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Abstract

本发明一种汽车电源稳定裕度的控制方法及装置，所述方法包括：确定电源系统稳定时，车载设备中恒功率负载的功率的极限值；判断所述恒功率负载的功率是否小于所述极限值；当所述恒功率负载的功率大于或者等于所述极限值时，则优化所述电源系统的参数以调整所述极限值，使得所述恒功率负载的功率小于所述极限值。本发明可以避免因恒功率负载的使用与切换导致系统震荡。

Description

一种汽车电源系统稳定裕度的控制方法及装置
技术领域
本发明涉及汽车电源技术领域，具体涉及一种汽车电源系统稳定裕度的控制方法及装置。
背景技术
目前，在对车载电源系统进行控制系统设计时，通常假设系统是稳定的，没有考虑负载特性可能引发的系统失稳现象以及抑制对策。随着汽车的智能化，车载设备的数量不断增加，致使汽车负载也相应增加。汽车负载类型变得多样化，如自动空调、电机控制器伺服电机驱动系统数量逐渐增加，这类负载通常呈现出恒功率负载特性，在使用与切换这类负载时容易影响电源系统的稳定性，导致系统震荡。
发明内容
本发明的目的是提供一种电源系统稳定裕度的控制方法及装置，可避免因恒功率负载的使用与切换导致系统震荡。
本发明实施例提供了以下方案：
第一方面，本发明实施例提供一种汽车电源稳定裕度的控制方法，所述方法包括：
确定电源系统稳定时，车载设备中恒功率负载的功率的极限值；
判断所述恒功率负载的功率是否小于所述极限值；
当所述恒功率负载的功率大于或者等于所述极限值时，则优化所述电源系统的参数以调整所述极限值，使得所述恒功率负载的功率小于所述极限值。
可选的，所述方法还包括：
当所述恒功率负载的功率小于所述极限值时，设置所述恒功率负载的预留值，所述预留值与所述极限值满足预设比例；
判断所述恒功率负载的功率是否小于所述预留值；
当所述恒功率负载的功率大于或者等于所述预留值时，则进一步优化所述电源系统的参数，使得所述恒功率负载的功率小于所述预留值。
可选的，所述预留值等于所述极限值的90％。可选的，所述方法还包括：
当所述恒功率负载的功率小于所述极限值时，则监控所述恒功率负载的功率。
可选的，所述方法还包括：
确定所述恒功率负载的功率等级大于或者等于所述预留值，则发出报警信号。
可选的，所述确定所述电源系统稳定时所述恒功率负载的功率的极限值，包括：
基于所述电源系统的参数构建所述电源系统的初始模型；
将所述初始模型进行小信号线性化处理得到所述电源系统的简化模型；
基于所述简化模型得到所述电源系统的状态空间矩阵；
基于所述状态空间矩阵得到所述电源系统的稳定条件；以及
基于所述稳定条件得到所述恒功率负载的功率的极限值。
可选的，所述优化所述电源系统的参数以调整所述极限值，包括：
改变所述电源系统的滤波电路的参数以调整所述极限值。
第二方面，本发明实施例提供一种汽车电源稳定裕度的控制装置，所述装置包括：
确定模块，用于确定电源系统稳定时，车载设备中恒功率负载的功率的极限值；
判断模块，用于判断所述恒功率负载的功率是否小于所述极限值；
优化模块，用于当所述恒功率负载的功率大于或者等于所述极限值时，则优化所述电源系统的参数以调整所述极限值，使得所述恒功率负载的功率小于所述极限值。
第三方面，本发明实施例提供一种汽车电源稳定裕度的控制设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以实现第一方面中任一所述的汽车电源稳定裕度的控制方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时以实现第一方面中任一所述的汽车电源稳定裕度的控制方法的步骤。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明实施例识别车载设备中的恒功率负载，通过电源系统的参数确定出保证系统稳定的恒功率负载的极限值，并将恒功率负载的功率控制下极限值以内，从而避免因恒功率负载的使用与切换导致系统震荡。
本发明实施例通过设置所述恒功率负载的预留值对恒功率负载的功率进行预留，并将恒功率负载的功率控制下预留值，使得所述电源系统具有稳定裕度。同时，还对所述电源系统稳定裕度进行监控，从而进一步避免避免因恒功率负载的使用与切换导致系统震荡。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种电源稳定裕度的控制方法的流程图；
图2是使用图1所示的电源稳定裕度的控制方法的电源系统的等效电路图；
图3是使用图1所示的电源稳定裕度的控制方法中确定所述电源系统稳定时所述恒功率负载的功率的极限值的流程图；
图4是本发明实施例提供的一种电源稳定裕度的监控装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种汽车电源稳定裕度的控制方法的流程图。
本发明实施例提供的汽车电源稳定裕度的控制方法用于对汽车的电源系统200的稳定裕度进行监控。在一个实施例中，汽车采用汽油发电机组。请一并参阅图2，电源系统200包括电源VS、滤波电路202及车载设备203。电源VS经滤波电路202对车载设备203进行供电。具体地，电源VS为汽车发动机的输出，可视为理想恒压源。滤波电路202包括滤波电阻Rf、滤波电感Lf及滤波电容Cf。滤波电阻Rf与滤波电感Lf串联后连接至电源VS与车载设备203之间，滤波电容Cf并联至车载设备203。车载设备203包括并联的恒功率负载RCPL和一般负载R。其中，恒功率负载RCPL的功率在预设范围内，一般负载R的功率超出预设范围。恒功率负载RCPL在切换及使用时，容易影响电源系统200的稳定性，产生系统震荡，一般负载R则不容易影响电源系统200的稳定性。具体地，可以通过车载设备203的电流与电压的乘积确定车载设备203的功率，再根据车载设备203的功率是否在预设范围内来识别恒功率负载RCPL以及一般负载R。具体地，恒功率负载RCPL包括闭环控制的变换器负载、电机负载以及开关电源。
请一并参阅图3，本发明实施例提供的电源稳定裕度的控制方法包括如下步骤：
步骤S2，确定电源系统200稳定时，车载设备中恒功率负载RCPL的功率的极限值，包括：
步骤S21，基于电源系统200的参数构建电源系统200的初始模型。
进一步地，根据基尔霍夫电流电压定律得到电源系统的初始模型，初始模型表示为公式组①：
Figure BDA0002788885370000051
其中，VS表示理想恒压源电压；Vdc、idc分别表示负载侧的电压和电流；Lf、Cf、Rf分别表示滤波电感、滤波电容及滤波电阻；R表示一般负载的阻值；PCPL表示恒功率负载的功率。
步骤S22，将电源系统200的初始模型进行小信号线性化处理，得到电源系统的简化模型。
进一步地，简化模型表示为公式组②：
Figure BDA0002788885370000061
其中，Vdc0为系统负载侧稳态电压。
步骤S23，基于简化模型得到电源系统的状态空间矩阵。
进一步地，状态空间矩阵包括：
Figure BDA0002788885370000062
步骤S24，基于状态空间矩阵得到电源系统的稳定条件。
具体地，根据现代控制理论及李雅普诺夫稳定性理论可知，线性系统的稳定性由系统的状态空间矩阵的特征根决定，当其特征根均在s平面的负半平面时，该系统是渐进稳定的，由此，得到稳定条件为：
Figure BDA0002788885370000063
步骤S25，基于稳定条件得到恒功率负载的功率的极限值。
进一步地，恒功率负载的功率的极限值满足表达式：
Figure BDA0002788885370000064
步骤S3，判断恒功率负载的功率是否小于极限值，具体地，将恒功率负载的功率与极限值进行比较，当恒功率负载的功率大于或者等于极限值时，则进入步骤S4，当恒功率负载的功率小于极限值时，则进入步骤S5。可以理解，也可以在恒功率负载的功率接近极限值时，即恒功率负载的功率与极限值的差值在预设范围内时，进入步骤S4。
步骤S4，优化电源系统的参数以调整极限值，并返回至步骤S3，重复判断恒功率负载的功率是否小于极限值，直至恒功率负载的功率小于极限值，也就是说，优化电源系统的参数以调整极限值，使得所述恒功率负载的功率小于所述极限值。
具体地，可以通过改变电源系统的滤波电路的参数以调整极限值。参数包括滤波电路的电感值、电容值、电阻值。例如，可以通过增加并联的电容调整极限值。
在另一较佳实施例中，电源稳定裕度的控制方法还包括：
步骤S5，设置恒功率负载的预留值，预留值与极限值满足预设比例。在本较佳实施例中，预留值等于极限值的90％。也是就说，电源稳定的裕度为极限值的10％。
步骤S6，判断恒功率负载的功率是否小于预留值；当恒功率负载的功率大于或者等于预留值时，进入步骤S7。
步骤S7，进一步优化电源系统的参数，并判断恒功率负载的功率是否小于预留值，如果大于或者大于预留值，则再次优化电源系统的参数，如此反复，直至恒功率负载的功率小于预留值，进入步骤S8，也就是说，优化所述电源系统的参数，以使所述恒功率负载的功率小于所述预留值。
步骤S8，通过恒功率负载的功率监控电源系统的稳定裕度。稳定裕度使得系统波动程度及时间在预设范围内，当稳定裕度越大，系统波动越小，系统响应速度越慢，稳定裕度越小，系统波动越大，系统响应速度越快。在本较佳实施例中，电源系统的稳定裕度为极限值的10％。可以理解，在监控过程中，确定恒功率负载的功率等级大于或者等于预留值，则发出报警信号，同时，再次进入步骤S7，优化电源系统的参数，并判断恒功率负载的功率是否小于预留值，如此反复，直至恒功率负载的功率小于预留值。
可以理解，在步骤S4中，当判断恒功率负载的功率小于极限值时，即可通过恒功率负载的功率监控电源系统，在监控过程中，确定恒功率负载的功率等级大于或者等于极限值，则发出报警信号，同时，再次进入步骤S4中。
基于与方法同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种汽车电源稳定裕度的控制装置100，如图4所示为该装置实施例的结构示意图，装置包括：
确定模块20，用于确定电源系统稳定时，车载设备中恒功率负载的功率的极限值。
判断模块30，用于判断恒功率负载的功率是否小于极限值。
优化模块40，用于当恒功率负载的功率大于或者等于极限值时，则优化电源系统的参数以调整极限值，使得恒功率负载的功率小于极限值。
在另一较佳实施例中，装置还包括：
设置模块50，用于当恒功率负载的功率等级小于极限值时，设置恒功率负载的预留值，预留值与极限值满足预设比例。判断模块30还用于判断恒功率负载的功率是否小于预留值。优化模块40还用于当恒功率负载的功率大于或者等于预留值时，则进一步优化电源系统的参数，使得恒功率负载的功率小于预留值。
监控模块60，还用于当恒功率负载的功率小于极限值时，则监控恒功率负载的功率。
基于与前述实施例中同样的发明构思，本发明实施例还提供一种汽车电源稳定裕度的控制设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现前文任一所述方法的步骤。
基于与前述实施例中同样的发明构思，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前文任一所述方法的步骤。
本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例识别车载设备中的恒功率负载，通过电源系统的参数确定出保证系统稳定的恒功率负载的极限值，并将恒功率负载的功率控制下极限值以内，从而避免因恒功率负载的使用与切换导致系统震荡。
本发明实施例通过设置所述恒功率负载的预留值对恒功率负载的功率进行预留，并将恒功率负载的功率控制下预留值，使得所述电源系统具有稳定裕度。同时，还对所述电源系统稳定裕度进行监控，从而进一步避免避免因恒功率负载的使用与切换导致系统震荡。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(模块、系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种汽车电源稳定裕度的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
确定电源系统稳定时，车载设备中恒功率负载的功率的极限值；
判断所述恒功率负载的功率是否小于所述极限值；
当所述恒功率负载的功率大于或者等于所述极限值时，则优化所述电源系统的参数以调整所述极限值，使得所述恒功率负载的功率小于所述极限值。
2.根据权利要求1所述的汽车电源稳定裕度的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述恒功率负载的功率小于所述极限值时，设置所述恒功率负载的预留值，所述预留值与所述极限值满足预设比例；
判断所述恒功率负载的功率是否小于所述预留值；
当所述恒功率负载的功率大于或者等于所述预留值时，则进一步优化所述电源系统的参数，使得所述恒功率负载的功率小于所述预留值。
3.根据权利要求2所述的汽车电源稳定裕度的控制方法，其特征在于，所述预留值等于所述极限值的90％。
4.根据权利要求2所述的汽车电源稳定裕度的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述恒功率负载的功率小于所述极限值时，则监控所述恒功率负载的功率。
5.根据权利要求4所述的汽车电源稳定裕度的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定所述恒功率负载的功率等级大于或者等于所述预留值，则发出报警信号。
6.根据权利要求1所述的汽车电源稳定裕度的控制方法，其特征在于，所述确定电源系统稳定时，车载设备中恒功率负载的功率的极限值，包括：
基于所述电源系统的参数构建所述电源系统的初始模型；
将所述初始模型进行小信号线性化处理得到所述电源系统的简化模型；
基于所述简化模型得到所述电源系统的状态空间矩阵；
基于所述状态空间矩阵得到所述电源系统的稳定条件；以及
基于所述稳定条件得到所述恒功率负载的功率的极限值。
7.根据权利要求1所述的汽车电源稳定裕度的控制方法，其特征在于，所述优化所述电源系统的参数以调整所述极限值，包括：
改变所述电源系统的滤波电路的参数以调整所述极限值。
8.一种汽车电源稳定裕度的控制装置，其特征在于，所述装置包括：
确定模块，用于确定电源系统稳定时，车载设备中恒功率负载的功率的极限值；
判断模块，用于判断所述恒功率负载的功率是否小于所述极限值；
优化模块，用于当所述恒功率负载的功率大于或者等于所述极限值时，则优化所述电源系统的参数以调整所述极限值，使得所述恒功率负载的功率小于所述极限值。
9.一种汽车电源稳定裕度的控制设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以实现权利要求1至7任一所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时以实现权利要求1至7任一所述的方法的步骤。
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