CN105703629B - Buck-Boost矩阵变换器运行状态判定方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种Buck‑Boost矩阵变换器运行状态判定方法及装置，通过建立Buck‑Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型；根据离散迭代非线性映射模型获取Buck‑Boost矩阵变换器的雅克比矩阵；根据雅克比矩阵获得雅克比矩阵特征方程；之后将n组输入参数作为特征方程的输入，获得n组雅克比矩阵的特征值；从而根据雅克比矩阵的特征值绘制运动轨迹；最终根据运动轨迹判定Buck‑Boost矩阵变换器的运行状态。实现了根据该运动轨迹对Buck‑Boost矩阵变换器是否处于稳定运行的工作状态进行判定，并可确定该变换器实现稳定运行时上述输入参数的变化范围，为实现Buck‑Boost矩阵变换器的稳定运行奠定了基础。
Description
技术领域
本发明涉及非线性系统领域，尤其涉及一种Buck-Boost矩阵变换器运行状态判定方法及装置。
背景技术
Buck-Boost矩阵变换器(Buck-Boost Matrix Converter,简称：BBMC)是一种具有高电压传输比且可直接输出高品质正弦波的新型电力变换器。Buck-Boost矩阵变换器具有新型主电路拓扑结构，该拓扑结构不仅保持了传统矩阵变换器输入电流正弦、输入功率因数可调等系列优点，同时还具有输出电压和频率任意可调，即其电压传输比既可大于1.0、也可小于1.0，且直接输出高品质的正弦波而无需滤波环节等特点。
然而该变换器因属于变结构强非线性系统，其在一定条件下会产生分岔与混沌现象，因而导致变换器性能不稳定、振荡加剧及不规则电磁噪声过大等问题，直接影响变换器的运行质量和可靠性。而对于该变换器存在的分岔与混沌现象，由于目前还缺乏相关研究以对其非线性特性进行分析，因此还无法准确确定变换器的运行状态。
发明内容
本发明提供一种Buck-Boost矩阵变换器运行状态判定方法及装置，用于为实现Buck-Boost矩阵变换器的稳定运行奠定基础。
本发明第一个方面提供一种Buck-Boost矩阵变换器运行状态判定方法，所述方法应用于所述Buck-Boost矩阵变换器上，所述方法具体包括：
建立所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型；
根据所述离散迭代非线性映射模型获取所述Buck-Boost矩阵变换器的雅克比矩阵；
根据所述雅克比矩阵获得所述雅克比矩阵的特征方程；
将n组输入参数作为所述特征方程的输入，获得n组所述雅克比矩阵的特征值；每组所述输入参数包括电感值、电容值、负载电阻值及所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值；其中，每组所述输入参数中设置一个变化参数，除所述变化参数外的输入参数保持固定；所述变化参数为所述电感值、所述电容值、所述负载电阻值及所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值中的一个；
根据所述雅克比矩阵的特征值，绘制运动轨迹；所述运动轨迹为所述雅克比矩阵的特征值与对应的所述变化参数之间的运动轨迹；所述n为自然数；
根据所述运动轨迹判定所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态。
结合第一个方面，在第一种可能的实现方式中，所述建立所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型，包括：
根据所述Buck-Boost矩阵变换器的功率开关导通状态和所述Buck-Boost矩阵变换器的功率开关关断状态建立所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程，所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程符合基尔霍夫定律；
根据所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程获取所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型。
结合第一个方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述建立所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型，满足如下条件：
所述Buck-Boost矩阵变换器中的所有电路元器件等价为理想器件，输入电源等价为理想电源，所述电路元器件包括：功率开关管、二极管、电感、电容及负载电阻。
结合第一个方面，在第三种可能的实现方式中，所述根据所述运动轨迹判定所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态，包括：
当所述运动轨迹处于稳定工作区域时，则所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态为稳定工作状态；
当所述运动轨迹处于非稳定工作区域时，则所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态为出现分岔现象。
结合第一个方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述稳定工作区域为单位圆。
本发明第二个方面提供一种Buck-Boost矩阵变换器运行状态判定装置，包括：微处理器、检测模块、显示器以及直流稳压电源；
所述微处理器分别与所述检测模块及显示器相连；
所述微处理器，用于建立所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型；根据所述离散迭代非线性映射模型获取所述Buck-Boost矩阵变换器的雅克比矩阵；根据所述雅克比矩阵获得所述雅克比矩阵的特征方程；将n组输入参数作为所述特征方程的输入，获得n组所述雅克比矩阵的特征值；每组所述输入参数包括电感值、电容值、负载电阻值及所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值；其中，每组所述输入参数中设置一个变化参数，除所述变化参数外的输入参数保持固定；所述变化参数为所述电感值、所述电容值、所述负载电阻值及所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值中的一个；根据所述雅克比矩阵的特征值，绘制运动轨迹；所述运动轨迹为所述雅克比矩阵的特征值与对应的所述变化参数之间的运动轨迹；所述n为自然数；根据所述运动轨迹判定所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态；
所述检测模块，用于获取所述电感值、所述电容值、所述负载电阻值及所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值；
所述显示器，用于显示所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态；
所述直流稳压电源，用于为所述微处理器、所述检测模块以及所述显示器提供电源。
结合第二个方面，在第一种可能的实现方式中，所述微处理器建立所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型，具体包括：
根据所述Buck-Boost矩阵变换器的功率开关导通状态和所述Buck-Boost矩阵变换器的功率开关关断状态建立所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程，所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程符合基尔霍夫定律；
根据所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程获取所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型。
结合第二个方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述微处理器建立所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型，满足如下条件：
所述Buck-Boost矩阵变换器中的所有电路元器件等价为理想器件，输入电源等价为理想电源，所述电路元器件包括：功率开关管、二极管、电感、电容及负载电阻。
结合第二个方面，在第三种可能的实现方式中，所述微处理器根据所述运动轨迹判定所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态，具体包括：
当所述运动轨迹处于稳定工作区域时，则所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态为稳定工作状态；
当所述运动轨迹处于非稳定工作区域时，则所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态为出现分岔现象。
结合第二个方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述稳定工作区域为单位圆。
结合第二个方面，在第五种可能的实现方式中，所述检测模块，包括：电感检测模块、电容检测模块、电阻检测模块、电压检测模块；
所述微处理器分别与所述电感检测模块、所述电容检测模块、所述电阻检测模块以及所述电压检测模块相连；
所述电感检测模块，用于检测所述Buck-Boost矩阵变换器中电感元件的所述电感值；
所述电容检测模块，用于检测所述Buck-Boost矩阵变换器中电容元件的所述电容值；
所述电阻检测模块，用于检测所述Buck-Boost矩阵变换器的负载电阻值；
所述电压检测模块，用于检测所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值。
本实施例提供的Buck-Boost矩阵变换器运行状态判定方法及装置，通过建立所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型；并根据所述离散迭代非线性映射模型获取所述Buck-Boost矩阵变换器的雅克比矩阵；进一步根据所述雅克比矩阵获得所述雅克比矩阵的特征方程；之后，将n组输入参数作为所述特征方程的输入，获得n组所述雅克比矩阵的特征值；每组所述输入参数包括电感值、电容值、负载电阻值及所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值；其中，每组所述输入参数中设置一个变化参数，除所述变化参数外的输入参数保持固定；所述变化参数为所述电感值、所述电容值、所述负载电阻值及所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值中的一个；从而根据所述雅克比矩阵的特征值，绘制运动轨迹；所述运动轨迹为所述雅克比矩阵的特征值与对应的所述变化参数之间的运动轨迹；所述n为自然数；最终根据所述运动轨迹判定所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态。实现了根据该运动轨迹对Buck-Boost矩阵变换器是否处于稳定运行的工作状态进行判定，并可确定该变换器实现稳定运行时上述输入参数的变化范围，为实现Buck-Boost矩阵变换器的稳定运行奠定了基础。
附图说明
图1为本发明Buck-Boost矩阵变换器的主电路拓扑结构图；
图2为本发明实施例提供的一种Buck-Boost矩阵变换器运行状态判定方法流程图；
图3为本发明实施例提供的一种Buck-Boost矩阵变换器运行状态判定装置结构框图；
图4为本发明实施例提供的另一种Buck-Boost矩阵变换器运行状态判定装置结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
参见图1，图1为本发明Buck-Boost矩阵变换器的主电路拓扑结构图，该变换器包括整流级和逆变级两部分，其整流级为一个3/2相矩阵变换器，逆变级则采用三相Buck-Boost逆变器的结构形式，由于影响Buck-Boost矩阵变换器运行状态的主要因素在于其逆变级，故在针对该变换器进行运行状态分析时只针对该逆变级进行；同时由图1可见，该逆变级是由三个结构相同的Buck-Boost DC/DC变换器组成的，故在后续的分析中，以其中一相Buck-Boost DC/DC变换器为例，其它两相的情况完全相同。
图2为本发明实施例提供的一种Buck-Boost矩阵变换器运行状态判定方法流程图。所述方法应用于所述Buck-Boost矩阵变换器上，参照图2，包括以下步骤：
步骤100、建立所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型；
步骤101、根据所述离散迭代非线性映射模型获取所述Buck-Boost矩阵变换器的雅克比矩阵；
步骤102、根据所述雅克比矩阵获得所述雅克比矩阵的特征方程；
步骤103、将n组输入参数作为所述特征方程的输入，获得n组所述雅克比矩阵的特征值；每组所述输入参数包括电感值、电容值、负载电阻值及所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值；其中，每组所述输入参数中设置一个变化参数，除所述变化参数外的输入参数保持固定；所述变化参数为所述电感值、所述电容值、所述负载电阻值及所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值中的一个；
步骤104、根据所述雅克比矩阵的特征值，绘制运动轨迹；所述运动轨迹为所述雅克比矩阵的特征值与对应的所述变化参数之间的运动轨迹；所述n为自然数；
步骤105、根据所述运动轨迹判定所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态。
本实施例提供的Buck-Boost矩阵变换器运行状态判定方法，通过建立所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型；并根据所述离散迭代非线性映射模型获取所述Buck-Boost矩阵变换器的雅克比矩阵；进一步根据所述雅克比矩阵获得所述雅克比矩阵的特征方程；之后，将n组输入参数作为所述特征方程的输入，获得n组所述雅克比矩阵的特征值；每组所述输入参数包括电感值、电容值、负载电阻值及所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值；其中，每组所述输入参数中设置一个变化参数，除所述变化参数外的输入参数保持固定；所述变化参数为所述电感值、所述电容值、所述负载电阻值及所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值中的一个；从而根据所述雅克比矩阵的特征值，绘制运动轨迹；所述运动轨迹为所述雅克比矩阵的特征值与对应的所述变化参数之间的运动轨迹；所述n为自然数；最终根据所述运动轨迹判定所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态。实现了根据该运动轨迹可对Buck-Boost矩阵变换器是否处于稳定运行的工作状态进行判定，并可确定该变换器实现稳定运行时上述输入参数的变化范围，为实现Buck-Boost矩阵变换器的稳定运行奠定了基础。
可选的，步骤100的一种可行的实现方式为：
根据所述Buck-Boost矩阵变换器的功率开关导通状态和所述Buck-Boost矩阵变换器的功率开关关断状态建立所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程，所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程符合基尔霍夫定律；
根据所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程获取所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型。
具体的，在建立系统状态微分方程时，作如下假设：(1)将Buck-Boost矩阵变换器中所有电路元器件视为理想器件，输入电源视为理想电源，所述电路元器件包括：功率开关管、二极管、电感、电容及负载电阻；(2)鉴于Buck-Boost矩阵变换器的逆变级由三个结构完全相同的Buck-BoostDC/DC变换器组成，故认为每相Buck-Boost DC/DC变换器的运行状态也完全相同，因而在分析中以其中一相为例。
以Buck-Boost DC/DC变换器中电感电流和电容电压为系统状态变量，根据该变换器中功率开关导通和关断两种状态并根据基尔霍夫定律建立系统的状态微分方程，方法如下：
Buck-Boost DC/DC变换器中的两个功率开关T1和T2工作在互补状态，即T1导通时、T2关断，而T1关断时、T2导通，根据T1和T2的上述两种开关状态并以Buck-Boost DC/DC变换器中电感电流和电容电压为状态变量，根据基尔霍夫定律分别求出T1和T2在上述两种开关状态下的状态微分方程，分别如式(1)和式(2)所示：
其中，为系统状态变量， E为Buck-Boost矩阵变换器直流侧电压(即Buck-Boost DC/DC变换器的输入电
压)；L为Buck-Boost DC/DC变换器的桥臂电感，C为Buck-Boost DC/DC变换器的桥臂电容，R
为Buck-Boost DC/DC变换器的负载电阻。
具体的，对于构建系统离散迭代非线性映射模型，一种可行的实现方式为：
1)求系统矩阵A1和A2的状态转移矩阵，方法如下：
设φ1(t)、φ2(t)分别为矩阵A1、A2的状态转移矩阵，P为矩阵A1的特征矩阵，M为矩阵P的逆。求得矩阵A1的特征矩阵如式(3)所示：
P＝(SI-A1) (3)
然后对矩阵P求逆，所得矩阵P的逆矩阵M如式(4)所示：
M＝(SI-A1)-1 (4)
再对逆矩阵M求拉普拉斯反变换，即得矩阵A1对应的状态转移矩阵φ1(t)，如式(5)所示：
同理可求得矩阵A2对应的状态转移矩阵φ2(t)，如式(6)所示：
其中，
2)构建系统离散迭代非线性映射模型。
设Buck-Boost DC/DC变换器工作在电感电流连续模式下，可得功率开关T1在一个开关周期内的占空比为：
其中：Iref为电感电流参考值，L为电感，T为开关周期。
分别对状态微分方程(1)和(2)求解，可得相应的解析表达式分别如式(8)和式(9)所示：
其中：t1为功率开关T1在一个开关周期T内的开通时间，t2＝T-t1。
采用频闪映射法，对nT(T为开关周期)时刻进行采样，分别将式(8)、式(9)离散化，可得相应的离散迭代非线性映射模型，分别如式(10)、式(11)所示。
具体的，对于求系统的雅可比矩阵及对应的特征方程，一种可行的实现方式为：
1)求系统的雅可比矩阵
设系统不动点为x*，在式(10)、(11)表示的离散迭代非线性映射模型中，令xn+1＝xn＝x*，求出不动点x*，则可推导出Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代映射非线性模型在不动点x*处的雅克比矩阵J(x*)为：
其中，x1,n，x2,n分别为第n
次开关周期电感电流和电容电压，xn为系统状态变量。
2)系统雅克比矩阵J(x*)对应的特征方程，如式(13)所示：
det(λI-J(x*)＝0 (13)
其中，I为与雅克比矩阵阶数相同的单位阵。将式(12)代入式(13)雅克比矩阵特征方程中，得雅克比矩阵特征多项式，如式(14)所示。
λ2-(J11+J22)λ+J11J22-J12J21＝0 (14)
求解上述特征多项式，得雅克比矩阵特征值λ为：
具体的，对于求雅克比矩阵特征值，一种可行的实现方式为：
以Buck-Boost矩阵变换器中电感、电容、负载电阻及其直流侧电压为输入参数，并分别以该组输入参数中的任一个为变化参数，其它3个参数保持固定，各选取n组参数代入式(14)所示的雅克比矩阵特征方程中，得到对应的n个雅克比矩阵特征值。
具体的，对于绘制雅克比矩阵特征值的运动轨迹，一种可行的实现方式为：
根据求得的4组雅克比矩阵特征值，绘制各组雅克比矩阵特征值分别随相应的变化参数变化的运动轨迹，其中每组雅克比矩阵特征值包含n个雅克比矩阵特征值；所述变化参数指Buck-Boost矩阵变换器中电感、电容、负载电阻及其直流侧电压中的一个。
具体的，对于系统稳定性分析，一种可行的实现方式为：
当所述运动轨迹处于稳定工作区域时，则所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态为稳定工作状态；
当所述运动轨迹处于非稳定工作区域时，则所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态为出现分岔现象。
其中，所述稳定工作区域为单位圆。
具体的，根据绘制的雅克比矩阵特征值随各变化参数(电感、电容、负载电阻及Buck-Boost矩阵变换器直流侧电压)变化的运动轨迹，对系统的稳定工作区域进行分析，即当该运动轨迹均位于单位圆内部时，表示Buck-Boost矩阵变换器处于稳定工作状态，而如果上述运动轨迹超出了单位圆，则表示系统发生了分岔现象，由此可确定Buck-Boost矩阵变换器实现稳定运行时上述各变化参数的变化范围。
进一步的，本发明实施例还提供一种Buck-Boost矩阵变换器运行状态判定装置，该装置用于执行上述实施例对应各个步骤。图3为本发明实施例提供的一种Buck-Boost矩阵变换器运行状态判定装置结构框图。包括微处理器10、检测模块11、显示器12以及直流稳压电源13；
所述微处理器10分别与所述检测模块11及显示器12相连；
所述微处理器10，用于建立所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型；根据所述离散迭代非线性映射模型获取所述Buck-Boost矩阵变换器的雅克比矩阵；根据所述雅克比矩阵获得所述雅克比矩阵的特征方程；将n组输入参数作为所述特征方程的输入，获得n组所述雅克比矩阵的特征值；每组所述输入参数包括电感值、电容值、负载电阻值及所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值；其中，每组所述输入参数中设置一个变化参数，除所述变化参数外的输入参数保持固定；所述变化参数为所述电感值、所述电容值、所述负载电阻值及所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值中的一个；根据所述雅克比矩阵的特征值，绘制运动轨迹；所述运动轨迹为所述雅克比矩阵的特征值与对应的所述变化参数之间的运动轨迹；所述n为自然数；根据所述运动轨迹判定所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态；
所述检测模块11，用于获取所述电感值、所述电容值、所述负载电阻值及所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值；
所述显示器12，用于显示所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态；
所述直流稳压电源13，用于为所述微处理器10、所述检测模块11以及所述显示器12提供电源。
本实施例提供的Buck-Boost矩阵变换器运行状态判定装置，所述微处理器分别与所述检测模块及显示器相连；其中，所述微处理器建立所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型；所述微处理器根据所述离散迭代非线性映射模型获取所述Buck-Boost矩阵变换器的雅克比矩阵；所述微处理器根据所述雅克比矩阵获得所述雅克比矩阵的特征方程；所述微处理器将n组输入参数作为所述特征方程的输入，获得n组所述雅克比矩阵的特征值；每组所述输入参数包括电感值、电容值、负载电阻值及所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值；其中，每组所述输入参数中设置一个变化参数，除所述变化参数外的输入参数保持固定；所述变化参数为所述电感值、所述电容值、所述负载电阻值及所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值中的一个；所述微处理器根据所述雅克比矩阵的特征值，绘制运动轨迹；所述运动轨迹为所述雅克比矩阵的特征值与对应的所述变化参数之间的运动轨迹；所述n为自然数；所述微处理器根据所述运动轨迹判定所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态；所述检测模块获取所述电感值、所述电容值、所述负载电阻值及所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值；所述显示器显示所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态；所述直流稳压电源为所述微处理器、所述检测模块以及所述显示器提供电源。实现了根据该运动轨迹对Buck-Boost矩阵变换器是否处于稳定运行的工作状态进行判定，并可确定该变换器实现稳定运行时上述输入参数的变化范围，为实现Buck-Boost矩阵变换器的稳定运行奠定了基础。
可选的，所述微处理器10建立所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型，具体包括：
根据所述Buck-Boost矩阵变换器的功率开关导通状态和所述Buck-Boost矩阵变换器的功率开关关断状态建立所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程，所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程符合基尔霍夫定律；
根据所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程获取所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型。
可选的，所述微处理器10建立所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型，满足如下条件：
所述Buck-Boost矩阵变换器中的所有电路元器件等价为理想器件，输入电源等价为理想电源，所述电路元器件包括：功率开关管、二极管、电感、电容及负载电阻。
可选的，所述微处理器10根据所述运动轨迹判定所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态，具体包括：
当所述运动轨迹处于稳定工作区域时，则所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态为稳定工作状态；
当所述运动轨迹处于非稳定工作区域时，则所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态为出现分岔现象。
可选的，所述稳定工作区域为单位圆。
在图3的基础上，图4为本发明实施例提供的另一种Buck-Boost矩阵变换器运行状态判定装置结构框图，参照图4，所述检测模块11，包括：电感检测模块110、电容检测模块111、电阻检测模块112、电压检测模块113；
所述微处理器10分别与所述电感检测模块110、所述电容检测模块111、所述电阻检测模块112以及所述电压检测模块113相连；
所述电感检测模块110，用于检测所述Buck-Boost矩阵变换器中电感元件的所述电感值；
所述电容检测模块111，用于检测所述Buck-Boost矩阵变换器中电容元件的所述电容值；
所述电阻检测模块112，用于检测所述Buck-Boost矩阵变换器的负载电阻值；
所述电压检测模块113，用于检测所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种Buck-Boost矩阵变换器运行状态判定方法，所述方法应用于所述Buck-Boost矩阵变换器上，其特征在于，所述Buck-Boost矩阵变换器包括整流级和逆变级，所述整流级为一个3/2相矩阵变换器，所述逆变级由三个Buck-Boost DC/DC变换器组成；所述方法具体包括：
建立所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型；
根据所述离散迭代非线性映射模型获取所述Buck-Boost矩阵变换器的雅克比矩阵；
根据所述雅克比矩阵获得所述雅克比矩阵的特征方程；
将n组输入参数作为所述特征方程的输入，获得n组所述雅克比矩阵的特征值；每组所述输入参数包括电感值、电容值、负载电阻值及所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值；其中，每组所述输入参数中设置一个变化参数，除所述变化参数外的输入参数保持固定；所述变化参数为所述电感值、所述电容值、所述负载电阻值及所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值中的一个；
根据所述雅克比矩阵的特征值，绘制运动轨迹；所述运动轨迹为所述雅克比矩阵的特征值与对应的所述变化参数之间的运动轨迹；所述n为自然数；
根据所述运动轨迹判定所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态；
所述建立所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型，包括：
根据所述Buck-Boost矩阵变换器的功率开关导通状态和所述Buck-Boost矩阵变换器的功率开关关断状态建立所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程，所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程符合基尔霍夫定律；
根据所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程获取所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型；
所述Buck-Boost DC/DC变换器包含功率开关T1和功率开关T2，且所述功率开关T1和所述功率开关T2为互补状态，所述互补状态为：当所述功率开关T1导通时，所述功率开关T2关断；或，所述功率开关T1关断时，所述功率开关T2导通；
则，根据基尔霍夫定律，所述功率开关T1和功率开关T2为互补状态时，所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程分别如式(1)和式(2)所示：
其中，为系统状态变量， E为所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压；L为所述Buck-Boost DC/DC变换器的桥臂电感，C为所述Buck-Boost DC/DC变换器的桥臂电容，R为所述Buck-Boost DC/DC变换器的负载电阻。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型，满足如下条件：
所述Buck-Boost矩阵变换器中的所有电路元器件等价为理想器件，输入电源等价为理想电源，所述电路元器件包括：功率开关管、二极管、电感、电容及负载电阻。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述运动轨迹判定所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态，包括：
当所述运动轨迹处于稳定工作区域时，则所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态为稳定工作状态；
当所述运动轨迹处于非稳定工作区域时，则所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态为出现分岔现象。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述稳定工作区域为单位圆。
5.一种Buck-Boost矩阵变换器运行状态判定装置，其特征在于，包括：微处理器、检测模块、显示器以及直流稳压电源；
所述微处理器分别与所述检测模块及显示器相连；
所述微处理器，用于建立所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型；根据所述离散迭代非线性映射模型获取所述Buck-Boost矩阵变换器的雅克比矩阵；根据所述雅克比矩阵获得所述雅克比矩阵的特征方程；将n组输入参数作为所述特征方程的输入，获得n组所述雅克比矩阵的特征值；每组所述输入参数包括电感值、电容值、负载电阻值及所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值；其中，每组所述输入参数中设置一个变化参数，除所述变化参数外的输入参数保持固定；所述变化参数为所述电感值、所述电容值、所述负载电阻值及所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值中的一个；根据所述雅克比矩阵的特征值，绘制运动轨迹；所述运动轨迹为所述雅克比矩阵的特征值与对应的所述变化参数之间的运动轨迹；所述n为自然数；根据所述运动轨迹判定所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态；
所述检测模块，用于获取所述电感值、所述电容值、所述负载电阻值及所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值；
所述显示器，用于显示所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态；
所述直流稳压电源，用于为所述微处理器、所述检测模块以及所述显示器提供电源；
所述微处理器建立所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型，具体包括：
根据所述Buck-Boost矩阵变换器的功率开关导通状态和所述Buck-Boost矩阵变换器的功率开关关断状态建立所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程，所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程符合基尔霍夫定律；
根据所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程获取所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型；
所述Buck-Boost矩阵变换器包括整流级和逆变级，所述整流级为一个3/2相矩阵变换器，所述逆变级由三个Buck-Boost DC/DC变换器组成；
所述Buck-Boost DC/DC变换器包含功率开关T1和功率开关T2，且所述功率开关T1和所述功率开关T2为互补状态，所述互补状态为：当所述功率开关T1导通时，所述功率开关T2关断；或，所述功率开关T1关断时，所述功率开关T2导通；
则，根据基尔霍夫定律，所述功率开关T1和功率开关T2为互补状态时，所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程分别如式(1)和式(2)所示：
其中，为系统状态变量， E为所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压；L为所述Buck-Boost DC/DC变换器的桥臂电感，C为所述Buck-Boost DC/DC变换器的桥臂电容，R为所述Buck-Boost DC/DC变换器的负载电阻。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述微处理器建立所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代非线性映射模型，满足如下条件：
所述Buck-Boost矩阵变换器中的所有电路元器件等价为理想器件，输入电源等价为理想电源，所述电路元器件包括：功率开关管、二极管、电感、电容及负载电阻。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述微处理器根据所述运动轨迹判定所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态，具体包括：
当所述运动轨迹处于稳定工作区域时，则所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态为稳定工作状态；
当所述运动轨迹处于非稳定工作区域时，则所述Buck-Boost矩阵变换器的运行状态为出现分岔现象。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述检测模块，包括：电感检测模块、电容检测模块、电阻检测模块、电压检测模块；
所述微处理器分别与所述电感检测模块、所述电容检测模块、所述电阻检测模块以及所述电压检测模块相连；
所述电感检测模块，用于检测所述Buck-Boost矩阵变换器中电感元件的所述电感值；
所述电容检测模块，用于检测所述Buck-Boost矩阵变换器中电容元件的所述电容值；
所述电阻检测模块，用于检测所述Buck-Boost矩阵变换器的负载电阻值；
所述电压检测模块，用于检测所述Buck-Boost矩阵变换器的直流侧电压值。
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