本發(fā)明涉及汽車電源領(lǐng)域領(lǐng)域，具體涉及一種新的基于零極點(diǎn)控制模型的pfc控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展和能源效率的日益關(guān)注，電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。隨著電氣化程度的提高，汽車電源系統(tǒng)的復(fù)雜性和多樣性也隨之上升。在現(xiàn)代汽車中，電子設(shè)備的數(shù)量不斷增加，對(duì)電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性、效率和功率因數(shù)提出了更高的要求。功率因數(shù)校正技術(shù)通過(guò)改善功率因數(shù)，降低諧波失真，幫助電源系統(tǒng)在不同工況下保持高效穩(wěn)定的運(yùn)行。良好的功率因數(shù)能夠顯著減少能量損耗，提高電能利用效率，并降低電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。同時(shí)，隨著電動(dòng)車輛數(shù)量的增加，電車對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響也越來(lái)越明顯，因此在電動(dòng)汽車中采用pfc技術(shù)，有助于減輕對(duì)電網(wǎng)的影響，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

2、現(xiàn)有技術(shù)存在以下不足：現(xiàn)有的技術(shù)普遍采用的pi控制的電壓電流雙環(huán)控制方式，雖然能夠提供一定的反饋調(diào)節(jié)效果，但在面對(duì)復(fù)雜的輸入電源環(huán)境時(shí)，其在消除二次諧波擾動(dòng)方面的性能卻不盡如人意。汽車電源系統(tǒng)經(jīng)常遭遇多種瞬態(tài)工況，導(dǎo)致電流波動(dòng)，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。傳統(tǒng)的汽車電源系統(tǒng)往往采用線性電源，在面對(duì)現(xiàn)代汽車中復(fù)雜多變的電氣負(fù)載和工況時(shí)，難以保證高效能和穩(wěn)定性，在行駛與充電過(guò)程中，電流和電壓的波動(dòng)會(huì)顯著影響電源性能，導(dǎo)致電能浪費(fèi)和電氣系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

3、在所述背景技術(shù)部分公開的上述信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本公開的背景的理解，因此它可以包括不構(gòu)成對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種新的基于零極點(diǎn)控制模型的pfc控制方法，以解決上述背景技術(shù)中的問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種新的基于零極點(diǎn)控制模型的pfc控制方法，具體包括以下步驟：

3、步驟一：以無(wú)橋圖騰柱拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為例，通過(guò)交流電壓傳感器采集兩路交流輸入電壓信號(hào)，一路利用運(yùn)算放大器調(diào)理信號(hào)，存儲(chǔ)n個(gè)周期的信號(hào)并計(jì)算均方根值，利用軟件低通濾波器衰減二次諧波并作為前饋電壓輸入，另一路交流電壓信號(hào)利用電壓除以電阻等效成交流電流信號(hào)作為輸入交流電流信號(hào)；

4、步驟二：檢測(cè)功率因數(shù)校正電路輸出的母線電壓，檢測(cè)信號(hào)輸入到數(shù)字信號(hào)處理器，通過(guò)設(shè)定電壓目標(biāo)值與反饋的母線電壓的差作為補(bǔ)償器的輸入，零極點(diǎn)控制模型的參數(shù)確定，根據(jù)輸出濾波電容紋波輸出電壓范圍確定增益計(jì)算出對(duì)應(yīng)零極點(diǎn)的電容電阻參數(shù)值，定義電壓環(huán)路的穿越頻率。列出模型對(duì)應(yīng)傳遞函數(shù)，通過(guò)拉普拉斯變換和雙線性變換進(jìn)行轉(zhuǎn)換形成線性差分方程，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化零極點(diǎn)環(huán)路控制，完成電壓環(huán)路補(bǔ)償設(shè)計(jì)；

5、步驟三：將輸入交流電流信號(hào)、前饋交流電壓信號(hào)和電壓環(huán)路輸出信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果為正弦交流信號(hào)，通過(guò)補(bǔ)償器算法對(duì)該正弦信號(hào)過(guò)零點(diǎn)附近幅值進(jìn)行放大，并對(duì)峰值附近幅值進(jìn)行減小實(shí)現(xiàn)正弦交流信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償優(yōu)化；

6、步驟四：步驟三補(bǔ)償優(yōu)化后的信號(hào)與電流采樣信號(hào)的差作為電流環(huán)路補(bǔ)償器的輸入。根據(jù)對(duì)開環(huán)傳遞函數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償確定低頻零點(diǎn)增益，開關(guān)頻率處增益。補(bǔ)償增益與開關(guān)系統(tǒng)增益相乘為1處確定為穿越頻率，為滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的相位裕度與穿越頻率計(jì)算處模型的參數(shù)。列出模型對(duì)應(yīng)傳遞函數(shù)，通過(guò)拉普拉斯變換和雙線性變換進(jìn)行轉(zhuǎn)換形成線性差分方程，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化零極點(diǎn)環(huán)路控制，完成流環(huán)路補(bǔ)償設(shè)計(jì)；

7、步驟五：將電流環(huán)路補(bǔ)償?shù)妮敵鲎鳛槊}寬調(diào)制生成器的輸入，通過(guò)調(diào)節(jié)輸出占空比和硬件驅(qū)動(dòng)控制mos開關(guān)，實(shí)現(xiàn)直流輸出電壓和功率因數(shù)的控制。

8、優(yōu)選的，本控制方法適用于各種有橋無(wú)橋的功率因數(shù)控制拓?fù)?，以無(wú)橋圖騰柱拓?fù)錇槔?，通過(guò)交流電壓傳感器采集兩路交流輸入電壓信號(hào)，一路利用運(yùn)算放大器調(diào)理信號(hào)，放大交流電壓信號(hào)在a/d轉(zhuǎn)換器的有效輸入范圍內(nèi)，根據(jù)奈奎斯特定理選擇采集頻率為電路輸入的交流電壓信號(hào)頻率的兩倍，通過(guò)a/d轉(zhuǎn)換器將交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為交流電壓數(shù)字信號(hào)，選擇n個(gè)周期的交流電壓數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)為數(shù)組并計(jì)算均方根值，其具體公式為：

9、

10、其中，vrms表示交流電壓數(shù)字信號(hào)的均方根值，n表示周期數(shù)量，vi表示第i個(gè)交流電壓數(shù)字信號(hào)，選擇軟件低通濾波器實(shí)現(xiàn)對(duì)二次輸入諧波的衰減并設(shè)置輸入諧波成分為100hz、帶寬為20hz，交流電壓數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)軟件低通濾波器作為前饋電壓輸入。另一路交流電壓信號(hào)利用電壓除以電阻等效成交流電流信號(hào)作為輸入交流電流信號(hào)跟蹤輸入。

11、優(yōu)選的，檢測(cè)功率因數(shù)校正電路輸出的母線電壓輸入到數(shù)字信號(hào)處理器，數(shù)字信號(hào)內(nèi)部采用零極點(diǎn)電壓環(huán)路補(bǔ)償，設(shè)定電壓目標(biāo)值與反饋的母線電壓的差作為補(bǔ)償器的輸入，零極點(diǎn)控制模型的參數(shù)確定，根據(jù)輸出濾波電容紋波輸出電壓范圍確定二次諧波頻率處的增益，利用模型參數(shù)方法確定輸出電容兩端的紋波電壓量，其具體公式為:

12、

13、其中，vopk表示輸出電容兩端的紋波電壓量，pin表示輸入功率，fr表示二次輸入諧波的頻率，c1表示輸出濾波電容，v0表示輸出電壓，將輸出電容兩端的紋波電壓量降至電壓誤差放大器的允許范圍，并獲取二次輸入諧波頻率處增益，根據(jù)電壓環(huán)路反饋中的第一阻值并通過(guò)分擔(dān)輸出電壓獲取電壓環(huán)路反饋中的第二阻值，定義電壓環(huán)路的穿越頻率為20hz，選擇等效傳遞函數(shù)，具體為：

14、

15、其中，vbus表示母線電壓，vref表示參考電壓，rv1表示電壓環(huán)路反饋中的第一阻值，rv2表示電壓環(huán)路反饋中的第二阻值，ω表示采樣角頻率，將vref-vo_bus整體作為電壓環(huán)路補(bǔ)償?shù)妮敵鲂盘?hào)、整體作為輸入濾波電壓，通過(guò)拉普拉斯變換獲取第一傳遞函數(shù)并進(jìn)行代數(shù)化簡(jiǎn)，具體為：

16、

17、其中，s表示拉普拉斯變換中的復(fù)變量，cvf表示電壓環(huán)路反饋中的電容值，利用雙線性變換將第一傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換至z域，并形成第一線性差分方程，具體為：

18、vfilter_out(n)＝b0*vfilter_in(n)+b1*vfilter_in(n-1)+a1*vfilter_out(n-1)

19、其中，vfilter_out(n)表示在離散時(shí)間n時(shí)刻的輸出電壓環(huán)路補(bǔ)償輸出電壓，vfilter_in(n)表示在離散時(shí)間n時(shí)刻的電壓環(huán)路補(bǔ)償輸入電壓，vfilter_in(n-1)表示在離散時(shí)間n-1時(shí)刻的電壓環(huán)路補(bǔ)償輸入電壓，vfilter_out(n-1)表示在離散時(shí)間n-1時(shí)刻的電壓環(huán)路補(bǔ)償輸出電壓，b0、b1、a1表示調(diào)節(jié)輸出、輸入濾波電壓的加權(quán)系數(shù)。

20、優(yōu)選的，將步前饋交流電壓信號(hào)和電壓環(huán)路輸出信號(hào)與輸入交流電流信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算，其具體公式為：

21、

22、其中，，imo表示乘法計(jì)算后輸出交流電流參考信號(hào)的幅值，km表示補(bǔ)償和修正輸出電流的調(diào)節(jié)系數(shù)，iac表示交流電流跟蹤的輸入信號(hào)，vf表示前饋電壓，f表示采樣頻率。具體運(yùn)算結(jié)果為正弦交流信號(hào)，通過(guò)補(bǔ)償器算法對(duì)該正弦信號(hào)過(guò)零點(diǎn)附近幅值進(jìn)行放大，并對(duì)峰值附近幅值進(jìn)行減小實(shí)現(xiàn)正弦交流信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償優(yōu)化；

23、優(yōu)選的，補(bǔ)償優(yōu)化后的信號(hào)與電流采樣信號(hào)做差的結(jié)果作為電流環(huán)路補(bǔ)償器的輸入。零極點(diǎn)電流環(huán)路控制模型輸出經(jīng)過(guò)電阻rmo兩端電壓應(yīng)與電流檢測(cè)電阻兩端壓相等，可以確定rmo的值。根據(jù)補(bǔ)償環(huán)路在開關(guān)頻率處增益應(yīng)平坦，在低頻零點(diǎn)增益較高使用平均電流模式控制。補(bǔ)償增益與開關(guān)系統(tǒng)增益相乘為1處確定穿越頻率，選擇穿越頻率后為滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的相位裕度大于45°與補(bǔ)償環(huán)路零點(diǎn)位置應(yīng)小于等于穿越頻率取補(bǔ)償零點(diǎn)在穿越頻率處，計(jì)算出零極點(diǎn)模型參數(shù)。在開關(guān)頻率增加極點(diǎn)并將電流環(huán)路零極點(diǎn)補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，根據(jù)確定的零極點(diǎn)模型列出系統(tǒng)傳遞函數(shù)，其具體為：

24、

25、其中，vcea表示電流環(huán)路的輸出電壓信號(hào)，imo表示電流環(huán)給定目標(biāo)電流信號(hào)，rmo表示通過(guò)零極點(diǎn)補(bǔ)償環(huán)路接地電阻，is表示電流環(huán)路測(cè)量的交流電流，rs表示電流檢測(cè)電阻，rci表示采樣電流輸入電阻，rz表示模型放大器反饋回路零點(diǎn)電阻，cz表示模型放大器反饋回路零點(diǎn)電容，cp表示模型放大器反饋回路極點(diǎn)電容，將vcea-imo*rmo整體作為電流環(huán)路補(bǔ)償?shù)妮敵鲂盘?hào)、imo*rmo-is*rs整體作為電流環(huán)路補(bǔ)償?shù)妮斎胄盘?hào)，通過(guò)拉普拉斯變換獲取第二傳遞函數(shù)并進(jìn)行代數(shù)化簡(jiǎn)，具體為：

26、

27、利用雙線性變換將第二傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換至z域，并形成第二線性差分方程，具體為：

28、vfilter_out(n)＝b2*vfilter_in(n)+b3*vfilter_in(n-1)+b4*vfilter_in(n-2)+a3*vfilter_out(n-1)+a4*vfilter_out(n-2)

29、其中，vfilter_out(n)表示在離散時(shí)間n時(shí)刻的電流環(huán)路補(bǔ)償輸出電壓信號(hào)，vfilter_in(n)表示在離散時(shí)間n時(shí)刻的電流環(huán)路補(bǔ)償輸入電壓信號(hào)，vfilter_in(n-1)表示在離散時(shí)間n-1時(shí)刻的電流環(huán)路補(bǔ)償輸入電壓信號(hào)，vfilter_in(n-2)表示在離散時(shí)間n-2時(shí)刻的電流環(huán)路補(bǔ)償輸入電壓信號(hào)，vfilter_out(n-1)表示在離散時(shí)間n-1時(shí)刻的電流環(huán)路補(bǔ)償輸出電壓信號(hào)，vfilter_out(n-2)表示在離散時(shí)間n-2時(shí)刻的電流環(huán)路補(bǔ)償輸出電壓信號(hào)，b2、b3、b4、a3、a4表示調(diào)節(jié)輸出、輸入濾波電壓的加權(quán)系數(shù)。

30、優(yōu)選的，將電流環(huán)路補(bǔ)償?shù)妮敵鼋?jīng)過(guò)標(biāo)定作為脈寬調(diào)制生成器的輸入并調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制生成器的輸出占空比，通過(guò)硬件驅(qū)動(dòng)控制圖騰柱mos開關(guān)的開通與關(guān)斷，并實(shí)現(xiàn)控制直流輸出電壓以及功率因數(shù)控制，通過(guò)零極點(diǎn)模型控制方式進(jìn)行電壓環(huán)路補(bǔ)償與電流環(huán)路補(bǔ)償，設(shè)置開關(guān)頻率為75khz時(shí)其環(huán)路帶寬設(shè)定5khz。

31、在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明提供的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

32、1、采用無(wú)橋圖騰柱拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合運(yùn)算放大器對(duì)交流電壓信號(hào)進(jìn)行調(diào)理和放大，確保信號(hào)在a/d轉(zhuǎn)換器的有效輸入范圍內(nèi)；通過(guò)選擇奈奎斯特定理所指導(dǎo)的采集頻率，能夠準(zhǔn)確捕捉交流電壓的變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高精度的數(shù)字信號(hào)處理；通過(guò)計(jì)算多個(gè)周期的均方根值并利用低通濾波器衰減二次輸入諧波，有效抑制了諧波對(duì)電壓環(huán)路的影響，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度；同時(shí)，利用零極點(diǎn)模型的數(shù)字補(bǔ)償器對(duì)電壓環(huán)路進(jìn)行補(bǔ)償，通過(guò)對(duì)輸出拓?fù)潆娐冯娙輧啥说募y波電壓量進(jìn)行計(jì)算與控制，能夠?qū)⒓y波電壓降至交流電壓誤差放大器的允許范圍內(nèi)，來(lái)確定零極點(diǎn)模型參數(shù)；設(shè)定合適的目標(biāo)值與反饋信號(hào)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出母線電壓的控制確保輸出的母線電壓穩(wěn)定。

33、采用前饋電壓、輸入電流以及電壓環(huán)輸出組合運(yùn)算作為電流環(huán)路的輸入，并根據(jù)交流電壓特性對(duì)該輸入信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，提高了全范圍控制反饋精度，更好的實(shí)現(xiàn)交流電壓電流同相控制，降低了二次諧波擾動(dòng)影響。采用平均電流模式進(jìn)行控制，并采用基于零極點(diǎn)模型的電流環(huán)路補(bǔ)償控制，實(shí)現(xiàn)前饋控制與電壓內(nèi)環(huán)電流外環(huán)雙環(huán)控制結(jié)合的控制方式。提高了電路的功率因數(shù)，優(yōu)化了電能的使用效率；確保在各種負(fù)載條件下均能保持良好的電壓穩(wěn)定性，不僅提高了動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力提升抗干擾能力和穩(wěn)定性，還有效降低了電能損耗，從而提升了整體能效。其中以零極點(diǎn)模型控制確定參數(shù)后再數(shù)字化實(shí)現(xiàn)環(huán)路補(bǔ)償?shù)姆椒軌驕?zhǔn)確的根據(jù)系統(tǒng)特性實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償控制，具有更高的控制精度和靈活性，使得在各種工況下保持優(yōu)異的性能表現(xiàn)。