CN111786445A - 动力电池充电系统及充电装置的自抗扰控制方法 - Google Patents

动力电池充电系统及充电装置的自抗扰控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及动力电池充电系统及充电装置的自抗扰控制方法，属于新能源汽车充电技术领域，该方法以充电装置中的直流变换器为被控对象，将直流电压输入量经过微分跟踪器，输出跟踪信号及其微分信号，再分别与直流电压观测量和直流电压微分观测量作差，得到两个误差值；再将直流电压输入量经过模型参考自适应控制器输出的参考值，与被控对象输出的直流电压间的误差，采用积分器进行调节，判断调节输出的误差信号大小，选通线性或非线性状态误差反馈控制律模块；将输出的信号与总扰动观测量叠加，得到用于输入到被控对象的控制模型中的控制量，实现直流变换器的控制，最大限度的减小扰动，以稳定充电装置的工作性能，实现电池的快速和可靠充电。

Description

动力电池充电系统及充电装置的自抗扰控制方法
技术领域
本发明属于新能源汽车充电技术领域，具体涉及动力电池充电系统及充电装置的自抗扰控制方法。
背景技术
随着新能源汽车的快速发展，新能源汽车关键技术取得了巨大进展，新能源电动汽车的充电系统的可靠性和快速性研究已逐步成为了新能源产业发展的研究热点，充电装置在能量双向流动过程中起着非常重要的作用。由于不同型号厂家的新能源汽车所需要的充电电压和充电功率均不同，充电装置能够提供的电压范围要尽可能宽，以适应不同的新能源电动汽车的充电需求。
当电动汽车不运行的时候，为了充分利用能量，可以通过变换器把汽车中储存的能量回馈给电网侧(即V2G(Vehicles-to-Grid)技术)，而当电动汽车需要充满电的时候就会从电网吸收能量供给电池，实现能量的双向流动。然而，由于实际的充电桩(即充电装置)工况复杂，不可避免存在器件老化，负载变化，电网波动等扰动情况，这些扰动都会对充电桩的工作性能产生不利影响，影响充电时间的快速性和充电质量的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种动力电池充电装置的自抗扰控制方法，用于解决现有充电装置由于受到扰动影响充电工作性能的问题；同时，本发明提出一种动力电池充电系统，以解决现有充电装置由于受到扰动影响充电工作性能的问题。
基于上述目的，一种动力电池充电装置的自抗扰控制方法的技术方案如下：
所述充电装置包括整流器和直流变换器，整流器的交流侧用于连接电网，整流器的直流侧连接直流母线，直流变换器的输入端连接所述直流母线，直流变换器的输出端用于连接动力电池，所述自抗扰控制方法包括以下步骤：
(1)以所述直流变换器为被控对象，获取所述被控对象输出的直流电压，利用扩张状态观测器，输出总扰动观测量、直流电压观测量和直流电压微分观测量；
(2)将直流电压输入量输入至跟踪微分器，得到直流电压输入量的跟踪信号，以及的跟踪信号的微分信号，将所述跟踪信号与所述直流电压观测量作差，得到第一误差；将所述跟踪信号的微分信号与所述直流电压微分观测量作差，得到第二误差；将所述第一误差和第二误差选通输入至线性或非线性状态误差反馈控制律模块，选通步骤如下：
将所述直流电压输入量经过模型参考自适应控制器输出的参考值，与所述被控对象输出的直流电压作差，得到的误差经过积分器调节，输出误差信号，当该误差信号小于设定限值时，选通线性状态误差反馈控制律模块；当该误差信号大于或等于设定限值时，选通非线性状态误差反馈控制律模块；
(3)将选通所述线性或非线性状态误差反馈控制律模块输出的信号与所述总扰动观测量叠加，用于产生控制量，所述控制量用于输入到被控对象的控制模型中。
上述技术方案的有益效果是：
本发明的自抗扰控制方法，以充电装置中的直流变换器为被控对象，将直流电压输入量经过微分跟踪器，输出跟踪信号及其微分信号，再分别与直流电压观测量和直流电压微分观测量作差，得到两个误差值；然后再将直流电压输入量经过模型参考自适应控制器输出的参考值，与被控对象输出的直流电压间的误差，采用积分器进行调节，判断调节输出的误差信号大小，若小于一个限值，说明说明较容易校正输出的直流电压，选通线性状态误差反馈控制律模块；若大于或等于此限值，说明说明不容易校正输出的直流电压，选通非线性状态误差反馈控制律模块，最后，将线性或非线性状态误差反馈控制律模块输出的信号与总扰动观测量叠加，得到用于输入到被控对象的控制模型中的控制量，实现直流变换器的控制，最大限度的减小扰动，以稳定充电装置的工作性能，实现电池的快速和可靠充电。
进一步的，为了确定总扰动观测量、直流电压观测量和直流电压微分观测量，所述扩张状态观测器的状态方程如下：
Figure BDA0002585899610000021
式中，z1为直流电压观测量，z2为直流电压微分观测量，z3为总扰动观测量，β1、β2和β3为扩张状态观测器中的增益系数，b为控制增益，y为所述被控对象输出的直流电压，u为控制量，fal(e,α,δ)为带有线性区的非光滑的最优控制函数。
进一步的，所述非线性状态误差反馈控制律模块的状态方程如下：
Figure BDA0002585899610000022
式中，e1为所述第一误差，e2为所述第二误差，v1为所述直流电压输入量的跟踪信号，v2为所述跟踪信号的微分信号，z1为直流电压观测量，z2为直流电压微分观测量，z3为总扰动观测量，αi,βi和δ均为可调参数，i＝1,2，fal表示最优控制函数，b0为控制增益b的估计值。
进一步的，所述跟踪微分器的微分方程如下：
Figure BDA0002585899610000031
式中，v0为给定的直流电压输入量，v1为所述直流电压输入量的跟踪信号，v2为所述跟踪信号的微分信号，r为速度因子，h0为滤波因子，fst为设定的非线性函数。
基于上述目的，一种动力电池充电系统的技术方案如下：
包括控制器和充电装置，所述充电装置包括整流器和直流变换器，整流器的交流侧用于连接电网，整流器的直流侧连接直流母线，直流变换器的输入端连接所述直流母线，直流变换器的输出端用于连接动力电池，所述控制器控制连接所述直流变换器，用于执行指令以实现如所述的自抗扰控制方法。
上述技术方案的有益效果为：
本发明的充电系统，利用控制器中搭载有上述自抗扰控制方法的控制指令，对充电装置中的直流变换器进行控制，最大限度的减小扰动，以稳定充电装置的工作性能，实现电池的快速和可靠充电。
进一步的，为了确定总扰动观测量、直流电压观测量和直流电压微分观测量，所述扩张状态观测器的状态方程如下：
Figure BDA0002585899610000032
式中，z1为直流电压观测量，z2为直流电压微分观测量，z3为总扰动观测量，β1、β2和β3为扩张状态观测器中的增益系数，b为控制增益，y为所述被控对象输出的直流电压，u为控制量，fal(e,α,δ)为带有线性区的非光滑的最优控制函数。
进一步的，所述非线性状态误差反馈控制律模块的状态方程如下：
Figure BDA0002585899610000041
式中，e1为所述第一误差，e2为所述第二误差，v1为所述直流电压输入量的跟踪信号，v2为所述跟踪信号的微分信号，z1为直流电压观测量，z2为直流电压微分观测量，z3为总扰动观测量，αi,βi和δ均为可调参数，i＝1,2，fal表示最优控制函数，b0为控制增益b的估计值。
进一步的，所述跟踪微分器的微分方程如下：
Figure BDA0002585899610000042
式中，v0为给定的直流电压输入量，v1为所述直流电压输入量的跟踪信号，v2为所述跟踪信号的微分信号，r为速度因子，h0为滤波因子，fst为设定的非线性函数。
附图说明
图1是本发明方法实施例中的动力电池充电系统示意图；
图2是本发明方法实施例中的动力电池充电装置的自抗扰控制方法框图；
图1中的标号说明如下：
1，三相电源；2，LCL型滤波器；3，三电平整流器；4，大功率双向直流变换器；401，三电平H桥逆变器；402，多绕组高频耦合变压器；403，三电平H桥整流器单元；403-1、403-2、403-3，三电平H桥整流器；5，LC型滤波器；6，电池；7，能量管理控制器；8、12，控制器；9、13，驱动模块；10，储能系统；11、14，电压采样模块；
图2中的标号说明如下：
201，跟踪微分器；202，第一加法器；203，第二加法器；214，第三加法器；215，第四加法器；204，非线性状态误差反馈控制律模块；205，线性状态误差反馈控制律模块；206，第一比例因子；207，第二比例因子；208，扩张状态观测器；209，被控对象；210，模型参考自适应控制器；211，阈值判定器；212，积分器；213，多位开关。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
方法实施例：
本实施例提出一种动力电池充电装置的自抗扰控制方法，以图1所示的动力电池充电系统为例，来介绍本发明的控制方法：
如图1所示的动力电池充电系统，包括动力电池充电装置及其控制电路，其中，动力电池充电装置包括，依次连接的LCL型滤波器2、三电平整流器3，三电平整流器3经过直流母线依次连接大功率双向直流变换器4、LC型滤波器5，其中，LCL型滤波器2的输入端通过三相开关SW连接电网的三相电源1，大功率双向直流变换器4由三电平H桥逆变器401、多绕组高频耦合变压器402、三电平H桥整流器单元403依次连接构成，LC型滤波器5的输出端用于连接待充电的电池6。
图1中，多绕组高频耦合变压器402的原边绕组402-1由电感Lr0、电容Cr0和电感Lm0构成，它们组成LLC谐振电路，形成软开关，以此减少开关损耗，大幅度提升充电桩工作效率；原边绕组402-1的输出端有三个副边绕组，分别为副边绕组402-2，副边绕组402-3，副边绕组402-4，同样为LLC谐振电路，其中，副边绕组402-2的输出端连接三电平H桥整流器403-1的输入端，副边绕组402-3的输出端连接三电平H桥整流器403-2的输入端，副边绕组402-4的输出端连接三电平H桥整流器403-3的输入端。
该充电系统还包括储能系统10，该储能系统10包括储能装置和储能控制电路，其中储能装置超级电容和双向直流变换器，超级电容与双向直流变换器的一端连接，双向直流变换器的另一端连接至直流母线。
图1中，控制电路包括四部分，分别为整流器控制电路、变换器控制电路、储能控制电路(图中未示出)、能量管理控制电路，其中，变换器控制电路采用到了本发明提出的控制方法，实现大功率双向直流变换器4的控制，下面对这四部分控制电路分别进行详细说明：
一、整流器控制电路：
该控制电路包括电压采样模块11，控制器8和驱动模块9，其中电压采样模块11采样连接控制器8，电压采样模块11用于采集三电平整流器3输出的直流电压uo1，还包括采样模块，采样模块包括三相电流采样模块、三相电压采样模块，三相电流采样模块和三相电压采样模块分别采样连接控制器8，用于获取三相电流采样模块采集的三相电流ia,ib,ic，以及获取三相电压采样模块采集的三相电压ea,eb,ec。
控制器8控制连接驱动模块9，用于根据采集的三相电流ia,ib,ic，三相电压ea,eb,ec，以及整流器输出的直流电压uo1，进行电压环和电流环控制的计算，生成驱动信号，并向驱动模块9输出驱动信号，驱动模块9控制连接三电平整流器3中的各开关管Vij，根据驱动信号进行PWM调制，得到PWM波，控制各开关管Vij进行相应的导通与关断，实现对电池6的充电。
二、变换器控制电路：
该控制电路包括采样模块14，控制器12和驱动模块13，其中采样模块14包括电压采样模块14和电流采样模块15，电压采样模块14和电流采样模块15分别采集连接控制器12，用于采集大功率双向直流变换器4输出端的电压uo2和电流io。该控制电路还包括电压采样模块11，电压采样模块11用于采集三电平整流器3输出的电压uo1。
控制器12控制连接驱动模块13，用于根据采集的电压、电流信息，生成驱动信号，并发送给驱动模块13，驱动模块13控制连接大功率双向直流变换器4中的各开关管，即三电平H桥逆变器401中的开关管，三电平H桥整流器单元403中的开关管，根据驱动信号进行PWM调制，得到PWM波，实现对电池6的充放电。
在大功率双向直流变换器4的工作过程中，为了减少系统扰动对大功率双向直流变换器4的影响，上述控制器12实现对大功率双向直流变换器4的自抗扰控制方法为：
首先，以大功率双向直流变换器4为被控对象，建立被控对象的状态方程：
Figure BDA0002585899610000061
式中，x1、x2为状态变量，x3为扩张状态变量，表示系统的总扰动，f(x1,x2,t)表示被控对象动态的未知函数，表示为非线性的、时变的以及含有不确定参数变化的模型；we(t)为由外界干扰的总和，例如由负载变化或环境因素等引起的外部扰动，本实施例中当充电系统处于正负脉冲充电模式时，正脉冲充电的负载是电池6，负脉冲放电的负载变为储能系统10中的储能装置；当充电系统处于V2G(车到电网)模式时，负载变为电网；u(t)为被控对象的控制量，b为控制增益。
该自抗扰控制方法的控制框图如图2所示，将输入量v0输入至跟踪微分器(TD)201，得到的过渡量v1(即v0的跟踪信号)，以及过渡量的一阶微分信号v2，其中，利用第一加法器202，将过渡量v1与扩张状态观测器(ESO)208输出的状态变量的估计值z1(即直流电压观测量)作差，得到误差e1；再利用第二加法器203，将过渡量的一阶微分信号v2与扩张状态观测器208输出的状态变量的估计值z2(即直流电压微分观测量)作差，得到误差e2；误差和经过多位开关213选通线性状态误差反馈控制律模块(LSEF)205或非线性状态误差反馈控制律模块(NLSEF)204，选通方法如图2所示：
采集大功率双向直流变换器4输出端的直流电压uo2，在图2中表示为直流电压y，利用第四加法器215，将输入量v0经过模型参考自适应控制器(MRAC，Model referenceadaptlive control)210输出的参考值与直流电压y作差，得到误差e，将该误差经过积分器212进行调节，利用阈值判定器211对积分器212输出的误差信号进行判定，当该误差信号小于设定限值时，说明较容易校正输出的直流电压，因此，利用多位开关213选通线性状态误差反馈控制律模块205；当误差信号大于或等于设定限值时，说明不容易校正直流电压，因此，利用多位开关213选通非线性状态误差反馈控制律模块204。本实施例中，上述的设定限值(又称设定阈值)根据用户对系统稳态误差要求而设定，误差小于设定阈值时采用线性状态误差反馈控制律模块(LSEF)，符合小信号模型的思想；误差大于设定阈值时采用非线性状态误差反馈控制律模块(NLSEF)。
经过上述的线性和非线性状态误差反馈控制律模块，输出控制信号u0，利用第三加法器214，将该控制信号与修正的系统总扰动作差，从而确定控制量u，用于输入到大功率双向直流变换器4(即图2中的被控对象209)的控制模型中，实现对大功率双向直流变换器4中各开关管的控制。图2中，修正的系统总扰动为扩张状态观测器208输出的系统总扰动z3与第一比例因子(即1/b0)206的乘积。图2中，第一比例因子206和第二比例因子207中的b0为扩张状态观测器208中控制增益b的估计值。
图2中的跟踪微分器(TD)201的微分方程如下：
Figure BDA0002585899610000071
式中，v0为控制系统的给定信号(即输入量)，v1为其估计值，即跟踪信号，v2为v1的一阶微分信号；r为影响跟踪速度的参数(即速度因子)；h0为影响滤波质量的参数(即滤波因子)；-fst(v1,v2,v,r,h0)是一种非线性函数，它的表达式为：
Figure BDA0002585899610000072
式中，d，d0，a0，a均为中间变量，将函数写为一个传递函数时，这些中间变量即可消去，这些变量没有真实的物理意义，sgn为一类根据实际情况而选取的符号函数。
本实施例中，由于在普通的微分器中，微分信号因其噪声信号的影响而无法精准获得，从而影响了系统的控制效果，造成系统的控制精度不高，因此设计了微分跟踪器TD。TD主要是根据输入信号的信息，安排合适的过渡过程，得到其各阶导数，特别是它的一阶导数，从而可以得到比较稳定的输入信号。当系统受到干扰时，由于微分跟踪器的存在，系统不会出现大幅度震荡和波动，也不会因为输入信号的突变使系统出现大的超调或者控制效果变差,甚至失去作用，在很大程度上提高了系统的鲁棒性和稳定性。
图2中的，扩张状态观测器208的状态方程形式如下：
Figure BDA0002585899610000081
式中，z1、z2、z3分别为x1、x2、x3的状态观测量，β1、β2和β3为扩张状态观测器208中的增益系数，控制增益b的估计值为b0，其中，
Figure BDA0002585899610000082
是实时估计的被控系统总扰动，即系统参数变化或者模型不确定性带来的内部扰动以及负载等外部因素引起的外部扰动的总和。
上式中，fal(e,α,δ)是一个带有线性区的非光滑的最优控制函数，具体算法为：
Figure BDA0002585899610000083
式中，e为表示系统的被控输出信号与参考值之间的误差，α为变量，δ为根据实际情况设定的常数，sgn为一类根据实际情况而选取的符号函数。
本实施例中，扩张状态观测器(ESO)是ADRC(自抗扰控制)中最关键的环节，是对非线性、不确定对象的状态观测。它不需要准确的被控对象的数学模型，只需要确定被控对象的输入量、输出量，然后采用适当的办法观测出包括扰动信号在内的所有被控输出信号，并从中准确的估计出系统的总扰动，然后在自抗扰控制的反馈通道中给予补偿(即z3/b0)，从而增强了系统的抗扰性能。
图2中，非线性误差反馈控制率模块204的状态方程如下：
Figure BDA0002585899610000084
式中，u0为NLSEF输出的控制信号，h为精度因子，αi,βi和δ为NLSEF中的可调参数，i＝1,2，通过改变这些参数的值，就可以获得比较好的被控系统的控制效果。
图2中，线性状态误差反馈控制律(SELF)模块的状态方程如下：
Figure BDA0002585899610000091
式中，e1为第一误差，e2为第二误差，v1为直流电压输入量的跟踪信号，v2为跟踪信号的微分信号，z1为直流电压观测量，z2为直流电压微分观测量，z3为总扰动观测量，β1和β2均为可调参数，b0为控制增益b的估计值。
本实施例中，在被控对象存在较大干扰时，通过非线性误差反馈控制率来对系统的状态误差进行反馈，以提高自抗扰控制方法的控制效率和性能。
以上自抗扰控制方法的目的，是通过选定线性或非线性误差反馈控制律模块，使输出的直流电压更快调整至理想值v0，抑制电池扰动、死区效应、器件参数变化等所产生的扰动。
三、储能控制电路：
该电路主要包括第三控制器和驱动模块(图1中未示出)，用于根据获取的采样信息进行计算，生成驱动模块的控制指令，驱动模块控制连接双向直流变换器中的开关管，目的是根据正负脉冲充电模式或V2G(车到电网)模式，控制各开关管进行相应的导通与关断。
在正负脉冲充电模式下，当处于负脉冲充电时，第三控制器控制双向直流变换器，使电流从电池6流向超级电容；当处于正脉冲充电时，第三控制器控制双向直流变换器闭锁，由控制器8控制三电平整流器3，使电流从电网流向电池6。在电网在给电池6充电的时候，当电网能量过剩时，第三控制器控制双向直流变换器使电流从电网侧流向超级电容；当电网能量不足时，第三控制器控制双向直流变换器，使电流从超级电容中流向电池6。在V2G模式下，第三控制器制双向直流变换器，使电流从超级电容流向电网。
四、能量管理控制电路：
该电路主要包括一个能量管理控制器7，能量管理控制器7通信连接控制器8、控制器12和第三控制器，该能量管理控制器7用于获取用户指令，根据用户指令进行模式选择正负脉冲充电模式或V2G(车到电网)模式，向各控制器发送不同的控制指令。
在正负脉冲充电模式下，由于采用的是双脉冲充电，充电过程并不是一直在充电，而是先用一定的脉冲电流，依次通过LCL型滤波器2、三电平整流器3、大功率双向直流变换器4和LC型滤波器5，对电池6进行充电，接着让电池6停充一定的时间，然后控制大功率双向直流变换器4和充电系统中的双向直流变换器，使电池6进行瞬间大电流放电，放电能量由超级电容吸收，放电一段时间后，再继续对电池6充电，如此循环。在整个工作过程中，当对电池6进行瞬间大电流放电时，电池6所放的电向反方向流动，并且此工作过程有多个大功率模块(例如三电平整流器3、大功率双向直流变换器4等)同时参与运行，这将不可避免的导致系统中扰动的产生，因此需要通过变换器控制电路中的自抗扰控制算法，稳定直流变换器输出端的uo2。
本实施例中，变换器控制电路中的自抗扰控制算法应用至图1中的充电系统的拓扑结构，作为其他实施方式，还可以采用现有的充电系统结构。
本发明的自抗扰控制方法，考虑对电池充电过程中产生扰动对充电系统产生的不利影响，以及由于充电负载突变等原因产生的外部扰动影响，通过建立扩张状态观测器，并根据误差信号的大小选通线性或非线性状态误差反馈控制律模块，确保系统稳定工作，适用于大功率充电情形，解决了不同扰动对充电系统的不利影响。
系统实施例：
本实施例提供了一种动力电池充电系统，包括控制器和充电装置，其中充电装置包括整流器和直流变换器，整流器的交流侧用于连接电网，整流器的直流侧连接直流母线，直流变换器的输入端连接该直流母线，直流变换器的输出端用于连接动力电池。
本实施例中，控制器(相当于图1中的控制器12)控制连接上述的直流变换器，用于执行计算机程序，以实现方法实施例中的自抗扰控制方法，由于该方法在方法实例中的记载已经足够清楚、完整，本实施例不再赘述。
也就是说，以上方法实施例中的方法应理解可由计算机程序指令实现充电装置的自抗扰控制方法的流程。可提供这些计算机程序指令到控制器(如通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备等)，使得通过控制器执行这些指令产生用于实现上述方法流程所指定的功能。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种动力电池充电装置的自抗扰控制方法，所述充电装置包括整流器和直流变换器，整流器的交流侧用于连接电网，整流器的直流侧连接直流母线，直流变换器的输入端连接所述直流母线，直流变换器的输出端用于连接动力电池，其特征在于，所述自抗扰控制方法包括以下步骤：
(1)以所述直流变换器为被控对象，获取所述被控对象输出的直流电压，利用扩张状态观测器，输出总扰动观测量、直流电压观测量和直流电压微分观测量；
(2)将直流电压输入量输入至跟踪微分器，得到直流电压输入量的跟踪信号，以及的跟踪信号的微分信号，将所述跟踪信号与所述直流电压观测量作差，得到第一误差；将所述跟踪信号的微分信号与所述直流电压微分观测量作差，得到第二误差；将所述第一误差和第二误差选通输入至线性或非线性状态误差反馈控制律模块，选通步骤如下：
将所述直流电压输入量经过模型参考自适应控制器输出的参考值，与所述被控对象输出的直流电压作差，得到的误差经过积分器调节，输出误差信号，当该误差信号小于设定限值时，选通线性状态误差反馈控制律模块；当该误差信号大于或等于设定限值时，选通非线性状态误差反馈控制律模块；
(3)将选通所述线性或非线性状态误差反馈控制律模块输出的信号与所述总扰动观测量叠加，用于产生控制量，所述控制量用于输入到被控对象的控制模型中。
2.根据权利要求1所述的动力电池充电装置的自抗扰控制方法，其特征在于，所述扩张状态观测器的状态方程如下：
Figure FDA0002585899600000011
式中，z1为直流电压观测量，z2为直流电压微分观测量，z3为总扰动观测量，β1、β2和β3为扩张状态观测器中的增益系数，b为控制增益，y为所述被控对象输出的直流电压，u为控制量，fal(e,α,δ)为带有线性区的非光滑的最优控制函数。
3.根据权利要求1所述的动力电池充电装置的自抗扰控制方法，其特征在于，所述非线性状态误差反馈控制律模块的状态方程如下：
Figure FDA0002585899600000021
式中，e1为所述第一误差，e2为所述第二误差，v1为所述直流电压输入量的跟踪信号，v2为所述跟踪信号的微分信号，z1为直流电压观测量，z2为直流电压微分观测量，z3为总扰动观测量，αi,βi和δ均为可调参数，i＝1,2，fal表示最优控制函数，b0为控制增益b的估计值。
4.根据权利要求1所述的动力电池充电装置的自抗扰控制方法，其特征在于，所述跟踪微分器的微分方程如下：
Figure FDA0002585899600000022
式中，v0为给定的直流电压输入量，v1为所述直流电压输入量的跟踪信号，v2为所述跟踪信号的微分信号，r为速度因子，h0为滤波因子，fst为设定的非线性函数。
5.一种动力电池充电系统，包括控制器和充电装置，所述充电装置包括整流器和直流变换器，整流器的交流侧用于连接电网，整流器的直流侧连接直流母线，直流变换器的输入端连接所述直流母线，直流变换器的输出端用于连接动力电池，其特征在于，所述控制器控制连接所述直流变换器，用于执行指令以实现如权利要求1-4任一项所述的自抗扰控制方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112953271A (zh) * 2021-03-11 2021-06-11 上海空间电源研究所 一种自抗扰的空间大功率整流系统
CN114179642A (zh) * 2021-11-22 2022-03-15 泉州装备制造研究所 一种基于强鲁棒预测控制算法的新能源汽车双向充放电装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090005886A1 (en) * 2002-04-18 2009-01-01 Cleveland State University Extended Active Disturbance Rejection Controller
CN107272445A (zh) * 2017-07-17 2017-10-20 天津理工大学 一种基于自抗扰控制器的电动汽车充放电控制方法
CN108429286A (zh) * 2018-04-02 2018-08-21 武汉理工大学 一种基于自抗扰控制的并网电流调节器
CN108983610A (zh) * 2018-08-03 2018-12-11 华侨大学 一种鲁棒自适应抗扰控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090005886A1 (en) * 2002-04-18 2009-01-01 Cleveland State University Extended Active Disturbance Rejection Controller
CN107272445A (zh) * 2017-07-17 2017-10-20 天津理工大学 一种基于自抗扰控制器的电动汽车充放电控制方法
CN108429286A (zh) * 2018-04-02 2018-08-21 武汉理工大学 一种基于自抗扰控制的并网电流调节器
CN108983610A (zh) * 2018-08-03 2018-12-11 华侨大学 一种鲁棒自适应抗扰控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
尹忠东等: "基于自抗扰控制的电动汽车快速充电纹波抑制方法", 《电力建设》 *
张斌: "微网中V2G控制运行策略", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑（电子期刊）》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112953271A (zh) * 2021-03-11 2021-06-11 上海空间电源研究所 一种自抗扰的空间大功率整流系统
CN114179642A (zh) * 2021-11-22 2022-03-15 泉州装备制造研究所 一种基于强鲁棒预测控制算法的新能源汽车双向充放电装置
CN114179642B (zh) * 2021-11-22 2024-06-11 泉州装备制造研究所 一种基于强鲁棒预测控制算法的新能源汽车双向充放电装置

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