R、二次侧滤波电容C2以及高频变压器变比n；D表示所述相移工作点。
在一些实施例中，所述根据所述电路参数和所述相移工作点构建所述双有源全桥变换器的三阶大信号模型，包括：
根据所述电路参数、所述相移工作点以及高频链两侧的开关状态构建所述三阶大信号模型；
所述三阶大信号模型为：
其中：
其中，选取输出电容电压vo(t)、高频链电流is(t)作为状态变量，对其进行标幺化并以T为时间窗对其求滑动平均得到<vo(t)>、<i′s(t)>；代表<i′s(t)>的一次分量的实部，/>代表<i′s(t)>一次分量的虚部，<vo(t)>0代表<vo(t)>的直流分量；s1(t)、s2(t)，为高频链两侧开关状态；R′t为一次侧电阻；R为二次侧输出电阻；/>为一次侧电容电压；/>为二次侧电容电压。
在一些实施例中，所述根据所述三阶大信号模型构建所述观测器参考模型，包括：
将所述双有源全桥变换器的实际输出电压输入所述观测器参考模型并与所述观测器参考模型的输出电压作差，得到所述观测器参考模型输出的误差反馈矩阵；
对所述观测器参考模型的极点进行配置，验证所述观测器参考模型的能观性条件，并求解出所述误差反馈矩阵；
将求解得到的所述误差反馈矩阵带入经过极点配置后的所述观测器参考模型，得到所述观测器参考模型；
所述观测器参考模型为：
其中，表示观测器观测出的输出电容电压，/>表示观测器观测出的高频链电流；g1、g2、g3为状态反馈系数；vi表示输入电压。
在一些实施例中，所述利用所述观测器参考模型获取高频链电流在当前时段的基波幅值和相位，包括：
利用所述观测器参考模型获取所述双有源全桥变换器的高频链电流一次基波分量的参考波形；
利用时间窗对所述参考波形中当前时段的波形求滑动平均值，得到所述基波幅值与相位。
在一些实施例中，所述根据所述电路参数和所述基波幅值和相位求解出所述高频链电流的特征反馈量，包括：
利用特征反馈量计算式求解出所述高频链电流的所述特征反馈量；
所述特征反馈量计算式为：
其中，表示所述稳态均值，所述电路参数包括一次侧漏感Ls、一次侧母线电压Vin、MOS管的额定频率f；vo表示输出电压幅值。
在一些实施例中，所述将所述特征反馈量加入到所述双有源全桥变换器的控制环，以对所述双有源全桥变换器进行控制，包括：
将所述特征反馈量加入到所述双有源全桥变换器的比例积分控制下的电压控制环，以对所述双有源全桥变换器进行控制。
为实现上述目的，本申请实施例的另一方面提出了一种双有源全桥变换器的控制装置，所述装置包括：
观测器参考模型构建单元，用于根据双有源全桥变换器的电路参数构建所述双有源全桥变换器的观测器参考模型；
基波幅值获取单元，用于利用所述观测器参考模型获取高频链电流在当前时段的基波幅值；
特征反馈量求解单元，用于根据所述电路参数和所述基波幅值和相位求解出所述高频链电流的特征反馈量；
特征反馈控制单元，用于将所述特征反馈量加入到所述双有源全桥变换器的控制环，以对所述双有源全桥变换器进行控制。
为实现上述目的，本申请实施例的另一方面提出了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法。
为实现上述目的，本申请实施例的另一方面提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。
本申请实施例至少包括以下有益效果：
本申请根据双有源全桥变换器的电路参数构建双有源全桥变换器的观测器参考模型；利用观测器参考模型获取高频链电流在当前时段的基波幅值；根据电路参数、基波幅值和相位求解出高频链电流的特征反馈量；将特征反馈量加入到双有源全桥变换器的控制环，以对双有源全桥变换器进行控制。本申请不需外部的电流传感器，避免电流传感器受变换器电气噪声的影响，而是通过观测器参考模型便能获取高频链电流在当前时段的基波幅值，实现观测高频链电流，并达到替代电流传感器的目的，然后将特征反馈量引入反馈控制回路，实现双有源桥双闭环动态控制。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种双有源全桥变换器的控制方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种双有源桥DC-DC变换器的电路图以及其折算模型图；
图3为本申请实施例提供的一种无电流传感器的状态观测及特征量反馈控制方法框图；
图4为本申请实施例提供的双有源桥DC-DC变换器的高频链运行波形图；
图5为本申请实施例提供的高频链电流基波的观测效果图；
图6为本申请实施例的控制方法和现有的控制方法的效果对比图；
图7为本申请实施例提供的一种双有源全桥变换器的控制装置的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请实施例相一致的所有实施方式，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请实施例的一些方面相一致的装置和方法的例子。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种概念，但除非特别说明，这些概念不受这些术语限制。这些术语仅用于将一个概念与另一个概念区分。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“若”、“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
本申请所使用的术语“至少一个”、“多个”、“每个”、“任一”等，至少一个包括一个、两个或两个以上，多个包括两个或两个以上，每个是指对应的多个中的每一个，任一是指多个中的任意一个。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。
在对本申请实施例进行详细说明之前，首先对本申请实施例中可能涉及的相关技术进行说明，如下：
可再生能源和分布式发电等清洁能源成为主要能源发展目标。在这个背景下，能源转型和能源革命催生了能源互联网的概念，该互联网具备智能管理电网调度能力。在能源互联网的架构中，支持分布式发电、储能和可控负荷等设备的即插即用能力，以及对电能进行有效管理调度和故障隔离的电力电子接口技术变得至关重要。
在实现能源互联网的关键技术中，具备高频电气隔离、可调功率因数、故障隔离和高度控制自由度等优势的电力电子变压器(又称为高频隔离变压器)被认为是能量路由器的理想选择。这些电力电子变压器充当能源路由器的核心设备，为能源互联网提供了灵活而高效的能量管理和调度功能。
电力电子变压器相较于传统工频变压器，不仅在功率密度更高、有效过滤谐波并降低噪音方面具有优势，还能实现电气隔离、提升电压承受能力，并提供无功补偿功能。在直流微电网中，DC-DC变换器是高频变压器的核心组成部分其不仅仅需要具有功率双向流动能力，并且需要提供电气隔离以保障安全。双有源桥式DC-DC变换器(Dual-active-bridge DC-DC convert,DAB)因其具有双向流动能力、软开关实现容易、更容易实现模块化、动态响应快、功率密度高等优点，被认为是最适合于中高压大容量高频变压器的核心电路。
在实际运行中，DC-DC变换器(直流到直流变换器)的动态性能十分重要。当DC-DC变换器的运行条件发生变化时，比如：母线电压发生波动、电路参数变化、输出阻抗变化或者环境噪声的影响，需要通过设计合理的控制器实现DC-DC变换器快速的动态响应使变换器重新达到稳定。目前双有源全桥DC-DC变换器(Dual-active-bridge，DAB)控制一般采取的控制方法为在单移相控制(Single Phase Shift，SPS)调制下进行的电压直接反馈方法，或者电压反馈加高频链电流前馈法，两者都是前馈控制，但高频链电流前馈通常需要性能较好的电流传感器，因为双有源桥高频链电流有着频率高(例如250kHz-1mHz)，瞬时峰值大(几百安倍)并且是纯交流分量，电流传感器在如此高频工作条件下极易受环境白噪声影响从而导致较大的误差，进而影响双有源全桥DC-DC变换器的动态性能。
有鉴于此，本申请实施例提供了一种双有源全桥变换器的控制方法、装置、设备及介质。本申请根据双有源全桥变换器的电路参数构建双有源全桥变换器的观测器参考模型；利用观测器参考模型获取高频链电流在当前时段的基波幅值和相位；根据电路参数、基波幅值和相位求解出高频链电流的特征反馈量；将特征反馈量加入到双有源全桥变换器的控制环，以对双有源全桥变换器进行控制。本申请不需外部的电流传感器，避免电流传感器受变换器电气噪声的影响，而是通过观测器参考模型便能获取高频链电流在当前时段的基波幅值，实现观测高频链电流，并达到替代电流传感器的目的，然后将特征反馈量引入反馈控制回路，实现双有源桥双闭环动态控制。
本申请实施例提供的一种双有源全桥变换器的控制方法，涉及变换器控制技术领域。本申请实施例提供的控制方法可应用于终端中，也可应用于服务器中，还可以是运行于终端或服务器中的软件。在一些实施例中，终端可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、智能音箱、智能手表以及车载终端等，但并不局限于此；服务器端可以配置成独立的物理服务器，也可以配置成多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式***，还可以配置成提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、CDN以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器，服务器还可以是区块链网络中的一个节点服务器；软件可以是实现控制方法的应用等，但并不局限于以上形式。
本申请可用于众多通用或专用的计算机***环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器***、基于微处理器的***、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何***或设备的分布式计算环境等等。本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
参照图1，本申请实施例提供了一种双有源全桥变换器的控制方法，该方法可以包括但不限于包括S100至S130，具体如下：
S100：根据双有源全桥变换器的电路参数构建所述双有源全桥变换器的观测器参考模型。
具体地，本实施例无需电流传感器，而是可以通过观测器参考模型对双有源全桥变换器进行观测，可以避免电流传感器受电气噪声的影响。
进一步地，S100可以包括S101～S104：
S101：获取所述双有源全桥变换器的所述电路参数；
S102：根据所述电路参数求解出所述双有源全桥变换器在稳态下的相移工作点；
S103：根据所述电路参数和所述相移工作点构建所述双有源全桥变换器的三阶大信号模型；
S104：根据所述三阶大信号模型构建所述观测器参考模型；
求解所述相移工作点的计算式为：
其中，所述电路参数包括一次侧漏感Ls、一次侧母线电阻Rt、一次侧母线电压Vin、输出电压参考值MOS管的额定频率f、二次侧输出电阻R、二次侧滤波电容C2以及高频变压器变比n；D表示所述相移工作点。
更进一步地，S103可以包括：
根据所述电路参数、所述相移工作点以及高频链两侧的开关状态构建所述三阶大信号模型；
所述三阶大信号模型为：
其中：
其中，选取输出电容电压vo(t)、高频链电流is(t)作为状态变量，对其进行标幺化并以T为时间窗对其求滑动平均得到<vo(t)>、<i′s(t)>；代表<i′s(t)>的一次分量的实部，/>代表<i′s(t)>一次分量的虚部，<vo(t)>0代表<vo(t)>的直流分量，之后变量的上下标解释同上；s1(t)、s2(t)，为高频链两侧开关状态；R′t为一次侧电阻；R为二次侧输出电阻；/>为一次侧电容电压；/>为二次侧电容电压。
更进一步地，S104可以包括S1041～S1043：
S1041：将所述双有源全桥变换器的实际输出电压输入所述观测器参考模型并与所述观测器参考模型的输出电压作差，得到所述观测器参考模型输出的误差反馈矩阵；
S1042：对所述观测器参考模型的极点进行配置，验证所述观测器参考模型的能观性条件，并求解出所述误差反馈矩阵；
S1043：将求解得到的所述误差反馈矩阵带入经过极点配置后的所述观测器参考模型，得到所述观测器参考模型；
所述观测器参考模型为：
其中，表示观测器观测出的输出电容电压，/>表示观测器观测出的高频链电流，上下标解释与S103中说明的一致；g1、g2、g3为状态反馈系数；vi表示输入电压。
S110：利用所述观测器参考模型获取高频链电流在当前时段的基波幅值和相位。
进一步地，S110可以包括S111～S112：
S111：利用所述观测器参考模型获取所述双有源全桥变换器的高频链电流一次基波分量的参考波形；
S112：利用时间窗对所述参考波形中当前时段的波形求滑动平均值，得到所述基波幅值与相位。
S120：根据所述电路参数和所述基波幅值和相位求解出所述高频链电流的特征反馈量。
进一步地，S120可以包括：
利用特征反馈量计算式求解出所述高频链电流的所述特征反馈量；
所述特征反馈量计算式为：
其中，表示所述稳态均值，所述电路参数包括一次侧漏感Ls、一次侧母线电压Vin、MOS管的额定频率f；Vo表示输出电压幅值。
S130：将所述特征反馈量加入到所述双有源全桥变换器的控制环，以对所述双有源全桥变换器进行控制。
进一步地，S130可以包括：
将所述特征反馈量加入到所述双有源全桥变换器的比例积分控制下的电压控制环，以对所述双有源全桥变换器进行控制。
接下来将结合具体的应用例子，对本申请实施例的方案作详细介绍和说明：
参照图2，本实施例提供了一种双有源桥DC-DC变换器的电路图以及其折算模型图。参照图3，本实施例提供了一种无电流传感器的状态观测及特征量反馈控制方法框图。
具体地，结合图2和图3，本实施例可以包括S1～S8，如下：
S1、获取双有源全桥DC-DC变换器(Dual-active-bridge，DAB)的电路参数，包括：一次侧漏感Ls、一次侧母线电阻Rt、一次侧母线电压Vin、输出电压参考值MOS管的额定频率f、二次侧输出电阻R、二次侧滤波电容C2，高频变压器变比n。可选地，本实施例中获取的电路参数可以是非准确值，即无需获取准确的电路参数，获取对应的大概值即可。
可选地，本实施例中各个电路参数的具体值为：一次侧漏感Ls＝84μF、一次侧母线电阻Rt＝0.01Ω、一次侧母线电压Vin＝700V、输出电压参考值MOS管的额定频率f＝1kHz、二次侧输出电阻R＝7.2Ω、二次侧滤波电容C2＝650μF，高频变压器变比n＝7/6。
S2、对稳态下移相工作点D进行计算：
S3、建立DAB三阶大信号模型，为观测器参考模型设计提供模型参考：根据S1得到的电路参数和S2得到的移相工作点，输出电容电压vo、高频链电流is作为状态变量，s1(t)、s2(t)，为高频链两侧开关状态。以T为时间窗对状态变量vo、is求滑动平均后得到<vo(t)>、<i′s(t)>，并将状态<is>k(t)分离出实部与虚部进而得到最后建立出DAB 3阶大信号模型具体如下(下式状态变量以及部分参数均已标幺化)：
其中：
S4、构建观测器参考模型：
S41、将实际输出电压vo传感器数据作为观测器参考模型矫正量，矫正量接入观测器参考模型并与观测器参考模型的输出电压作差，最后引入观测器参考模型输出误差反馈矩阵/>对观测器参考模型的高频链电流基波做纠正。
S42、对观测器参考模型的极点进行配置，并验证观测器参考模型的能观性条件，最后计算出S41中的误差反馈矩阵G。可选地，
S5、将求解得到的误差反馈矩阵带入经过极点配置后的观测器参考模型，得到所述观测器参考模型：
S6、由S5所得观测器参考模型，将状态变量与MOS管的额定频率f一致的的正弦与余弦量相乘，还原得到双有源全桥变换器高频链电流is的一次基波分量/>的参考波形。可选地，本实施例中/>
S7、由S6观测出的高频链电流基波波形的参考波形，依据高频链电流统一特性提取特征反馈量φ*，其中为S6观测出的电流波形稳态时段幅值的均值。根据观测器参考模型分离出特征反馈量φ*与变量/>之间的对应函数关系，即可按照以下计算式求解出特征反馈量φ*：
S8、将S7得到的特征反馈量φ*引入控制环，将其一并送入PI控制器形成双闭环控制。
接下来，结合实施示例图进行说明。
图4为本实施例双有源桥DC-DC变换器的高频链运行波形图，其中包括高频链电流波形is(此波形为了验证观测器参考模型的有效性，实际应用中无需检测)，高频一次侧输入电压VAB≈700V，高频二次侧VCD≈600V，可见观测器参考模型运行效果与计算效果基本一致，说明了搭建simulink模型的有效性。
图5为本实施例利用观测器参考模型观测高频链电流基波得到的观测效果图，从效果图中可以看见当高频链电流is趋于稳定的瞬间t＝0.004s，观测器参考模型便能直接观测出is的基波分量，基本不存在观测延迟现象，这样的高度准确性为后面特征量φ*的精确计算与反馈控制提供了基础。
图6为本实施例的控制方法与现有的单闭环电压反馈的输出点压调节方法的效果对比图，从图6可得，由于将移相参考量φ*作为反馈接入控制回路能实现更快的动态响应，本实施例的控制方法基本能实现无超调控制，调节时间更短。
本实施例提供了一种应用于双有源全桥DC-DC变换器的高阶高精度观测器，即观测器参考模型，该观测器参考模型不需外部的电流传感器，仅仅通过电压传感器的采样数据便能对高频链电流基波进行观测以达到替代电流传感器的目的，本实施例还可以根据观测器参考模型观测出的高频链电流基波提取特征反馈量(即参考移相角)，进而将特征反馈量应用到双有源全桥DC-DC变换器的双闭环控制器。
目前在DAB中采取的电压电流双闭环控制，均需高精度高频链电流传感器，往往大多时候受环境噪声的影响，高频电流难以实现精准反馈，且大多数情况下高频链电流频率在250kHz-1mHz，电流瞬态值能达到几百安倍，这对电流传感器的应用造成了很大阻碍。因此，本实施例提供了一种双有源全桥DC-DC变换器的动态控制方法：构建三阶状态的观测器参考模型观测双有源全桥DC-DC变换器的高频链交流电流基波分量以及输出电压，进而再利用观测器参考模型计算特征反馈量(即参考移相角)，并将特征反馈量引入反馈控制回路，实现双有源桥双闭环控制。本实施例无需电流传感器，仅仅依靠电压传感器，便能实现双有源桥双闭环控制，本实施例相较于电压反馈控制有更强的鲁棒性，以及更短的稳定时间，并且能实现多数情况下的无超调控制。
参照图7，本申请实施例还提供了一种双有源全桥变换器的控制装置，可以实现上述的控制方法，该装置包括：
观测器参考模型构建单元，用于根据双有源全桥变换器的电路参数构建所述双有源全桥变换器的观测器参考模型；
基波幅值获取单元，用于利用所述观测器参考模型获取高频链电流在当前时段的基波幅值与相位；
特征反馈量求解单元，用于根据所述电路参数和所述基波幅值和相位求解出所述高频链电流的特征反馈量；
特征反馈控制单元，用于将所述特征反馈量加入到所述双有源全桥变换器的控制环，以对所述双有源全桥变换器进行控制。
可以理解的是，上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
本申请实施例还提供了一种电子设备，电子设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述控制方法。该电子设备可以为包括平板电脑、车载电脑等任意智能终端。
可以理解的是，上述方法实施例中的内容均适用于本设备实施例中，本设备实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
请参阅图8，图8示意了另一实施例的电子设备的硬件结构，电子设备包括：
处理器801，可以采用通用的CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本申请实施例所提供的技术方案；
存储器802，可以采用只读存储器(ReadOnlyMemory，ROM)、静态存储设备、动态存储设备或者随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)等形式实现。存储器802可以存储操作***和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器802中，并由处理器801来调用执行本申请实施例的控制方法；
输入/输出接口803，用于实现信息输入及输出；
通信接口804，用于实现本设备与其他设备的通信交互，可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信；
总线805，在设备的各个组件(例如处理器801、存储器802、输入/输出接口803和通信接口804)之间传输信息；
其中处理器801、存储器802、输入/输出接口803和通信接口804通过总线805实现彼此之间在设备内部的通信连接。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述控制方法。
可以理解的是，上述方法实施例中的内容均适用于本存储介质实施例中，本存储介质实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
本申请实施例描述的实施例是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域技术人员可知，随着技术的演变和新应用场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
本领域技术人员可以理解的是，图中示出的技术方案并不构成对本申请实施例的限定，可以包括比图示更多或更少的步骤，或者组合某些步骤，或者不同的步骤。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、***、设备中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。
本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括多指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例的方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序的介质。
以上参照附图说明了本申请实施例的优选实施例，并非因此局限本申请实施例的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请实施例的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请实施例的权利范围之内。
Claims (5)
1.一种双有源全桥变换器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
根据双有源全桥变换器的电路参数构建所述双有源全桥变换器的观测器参考模型；
利用所述观测器参考模型获取高频链电流在当前时段的基波幅值和相位；
根据所述电路参数和所述基波幅值和相位求解出所述高频链电流的特征反馈量；
将所述特征反馈量加入到所述双有源全桥变换器的控制环，以对所述双有源全桥变换器进行控制；
所述根据双有源全桥变换器的电路参数构建所述双有源全桥变换器的观测器参考模型，包括：
获取所述双有源全桥变换器的所述电路参数；
根据所述电路参数求解出所述双有源全桥变换器在稳态下的相移工作点；
根据所述电路参数和所述相移工作点构建所述双有源全桥变换器的三阶大信号模型；
根据所述三阶大信号模型构建所述观测器参考模型；
求解所述相移工作点的计算式为：
其中，所述电路参数包括一次侧漏感Ls、一次侧母线电阻Rt、一次侧母线电压Vin、输出电压参考值MOS管的额定频率f、二次侧输出电阻R、二次侧滤波电容C2以及高频变压器变比n；D表示所述相移工作点；
所述根据所述电路参数和所述相移工作点构建所述双有源全桥变换器的三阶大信号模型，包括：
根据所述电路参数、所述相移工作点以及高频链两侧的开关状态构建所述三阶大信号模型；
所述三阶大信号模型为：
其中：
其中，选取输出电容电压vo(t)、高频链电流is(t)作为状态变量，对其进行标幺化并以T为时间窗对其求滑动平均得到代表<i′s(t)>的一次分量的实部，/>代表<i′s(t)>一次分量的虚部，<vo(t)＞0代表<vo(t)>的直流分量；s1(t)、s2(t)，为高频链两侧开关状态；R′t为一次侧电阻；R为二次侧输出电阻；/>为一次侧电容电压；/>为二次侧电容电压；
所述根据所述三阶大信号模型构建所述观测器参考模型，包括：
将所述双有源全桥变换器的实际输出电压输入所述观测器参考模型并与所述观测器参考模型的输出电压作差，得到所述观测器参考模型输出的误差反馈矩阵；
对所述观测器参考模型的极点进行配置，验证所述观测器参考模型的能观性条件，并求解出所述误差反馈矩阵；
将求解得到的所述误差反馈矩阵带入经过极点配置后的所述观测器参考模型，得到所述观测器参考模型；
所述观测器参考模型为：
其中，表示观测器观测出的输出电容电压，/>表示观测器观测出的高频链电流；g1、g2、g3为状态反馈系数；vi表示输入电压；
所述利用所述观测器参考模型获取高频链电流在当前时段的基波幅值和相位，包括：
利用所述观测器参考模型获取所述双有源全桥变换器的高频链电流一次基波分量的参考波形；
利用时间窗对所述参考波形中当前时段的波形求滑动平均值，得到所述基波幅值与相位；
所述根据所述电路参数和所述基波幅值和相位求解出所述高频链电流的特征反馈量，包括：
利用特征反馈量计算式求解出所述高频链电流的所述特征反馈量；
所述特征反馈量计算式为：
其中，表示当前高频链电流基波幅值，所述电路参数包括一次侧漏感Ls、一次侧母线电压Vin、MOS管的额定频率f、Vo表示输出电压幅值。
2.根据权利要求1所述的一种双有源全桥变换器的控制方法，其特征在于，所述将所述特征反馈量加入到所述双有源全桥变换器的控制环，以对所述双有源全桥变换器进行控制，包括：
将所述特征反馈量加入到所述双有源全桥变换器的比例积分控制下的电压控制环，以对所述双有源全桥变换器进行控制。
3.一种基于权利要求1或2所述控制方法的双有源全桥变换器的控制装置，其特征在于，所述装置包括：
观测器参考模型构建单元，用于根据双有源全桥变换器的电路参数构建所述双有源全桥变换器的观测器参考模型；
基波幅值获取单元，用于利用所述观测器参考模型获取高频链电流在当前时段的基波幅值和相位；
特征反馈量求解单元，用于根据所述电路参数和所述基波幅值和相位求解出所述高频链电流的特征反馈量；
特征反馈控制单元，用于将所述特征反馈量加入到所述双有源全桥变换器的控制环，以对所述双有源全桥变换器进行控制；
所述根据双有源全桥变换器的电路参数构建所述双有源全桥变换器的观测器参考模型，包括：
获取所述双有源全桥变换器的所述电路参数；
根据所述电路参数求解出所述双有源全桥变换器在稳态下的相移工作点；
根据所述电路参数和所述相移工作点构建所述双有源全桥变换器的三阶大信号模型；
根据所述三阶大信号模型构建所述观测器参考模型；
求解所述相移工作点的计算式为：
其中，所述电路参数包括一次侧漏感Ls、一次侧母线电阻Rt、一次侧母线电压Vin、输出电压参考值MOS管的额定频率f、二次侧输出电阻R、二次侧滤波电容C2以及高频变压器变比n；D表示所述相移工作点；
所述根据所述电路参数和所述相移工作点构建所述双有源全桥变换器的三阶大信号模型，包括：
根据所述电路参数、所述相移工作点以及高频链两侧的开关状态构建所述三阶大信号模型；
所述三阶大信号模型为：
其中：
其中，选取输出电容电压vo(t)、高频链电流is(t)作为状态变量，对其进行标幺化并以T为时间窗对其求滑动平均得到<vo(t)>、<i′s(t)>；代表<i′s(t)>的一次分量的实部，/>代表<i′s(t)>一次分量的虚部，<vo(t)>0代表<vo(t)>的直流分量；s1(t)、s2(t)，为高频链两侧开关状态；R′t为一次侧电阻；R为二次侧输出电阻；/>为一次侧电容电压；/>为二次侧电容电压；
所述根据所述三阶大信号模型构建所述观测器参考模型，包括：
将所述双有源全桥变换器的实际输出电压输入所述观测器参考模型并与所述观测器参考模型的输出电压作差，得到所述观测器参考模型输出的误差反馈矩阵；
对所述观测器参考模型的极点进行配置，验证所述观测器参考模型的能观性条件，并求解出所述误差反馈矩阵；
将求解得到的所述误差反馈矩阵带入经过极点配置后的所述观测器参考模型，得到所述观测器参考模型；
所述观测器参考模型为：
其中，表示观测器观测出的输出电容电压，/>表示观测器观测出的高频链电流；g1、g2、g3为状态反馈系数；vi表示输入电压；
所述利用所述观测器参考模型获取高频链电流在当前时段的基波幅值和相位，包括：
利用所述观测器参考模型获取所述双有源全桥变换器的高频链电流一次基波分量的参考波形；
利用时间窗对所述参考波形中当前时段的波形求滑动平均值，得到所述基波幅值与相位；
所述根据所述电路参数和所述基波幅值和相位求解出所述高频链电流的特征反馈量，包括：
利用特征反馈量计算式求解出所述高频链电流的所述特征反馈量；
所述特征反馈量计算式为：
其中，表示当前高频链电流基波幅值，所述电路参数包括一次侧漏感Ls、一次侧母线电压Vin、MOS管的额定频率f、Vo表示输出电压幅值。
4.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至2任一项所述的方法。
5.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至2中任一项所述的方法。
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| 基于DPS控制的双向全桥直流变换器的建模;卢建华 等；;海军航空工程学院学报;20191030;34(05);第437-440页 * |
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