CN106655799A - Buck‑Boost矩阵变换器稳定性判定方法及装置 - Google Patents

Buck‑Boost矩阵变换器稳定性判定方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种Buck‑Boost矩阵变换器稳定性判定方法及装置，通过稳定性判定装置根据状态微分方程和关系信息，获得该矩阵变换器的离散迭代映射模型；之后该装置根据所述离散迭代映射模型获得该矩阵变换器在稳定状态下的输出电压信息；在稳定状态下，该装置根据输出电压信息获取该矩阵变换器的每个电路参数的取值范围；该装置分别获取每个采样数据对应的采样取值范围，进而该装置确定每个电路参数对应的三维稳态运行区域图；在该矩阵变换器在稳定状态时，该装置根据每个电路参数对应的三维稳态运行区域图，以确定每个电路参数及每个电路参数对应的电压反馈系数与电流比例系数的取值范围，为实现Buck‑Boost矩阵变换器的稳定运行奠定基础。

Description

Buck-Boost矩阵变换器稳定性判定方法及装置
技术领域
本发明涉及非线性系统领域，尤其涉及一种Buck-Boost矩阵变换器稳定性判定方法及装置。
背景技术
Buck-Boost矩阵变换器(Buck-Boost Matrix Converter,BBMC)是一种具有高电压传输比及直接输出高品质正弦波等系列优点的新型电力变换器。然而该变换器因属变结构强非线性系统，在一定条件下会出现奇异或不规则现象，如次谐波、间歇性不稳定及电磁噪声过大等复杂行为，直接影响到整个系统运行的稳定性和可靠性，因此，开展该变换器的稳定性研究具有重要意义。
目前在有关Buck-Boost矩阵变换器的稳定性方面已开展了一些研究工作，并从不同角度提出了一些分析方法。如状态空间平均法、小信号分析法、解析法及描述函数法等。其中状态空间平均法、小信号分析法和解析法都是通过对非线性系统的近似线性化处理建立其等效数学模型，然后借助Jacobian矩阵对系统平衡点的稳定性进行判定。
但是，上述方法因为无法克服Buck-Boost矩阵变换器的强非线性，从而导致判定变换器稳定性的结果准确性不高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种Buck-Boost矩阵变换器稳定性判定方法及装置。
本发明的第一个方面提供一种Buck-Boost矩阵变换器稳定性判定方法，包括：
根据状态微分方程和关系信息，获得所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代映射模型；
其中，所述状态微分方程表征Buck-Boost矩阵变换器的状态；所述关系信息表征所述Buck-Boost矩阵变换器中功率开关占空比与电压反馈系数及电流比例系数的关系；
根据所述离散迭代映射模型获得所述Buck-Boost矩阵变换器在稳定状态下的输出电压信息；
在稳定状态下，根据所述输出电压信息获取所述Buck-Boost矩阵变换器的每个电路参数的取值范围；
逐次确定每个电路参数中任意一个电路参数的采样数据；所述采样数据属于所述电路参数的取值范围；
在所述Buck-Boost矩阵变换器工作于稳定状态时，分别获取每个所述采样数据对应的采样取值范围；所述采样取值范围为每个所述采样数据对应的电压反馈系数及电流比例系数的取值范围；
根据每个所述采样数据和所述采样数据对应的采样取值范围，确定每个所述电路参数对应的三维稳态运行区域图；
在所述Buck-Boost矩阵变换器处于稳定状态时，根据每个所述电路参数对应的三维稳态运行区域图，确定每个所述电路参数及每个所述电路参数对应的电压反馈系数与电流比例系数的取值范围。
较佳地，在所述根据状态微分方程和关系信息，获得所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代映射模型之前，还包括：
建立所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程；
确定所述Buck-Boost矩阵变换器中功率开关占空比与电压反馈系数及电流比例系数间的关系信息。
较佳地，所述逐次确定每个电路参数中任意一个电路参数的采样数据，包括：
逐次在所述每个电路参数中任意一个电路参数的取值范围内获取n个数据；
所述在所述Buck-Boost矩阵变换器工作于稳定状态时，分别获取每个所述采样数据对应的采样取值范围，包括：
分别获得所述Buck-Boost矩阵变换器工作于稳定状态时，所述n个数据中每个数据所对应的电压反馈系数及电流比例系数的取值范围；所述n为自然数；
所述根据每个所述采样数据和所述采样数据对应的采样取值范围，确定所述每个所述电路参数对应的三维稳态运行区域图，包括：
根据所述每个电路参数的n个数据以及所述n个数据中每个数据对应的电压反馈系数及电流比例系数的取值范围，确定所述每个电路参数对应的三维稳态运行区域图。
较佳地，所述建立所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程，包括：
根据所述Buck-Boost矩阵变换器的主电路结构，分别建立所述Buck-Boost矩阵变换器在其功率开关处于导通状态和关断状态下的状态微分方程；所述状态微分方程符合基尔霍夫定律；
所述Buck-Boost矩阵变换器的主电路结构，包含功率开关管、二极管、电感、电容及负载电阻。
较佳地，所述确定所述Buck-Boost矩阵变换器中功率开关占空比与电压反馈系数及电流比例系数间的关系信息，包括：
获取所述Buck-Boost矩阵变换器处于稳定状态时，获取所述Buck-Boost矩阵变换器的功率开关的占空比D；
所述稳定状态为在任何瞬间的实际输出电压uo与其对应的参考输出电压uref保持一致，则占空比D为：
其中，所述E为输入电源电压；
获取所述Buck-Boost矩阵变换器实际运行时功率开关占空比的调整值Δd；
采集所述Buck-Boost矩阵变换器的实际输出电压值uo与电感电流iL，由式(2)获得所述Buck-Boost矩阵变换器在实际运行时其功率开关的占空比调整值Δd为：
Δd＝K1(uref-uo)-K2iL (2)
式中：Δd为占空比调整值，K1为电压反馈系数，K2为电流比例系数；
获取所述Buck-Boost矩阵变换器实际运行时功率开关的占空比d；
由式(1)和式(2)得到所述Buck-Boost矩阵变换器实际运行时功率开关的占空比d为：
d＝D+Δd (3)
较佳地，所述根据所述离散迭代映射模型获得所述Buck-Boost矩阵变换器在稳定状态下的输出电压信息，包括：
将所述Buck-Boost矩阵变换器中电感电流和电容电压作为系统状态变量，根据所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程和占空比关系式得到所述离散迭代映射模型为：
其中：所述in和所述un分别为电感电流和电容电压在功率开关的开关周期整数倍nT(n为自然数)时刻的采样值，dn为Buck-Boost矩阵变换器实际运行时功率开关的占空比在nT时刻的采样值，tn＝dnT，tn′＝T-tn，M1＝(a1cos(wtn′)+a2sin(wtn′))， M2＝(a1k+a2w)cos(wtn′)，M3＝(a2k-a1w)sin(wtn′)，L、C和R分别为该变换器的桥臂电感、桥臂电容和负载电阻。
较佳地，所述输出电压信息，具体包括：
输出电压波形在任意时刻的采样值un与其对应的参考值uref(n)满足如下关系：
|un-uref(n)|＜ε (5)
式中：ε为任意小的正数。
较佳地，所述电路参数包括：电感、电容和负载电阻。
较佳地，所述在稳定状态下，根据所述输出电压信息获取所述Buck-Boost矩阵变换器的每个电路参数的取值范围，包括：
在所述电感、所述电容和所述负载电阻3个所述电路参数中任选一个作为变化参数，其余两个所述电路参数保持不变；
配置所述变化参数的一个取值，且满足式(5)；
按预设步长将所述变化参数的一个取值依次递增，直至不能满足式(5)，则所述变化参数对应的取值为所述电路参数的上限值；
按所述预设步长将所述变化参数的一个取值依次递减，直到不能满足式(5)，则所述变化参数对应的取值为所述电路参数的下限值；
根据所述下限值和所述上限值确定每个所述电路参数的取值范围；
判断确定每个所述电路参数的取值范围是否都已确定，若是，运算过程结束。
较佳地，在所述Buck-Boost矩阵变换器工作于稳定状态时，分别获取每个所述采样数据对应的采样取值范围，包括：
步骤10-1：在所述电感、所述电容和所述负载电阻3个所述电路参数中依次选取一个为变化参数，其余两个所述电路参数保持不变；
步骤10-2：在所述变化参数的取值范围内选取一个数据；
步骤10-3：先固定一个K1值，再选取一个K2值，要求满足式(5)；
步骤10-4：按预定步长将K2值依次递增，直到不满足式(5)，则所对应的K2值便是K2的上限值；
步骤10-5：按所述预定步长将K2值依次递减，直到不满足式(5)，则所对应的K2值便是K2的下限值；
步骤10-6：根据所述K2的下限值和上限值确定所述K2的取值范围；
步骤10-7：按预设步长将K1值依次递增，再选取一个K2值，若满足式(5)，则重复步骤10-4～步骤10-6；否则所对应的K1值便是K1的上限值；
步骤10-8：按预设步长将K1值依次递减，再选取一个K2值，若满足式(5)，则重复步骤10-4～步骤10-6；否则所对应的K1值便是K1的下限值；
步骤10-9：根据所述K1的下限值和上限值确定所述K1的取值范围；
步骤10-10：判断该变化参数的所有采样数据所对应的采样取值范围是否都已确定，若是，执行步骤10-11；否则，重复步骤10-3～步骤10-9；
步骤10-11：判断每个所述电路参数的采样数据所对应的采样取值范围是否都已确定，若是，运算过程结束。
本发明的第二个方面提供一种Buck-Boost矩阵变换器稳定性判定装置，包括：
获取模块，用于根据状态微分方程和关系信息，获得所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代映射模型；
其中，所述状态微分方程表征Buck-Boost矩阵变换器的状态；所述关系信息表征所述Buck-Boost矩阵变换器中功率开关占空比与电压反馈系数及电流比例系数的关系；
电压输出模块，用于根据所述离散迭代映射模型获得所述Buck-Boost矩阵变换器在稳定状态下的输出电压信息；
取值模块，用于在稳定状态下，根据所述输出电压信息获取所述Buck-Boost矩阵变换器的每个电路参数的取值范围；
采样模块，用于逐次确定每个电路参数中任意一个电路参数的采样数据；所述采样数据属于所述电路参数的取值范围；
在所述Buck-Boost矩阵变换器工作于稳定状态时，分别获取每个所述采样数据对应的采样取值范围；所述采样取值范围为每个所述采样数据对应的电压反馈系数及电流比例系数的取值范围；
处理模块，用于根据每个所述采样数据和所述采样数据对应的采样取值范围，确定每个所述电路参数对应的三维稳态运行区域图；在所述Buck-Boost矩阵变换器在稳定状态时，根据每个所述电路参数对应的三维稳态运行区域图，确定每个所述电路参数及每个所述电路参数对应的电压反馈系数与电流比例系数的取值范围。
本实施例提供的Buck-Boost矩阵变换器稳定性判定方法及装置，通过稳定性判装置根据状态微分方程和关系信息，获得该矩阵变换器的离散迭代映射模型；之后该装置根据所述离散迭代映射模型获得该矩阵变换器在稳定状态下的输出电压信息；在稳定状态下，该装置根据所述输出电压信息获取该矩阵变换器的每个电路参数的取值范围；该装置逐次确定每个电路参数中任意一个电路参数的采样数据；所述采样数据属于所述电路参数的取值范围；在该矩阵变换器工作于稳定状态时，该装置分别获取每个所述采样数据对应的采样取值范围；所述采样取值范围为每个所述采样数据对应的电压反馈系数及电流比例系数的取值范围；进而该装置根据每个所述采样数据和所述采样数据对应的采样取值范围，确定每个所述电路参数对应的三维稳态运行区域图；在该矩阵变换器在稳定状态时，该装置根据每个所述电路参数对应的三维稳态运行区域图，以确定每个所述电路参数及每个所述电路参数对应的电压反馈系数与电流比例系数的取值范围，为实现Buck-Boost矩阵变换器的稳定运行奠定基础。
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矩阵变换器稳定性判定方法流程图；
图3为本发明实施例提供的一种基于电压电流模式控制的单相Buck-Boost DC/DC变换器原理图；
图4为本发明实施例提供的另一种Buck-Boost矩阵变换器稳定性判定方法流程图；
图5为本发明实施例提供的一种获取采样数据对应的采样取值范围的流程示意图；
图6为本发明实施例提供的一种Buck-Boost矩阵变换器稳定性判定装置的结构框图。
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。该变换器由整流级和逆变级两部分组成，其整流级为一个3/2相矩阵变换器，它将三相交流整流成PWM调制的直流电压；逆变级则为三相Buck-Boost逆变器的结构形式，其特点是通过调节占空比，可实现其输出电压的任意调节。然而由于该变换器的逆变级属变结构强非线性系统，在一定条件下会出现次谐波、间歇性不稳定及不规则电磁噪声等复杂行为，直接影响到系统运行的稳定性和可靠性，因此其后针对该变换器的稳定性研究主要以其逆变级为研究对象。
图2为本发明所提供的一种Buck-Boost矩阵变换器稳定性判定方法流程图。参见图2，该方法包括以下步骤：
步骤100、根据状态微分方程和关系信息，获得所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代映射模型；
其中，所述状态微分方程表征Buck-Boost矩阵变换器的状态；所述关系信息表征所述Buck-Boost矩阵变换器中功率开关占空比与电压反馈系数及电流比例系数的关系；
步骤101、根据所述离散迭代映射模型获得所述Buck-Boost矩阵变换器在稳定状态下的输出电压信息；
步骤102、在稳定状态下，根据所述输出电压信息获取所述Buck-Boost矩阵变换器的每个电路参数的取值范围；
步骤103、逐次确定每个电路参数中任意一个电路参数的采样数据；所述采样数据属于所述电路参数的取值范围；
步骤104、在所述Buck-Boost矩阵变换器工作于稳定状态时，分别获取每个所述采样数据对应的采样取值范围；
具体的，所述采样取值范围为每个所述采样数据对应的电压反馈系数及电流比例系数的取值范围；
步骤105、根据每个所述采样数据和所述采样数据对应的采样取值范围，确定每个所述电路参数对应的三维稳态运行区域图；
步骤106、在所述Buck-Boost矩阵变换器在稳定状态时，根据每个所述电路参数对应的三维稳态运行区域图，确定每个所述电路参数及每个所述电路参数对应的电压反馈系数与电流比例系数的取值范围。
本实施例提供的Buck-Boost矩阵变换器稳定性判定方法，通过稳定性判定装置根据状态微分方程和关系信息，获得该矩阵变换器的离散迭代映射模型；之后该装置根据所述离散迭代映射模型获得该矩阵变换器在稳定状态下的输出电压信息；在稳定状态下，该装置根据所述输出电压信息获取该矩阵变换器的每个电路参数的取值范围；该装置逐次确定每个电路参数中任意一个电路参数的采样数据；所述采样数据属于所述电路参数的取值范围；在该矩阵变换器工作于稳定状态时，该装置分别获取每个所述采样数据对应的采样取值范围；所述采样取值范围为每个所述采样数据对应的电压反馈系数及电流比例系数的取值范围；进而该装置根据每个所述采样数据和所述采样数据对应的采样取值范围，确定每个所述电路参数对应的三维稳态运行区域图；在该矩阵变换器在稳定状态时，该装置根据每个所述电路参数对应的三维稳态运行区域图，以确定每个所述电路参数及每个所述电路参数对应的电压反馈系数与电流比例系数的取值范围，为实现Buck-Boost矩阵变换器的稳定运行奠定基础。
图3为本发明实施例提供的一种基于电压电流模式控制的单相Buck-Boost DC/DC变换器原理图。参见图3，其基本原理为：采集Buck-Boost变换器的实际输出电压uo和电感电流iL，先将其实际输出电压uo与其对应的参考输出电压uref进行比较，其偏差(uref-uo)乘以电压反馈系数K1得到输出电压反馈量K1(uref-uo)，再将该电压反馈量和电感电流iL与其比例系数K2的乘积K2iL相减，其差作为该变换器功率开关占空比的调整值Δd，即：Δd＝K1(uref-uo)-K2iL；再将该占空比的调整值与变换器稳态工作时的占空比D求和，即得到该变换器功率开关的实际占空比d，即d＝D+Δd，根据该占空比d并经PWM驱动来控制功率开关T1和T2的导通或关断。
在图2的基础上，图4为本发明所提供的另一种Buck-Boost矩阵变换器稳定性判定方法流程图。参见图4，在步骤100之前，还包括：
步骤107、建立所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程；
步骤108、确定所述Buck-Boost矩阵变换器中功率开关占空比与电压反馈系数及电流比例系数间的关系信息。
具体的，在建立Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程时，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；鉴于Buck-Boost矩阵变换器的逆变级由三个结构完全相同的Buck-Boost DC/DC变换器组成，因而在以下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，针对该变换器在功率开关处于导通和关断两种状态下，根据基尔霍夫定律建立其状态微分方程，分别如式(1)和式(2)所示：
x&＝A1x+B1E (1)
x&＝A2x+B2E (2)
式中：为系统状态向量， E为Buck-Boost DC/DC变换器的输入电源电压；L、C和R分别为该变换器的电感、电容和负载电阻。
可选地，步骤103的一种可能的实现方式为：
步骤103a、逐次在所述每个电路参数中任意一个电路参数的取值范围内获取n个数据；
相应地，步骤104的一种可能的实现方式为：
步骤104a、分别获得所述Buck-Boost矩阵变换器工作于稳定状态时，所述n个数据中每个数据所对应的电压反馈系数及电流比例系数的取值范围；所述n为自然数；
相应地，步骤105的一种可能的实现方式为：
步骤105a、根据所述每个电路参数的n个数据以及所述n个数据中每个数据对应的电压反馈系数及电流比例系数的取值范围，确定所述每个电路参数对应的三维稳态运行区域图。
进一步地，步骤107的一种可能的实现方式：
步骤107a、根据所述Buck-Boost矩阵变换器的主电路结构，分别建立所述Buck-Boost矩阵变换器在其功率开关处于导通状态和关断状态下的状态微分方程；所述状态微分方程符合基尔霍夫定律；
所述Buck-Boost矩阵变换器的主电路结构，包含功率开关管、二极管、电感、电容及负载电阻。
具体的，可以将所述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。
可选地，步骤108的一种可能的实现方式：
步骤108a、获取所述Buck-Boost矩阵变换器处于稳定状态时，获取所述Buck-Boost矩阵变换器的功率开关的占空比D；
具体的，所述稳定状态为在任何瞬间的实际输出电压uo与其对应的参考输出电压uref保持一致，则占空比D为：
其中，所述E为输入电源电压；
步骤108b、获取所述Buck-Boost矩阵变换器实际运行时功率开关占空比的调整值Δd；
进一步地，计算Buck-Boost矩阵变换器实际运行时功率开关占空比的调整值Δd。
Buck-Boost矩阵变换器在实际运行时，因其参考输出电压在不断变化，因而要求其功率开关的占空比也随之不断变化，以使变换器的实际输出电压保持对其参考输出电压的跟踪。然而由于电感电流与电容电压不能突变，在变换器实际输出电压对其参考电压的跟踪中会产生一定的跟踪误差。为此，本发明基于电压电流模式控制方法，通过采集Buck-Boost矩阵变换器的实际输出电压值uo与电感电流iL。
步骤108c、采集所述Buck-Boost矩阵变换器的实际输出电压值uo与电感电流iL，由式(4)获得所述Buck-Boost矩阵变换器在实际运行时其功率开关的占空比调整值Δd为：
Δd＝K1(uref-uo)-K2iL (4)
式中：Δd为占空比调整值，K1为电压反馈系数，K2为电流比例系数；
步骤108d、获取所述Buck-Boost矩阵变换器实际运行时功率开关的占空比d；
具体的，由式(3)和式(4)得到所述Buck-Boost矩阵变换器实际运行时功率开关的占空比d为：
d＝D+Δd (5)
进一步地，构建Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代映射模型。
①求系统状态方程组中矩阵A1和A2的状态转移矩阵。
求取矩阵A1和A2的状态转移矩阵如下：
式中：
②分别对状态微分方程(1)和(2)求解，可得：
式中：t1＝dT为功率开关T1在一个开关周期T内的导通时间，t2为对应的关断时间。
进一步地，步骤101的一种可能的实现方式：
步骤101a、将所述Buck-Boost矩阵变换器中电感电流和电容电压作为系统状态变量，根据所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程和占空比关系式得到所述离散迭代映射模型为：
其中：所述in和所述un分别为电感电流和电容电压在功率开关的开关周期整数倍nT(n为自然数)时刻的采样值，dn为Buck-Boost矩阵变换器实际运行时功率开关的占空比在nT时刻的采样值，tn＝dnT，tn′＝T-tn，M1＝(a1cos(wtn′)+a2sin(wtn′))， M2＝(a1k+a2w)cos(wtn′)，M3＝(a2k-a1w)sin(wtn′)，L、C和R分别为该变换器的桥臂电感、桥臂电容和负载电阻。
可选地，对于上述实施例中涉及的输出电压信息，具体包括：
输出电压波形在任意时刻的采样值un与其对应的参考值uref(n)满足如下关系：
|un-uref(n)|＜ε (11)
式中：ε为任意小的正数。
进一步地，由于所述电路参数包括：电感、电容和负载电阻，相应地，步骤102的一种可能的实现方式为：
在所述电感、所述电容和所述负载电阻3个所述电路参数中任选一个作为变化参数，其余两个所述电路参数保持不变；
步骤102a、配置所述变化参数的一个取值，且满足式(11)；
步骤102b、按预设步长将所述变化参数的一个取值依次递增，直至不能满足式(11)，则所述变化参数对应的取值为所述电路参数的上限值；
步骤102c、按所述预设步长将所述变化参数的一个取值依次递减，直到不能满足式(11)，则所述变化参数对应的取值为所述电路参数的下限值；
步骤102d、根据所述下限值和所述上限值确定每个所述电路参数的取值范围；
步骤102e、判断确定每个所述电路参数的取值范围是否都已确定，若是，运算过程结束。
图5为本发明实施例提供的一种获取采样数据对应的采样取值范围的流程示意图，参照图5，该方法给出了一种步骤104的实现方式：
步骤10-1：在所述电感、所述电容和所述负载电阻3个所述电路参数中依次选取一个为变化参数，其余两个所述电路参数保持不变；
步骤10-2：在所述变化参数的取值范围内选取一个数据；
步骤10-3：先固定一个K1值，再选取一个K2值，要求满足式(11)；
步骤10-4：按预定步长将K2值依次递增，直到不满足式(11)，则所对应的K2值便是K2的上限值；
步骤10-5：按所述预定步长将K2值依次递减，直到不满足式(11)，则所对应的K2值便是K2的下限值；
步骤10-6：根据所述K2的下限值和上限值确定所述K2的取值范围；
步骤10-7：按预设步长将K1值依次递增，再选取一个K2值，若满足式(11)，则重复步骤10-4～步骤10-6；否则所对应的K1值便是K1的上限值；
步骤10-8：按预设步长将K1值依次递减，再选取一个K2值，若满足式(11)，则重复步骤10-4～步骤10-6；否则所对应的K1值便是K1的下限值；
步骤10-9：根据所述K1的下限值和上限值确定所述K1的取值范围；
步骤10-10：判断该变化参数的所有采样数据所对应的采样取值范围是否都已确定，若是，执行步骤10-11；否则，重复步骤10-3～步骤10-9；
步骤10-11：判断每个所述电路参数的采样数据所对应的采样取值范围是否都已确定，若是，运算过程结束。
对于步骤106，其中获取每个电路参数对应的三维稳态运行区域图，一种可能的实现方式为：
分别以电路参数和电压反馈系数K1及电流比例系数K2为三维空间坐标轴，依次根据每个电路参数的n个数据及其每个数据对应的电压反馈系数K1与电流比例系数K2的取值范围在相应的三维空间坐标中绘成n个平面，由该n个平面构成相应的三维立体图，便是该电路参数所对应的三维稳态运行区域图。
进一步地，根据每个电路参数对应的三维稳态运行区域图，即可确定Buck-Boost矩阵变换器处于稳定状态时各电路参数及其对应的电压反馈系数K1与电流比例系数K2的取值范围。
本实施例还提供一种Buck-Boost矩阵变换器稳定性判定装置，以执行上述各个实施例提供的步骤并实现相应的技术效果，图6为本发明实施例提供的一种Buck-Boost矩阵变换器稳定性判定装置的结构示意图，参照图6，该装置包括：获取模块200、电压输出模块201、取值模块202、采样模块203和处理模块204；
获取模块200，用于根据状态微分方程和关系信息，获得所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代映射模型；
其中，所述状态微分方程表征Buck-Boost矩阵变换器的状态；所述关系信息表征所述Buck-Boost矩阵变换器中功率开关占空比与电压反馈系数及电流比例系数的关系；
电压输出模块201，用于根据所述离散迭代映射模型获得所述Buck-Boost矩阵变换器在稳定状态下的输出电压信息；
取值模块202，用于在稳定状态下，根据所述输出电压信息获取所述Buck-Boost矩阵变换器的每个电路参数的取值范围；
采样模块203，用于逐次确定每个电路参数中任意一个电路参数的采样数据；所述采样数据属于所述电路参数的取值范围；
在所述Buck-Boost矩阵变换器工作于稳定状态时，分别获取每个所述采样数据对应的采样取值范围；所述采样取值范围为每个所述采样数据对应的电压反馈系数及电流比例系数的取值范围；
处理模块204，用于根据每个所述采样数据和所述采样数据对应的采样取值范围，确定每个所述电路参数对应的三维稳态运行区域图；在所述Buck-Boost矩阵变换器在稳定状态时，根据每个所述电路参数对应的三维稳态运行区域图，确定每个所述电路参数及每个所述电路参数对应的电压反馈系数与电流比例系数的取值范围。
本实施例提供的稳定性判定装置，通过获取模块根据状态微分方程和关系信息，获得该矩阵变换器的离散迭代映射模型；电压输出模块根据所述离散迭代映射模型获得该矩阵变换器在稳定状态下的输出电压信息；取值模块在稳定状态下，根据所述输出电压信息获取该矩阵变换器的每个电路参数的取值范围；采样模块逐次确定每个电路参数中任意一个电路参数的采样数据；所述采样数据属于所述电路参数的取值范围；在该矩阵变换器工作于稳定状态时，分别获取每个所述采样数据对应的采样取值范围；所述采样取值范围为每个所述采样数据对应的电压反馈系数及电流比例系数的取值范围；处理模块根据每个所述采样数据和所述采样数据对应的采样取值范围，确定每个所述电路参数对应的三维稳态运行区域图；在所述Buck-Boost矩阵变换器在稳定状态时，根据每个所述电路参数对应的三维稳态运行区域图，确定每个所述电路参数及每个所述电路参数对应的电压反馈系数与电流比例系数的取值范围，为实现该矩阵变换器的稳定运行奠定基础。

Claims (10)

1.一种Buck-Boost矩阵变换器稳定性判定方法，其特征在于，包括：
根据状态微分方程和关系信息，获得所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代映射模型；
其中，所述状态微分方程表征Buck-Boost矩阵变换器的状态；所述关系信息表征所述Buck-Boost矩阵变换器中功率开关占空比与电压反馈系数及电流比例系数的关系；
根据所述离散迭代映射模型获得所述Buck-Boost矩阵变换器在稳定状态下的输出电压信息；
在稳定状态下，根据所述输出电压信息获取所述Buck-Boost矩阵变换器的每个电路参数的取值范围；
逐次确定每个电路参数中任意一个电路参数的采样数据；所述采样数据属于所述电路参数的取值范围；
在所述Buck-Boost矩阵变换器工作于稳定状态时，分别获取每个所述采样数据对应的采样取值范围；所述采样取值范围为每个所述采样数据对应的电压反馈系数及电流比例系数的取值范围；
根据每个所述采样数据和所述采样数据对应的采样取值范围，确定每个所述电路参数对应的三维稳态运行区域图；
在所述Buck-Boost矩阵变换器在稳定状态时，根据每个所述电路参数对应的三维稳态运行区域图，确定每个所述电路参数及每个所述电路参数对应的电压反馈系数与电流比例系数的取值范围。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据状态微分方程和关系信息，获得所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代映射模型之前，还包括：
建立所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程；
确定所述Buck-Boost矩阵变换器中功率开关占空比与电压反馈系数及电流比例系数间的关系信息。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述逐次确定每个电路参数中任意一个电路参数的采样数据，包括：
逐次在所述每个电路参数中任意一个电路参数的取值范围内获取n个数据；
所述在所述Buck-Boost矩阵变换器工作于稳定状态时，分别获取每个所述采样数据对应的采样取值范围，包括：
分别获得所述Buck-Boost矩阵变换器工作于稳定状态时，所述n个数据中每个数据所对应的电压反馈系数及电流比例系数的取值范围；所述n为自然数；
所述根据每个所述采样数据和所述采样数据对应的采样取值范围，确定所述每个所述电路参数对应的三维稳态运行区域图，包括：
根据所述每个电路参数的n个数据以及所述n个数据中每个数据对应的电压反馈系数及电流比例系数的取值范围，确定所述每个电路参数对应的三维稳态运行区域图。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述建立所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程，包括：
根据所述Buck-Boost矩阵变换器的主电路结构，分别建立所述Buck-Boost矩阵变换器在其功率开关处于导通状态和关断状态下的状态微分方程；所述状态微分方程符合基尔霍夫定律；
所述Buck-Boost矩阵变换器的主电路结构，包含功率开关管、二极管、电感、电容及负载电阻。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述Buck-Boost矩阵变换器中功率开关占空比与电压反馈系数及电流比例系数间的关系信息，包括：
获取所述Buck-Boost矩阵变换器处于稳定状态时，获取所述Buck-Boost矩阵变换器的功率开关的占空比D；
所述稳定状态为在任何瞬间的实际输出电压uo与其对应的参考输出电压uref保持一致，则占空比D为：
D = u r e f u r e f + E - - - ( 1 )
其中，所述E为输入电源电压；
获取所述Buck-Boost矩阵变换器实际运行时功率开关占空比的调整值Δd；
采集所述Buck-Boost矩阵变换器的实际输出电压值uo与电感电流iL，由式(2)获得所述Buck-Boost矩阵变换器在实际运行时其功率开关的占空比调整值Δd为：
Δd＝K1(uref-uo)-K2iL (2)
式中：Δd为占空比调整值，K1为电压反馈系数，K2为电流比例系数；
获取所述Buck-Boost矩阵变换器实际运行时功率开关的占空比d
由式(1)和式(2)得到所述Buck-Boost矩阵变换器实际运行时功率开关的占空比d为：
d＝D+Δd (3)
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述离散迭代映射模型获得所述Buck-Boost矩阵变换器在稳定状态下的输出电压信息，包括：
将所述Buck-Boost矩阵变换器中电感电流和电容电压作为系统状态变量，根据所述Buck-Boost矩阵变换器的状态微分方程和占空比关系式得到所述离散迭代映射模型为：
{ i n + 1 = e kt n ′ M 1 u n + 1 = - Le kt n ′ ( M 2 + M 3 ) - - - ( 4 )
其中：所述in和所述un分别为电感电流和电容电压在功率开关的开关周期整数倍nT(n为自然数)时刻的采样值，dn为Buck-Boost矩阵变换器实际运行时功率开关的占空比在nT时刻的采样值，tn＝dnT，t′n＝T-tn，M1＝(a1cos(wt′n)+a2sin(wt′n))， M2＝(a1k+a2w)cos(wt′n)，M3＝(a2k-a1w)sin(wt′n)，L、C和R分别为该变换器的桥臂电感、桥臂电容和负载电阻。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出电压信息，具体包括：
输出电压波形在任意时刻的采样值un与其对应的参考值uref(n)满足如下关系：
|un-uref(n)|＜ε (5)
式中：ε为任意小的正数。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电路参数包括：电感、电容和负载电阻。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述Buck-Boost矩阵变换器工作于稳定状态时，分别获取每个所述采样数据对应的采样取值范围，包括：
步骤10-1：在所述电感、所述电容和所述负载电阻3个所述电路参数中依次选取一个为变化参数，其余两个所述电路参数保持不变；
步骤10-2：在所述变化参数的取值范围内选取一个数据；
步骤10-3：先固定一个K1值，再选取一个K2值，要求满足式(5)；
步骤10-4：按预定步长将K2值依次递增，直到不满足式(5)，则所对应的K2值便是K2的上限值；
步骤10-5：按所述预定步长将K2值依次递减，直到不满足式(5)，则所对应的K2值便是K2的下限值；
步骤10-6：根据所述K2的下限值和上限值确定所述K2的取值范围；
步骤10-7：按预设步长将K1值依次递增，再选取一个K2值，若满足式(5)，则重复步骤10-4～步骤10-6；否则所对应的K1值便是K1的上限值；
步骤10-8：按预设步长将K1值依次递减，再选取一个K2值，若满足式(5)，则重复步骤10-4～步骤10-6；否则所对应的K1值便是K1的下限值；
步骤10-9：根据所述K1的下限值和上限值确定所述K1的取值范围；
步骤10-10：判断该变化参数的所有采样数据所对应的采样取值范围是否都已确定，若是，执行步骤10-11；否则，重复步骤10-3～步骤10-9；
步骤10-11：判断每个所述电路参数的采样数据所对应的采样取值范围是否都已确定，若是，运算过程结束。
10.一种Buck-Boost矩阵变换器稳定性判定装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于根据状态微分方程和关系信息，获得所述Buck-Boost矩阵变换器的离散迭代映射模型；
其中，所述状态微分方程表征Buck-Boost矩阵变换器的状态；所述关系信息表征所述Buck-Boost矩阵变换器中功率开关占空比与电压反馈系数及电流比例系数的关系；
电压输出模块，用于根据所述离散迭代映射模型获得所述Buck-Boost矩阵变换器在稳定状态下的输出电压信息；
取值模块，用于在稳定状态下，根据所述输出电压信息获取所述Buck-Boost矩阵变换器的每个电路参数的取值范围；
采样模块，用于逐次确定每个电路参数中任意一个电路参数的采样数据；所述采样数据属于所述电路参数的取值范围；
在所述Buck-Boost矩阵变换器工作于稳定状态时，分别获取每个所述采样数据对应的采样取值范围；所述采样取值范围为每个所述采样数据对应的电压反馈系数及电流比例系数的取值范围；
处理模块，用于根据每个所述采样数据和所述采样数据对应的采样取值范围，确定每个所述电路参数对应的三维稳态运行区域图；在所述Buck-Boost矩阵变换器在稳定状态时，根据每个所述电路参数对应的三维稳态运行区域图，确定每个所述电路参数及每个所述电路参数对应的电压反馈系数与电流比例系数的取值范围。
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