CN116505767B - 一种lc滤波器级联升压变换器无源控制方法及装置 - Google Patents

一种lc滤波器级联升压变换器无源控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LC滤波器级联升压变换器无源控制方法及装置，属于电力电子系统控制技术领域，方法包括：根据预构建的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图，构建LC滤波器级联升压变换器的状态空间模型；将所述状态空间模型转化为端口哈密顿系统形式；根据端口哈密顿系统形式的状态空间模型，定义无源输出；根据所述无源输出，构建PI无源控制器；利用所述PI无源控制器，对LC滤波器级联升压变换器进行无源控制。该方法通过构建PI无源控制器，实现对LC滤波器级联升压变换器的无源控制。

Description

一种LC滤波器级联升压变换器无源控制方法及装置
技术领域
本发明涉及一种LC滤波器级联升压变换器无源控制方法及装置，属于电力电子系统控制技术领域。
背景技术
近年来，在航空航天领域，越来越多的液压和气动执行机构被电动执行机构所取代，这一趋势被称为更电动飞机（MEA）。典型的MEA直流配电系统可以看作是一个机载微电网，其中LC滤波器、DC/DC变换器和恒功率负载（CPL）这样的子系统经常出现在机载微电网中。需要指出的是，在这种应用中，由于电力电子行为受到严格的调节，这些负载可以被认为是CPL。然而，这些滤波器、DC/DC变换器和恒功率负载将极大地影响机载直流微电网的稳定性和鲁棒性。特别是CPL接到机载直流微电网系统时，其复阻抗特性会使系统中母线电压产生低频振荡现象，引发设备损害、控制保护误动作，甚至致使整个电力系统电压前溃，严重危害用电安全。
机载直流微电网的稳定性分析需要一种新的工具，避免处理高阶模型而不导致保守的结果，这种工具将根据子系统的稳定性来确定整个系统的稳定性。这意味着首先要保证微电网中每个子系统的稳定性，然后考虑各子系统的互联性，确定整个系统的稳定性。无源控制（PBC）很好满足了这些要求。
根据无源性的定义，PBC的一个重要优点是在任意互连中保持无源性。因此，它定义了一种控制器设计方法，通过使其无源化来确保系统的稳定性。然后，如果保证子系统无源以反馈或并行形式相互连接，则整个系统也是无源稳定的。文献（Pang, S., Nahid-Mobarakeh, B., Pierfederici, S., Huangfu, Y., Luo, G.,&Gao, F. (2019). Towardstabilization of constant power loads using IDA-PBC for cascaded LC filterDC/DC converters. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in PowerElectronics, 9(2), 1302-1314）提出了一种互联和阻尼分配的无缘控制（IDA-PBC）方法，用于稳定LC滤波器级联升压变换器带恒功率负载这样的子系统。但这种互联和阻尼分配的无缘控制方法，控制器的设计过程比较复杂，并且需要测量所有的状态，增加了系统的成本，提高了系统的故障率，降低了系统的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LC滤波器级联升压变换器无源控制方法及装置，通过构建PI无源控制器，实现对LC滤波器级联升压变换器的无源控制。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种LC滤波器级联升压变换器无源控制方法，包括：
根据预构建的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图，构建LC滤波器级联升压变换器的状态空间模型；
将所述状态空间模型转化为端口哈密顿系统形式；
根据端口哈密顿系统形式的状态空间模型，定义无源输出；
根据所述无源输出，构建PI无源控制器；
利用所述PI无源控制器，对LC滤波器级联升压变换器进行无源控制。
结合第一方面，进一步的，所述LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图包括级联的LC滤波电路和升压变换电路，所述LC滤波电路包括连接的输入电压、LC滤波器的电感、LC滤波器的电容、LC滤波器的电感电阻和LC滤波器的电容的绝缘电阻，所述升压变换电路包括连接的升压变换器的电感、升压变换器的电容、升压变换器的电感电阻、升压变换器的电容的绝缘电阻、二级管、三极管和恒功率负载。
结合第一方面，进一步的，根据预构建的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图，构建LC滤波器级联升压变换器的状态空间模型包括：
根据预构建的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图，分别以LC滤波器的电感电流、LC滤波器的电容电压、升压变换器的电感电流、升压变换器的输出电压为状态变量，构建LC滤波器级联升压变换器的状态空间模型；
所述状态空间模型的表达式如公式（1）所示：
（1）
公式（1）中，为LC滤波器的电感的标称值，/>为LC滤波器的电容的标称值，/>为升压变换器的电感的标称值，/>为升压变换器的电容的标称值，/>为LC滤波器的电感电阻值，/>为LC滤波器的电容的绝缘电阻值，/>为升压变换器的电感电阻值，/>为升压变换器的电容的绝缘电阻值，/>为LC滤波器的电感电流，/>为LC滤波器的电容电压，/>为升压变换器的电感电流，/>为升压变换器的输出电压，/>为LC滤波器的电感电流对时间的一次导数，/>为LC滤波器的电容电压对时间的一次导数，/>为升压变换器的电感电流对时间的一次导数，/>为升压变换器的输出电压对时间的一次导数，/>为LC滤波器级联升压变换器的输入电压，/>为恒功率负载的电流，/>，/>为恒功率负载的功率，/>为已知常数值，/>为PI无源控制器的控制律。
结合第一方面，进一步的，所述端口哈密顿系统形式的状态空间模型的表达式如公式（2）所示：
（2）
公式（2）中，为状态变量，/>，/>为LC滤波器的电感电流，/>为LC滤波器的电容电压，/>为升压变换器的电感电流，/>为升压变换器的输出电压，/>为状态变量/>对时间的一次导数，/>为哈密顿函数，/>为哈密顿函数/>对状态变量/>的偏导，/>，/>和/>为互联矩阵，，/>，/>为耗散矩阵，，/>为固定源矩阵，/>，/>为交换源矩阵，，/>为LC滤波器的电感的标称值，/>为LC滤波器的电容的标称值，/>为升压变换器的电感的标称值，/>为升压变换器的电容的标称值，/>为LC滤波器的电感电阻值，/>为LC滤波器的电容的绝缘电阻值，/>为升压变换器的电容的绝缘电阻值，/>为LC滤波器级联升压变换器的输入电压，/>为恒功率负载的电流，/>，/>为恒功率负载的功率，/>为已知常数值，/>为PI无源控制器的控制律，/>表示固定源，/>表示交换源。
结合第一方面，进一步的，所述无源输出的表达式如公式（3）所示：
（3）
公式（3）中，为无源输出，/>为状态变量/>的期望值，/>为状态变量/>的增量变量，，/>为储能元件矩阵，/>，/>为自定义矩阵函数，，则，/>为升压变换器的输出电压/>的期望值，/>为升压变换器的电感电流/>的期望值，/>，/>为简化符号参数，/>，/>为LC滤波器的电感的标称值，/>为LC滤波器的电容的标称值，/>为升压变换器的电感的标称值，/>为升压变换器的电容的标称值，/>为LC滤波器的电感电阻值，/>为LC滤波器的电容的绝缘电阻值，/>为升压变换器的电感电阻值，/>为升压变换器的电容的绝缘电阻值，/>为LC滤波器级联升压变换器的输入电压，/>为恒功率负载的功率，/>为已知常数值，/>为互联矩阵，/>，/>为交换源矩阵，/>。
结合第一方面，进一步的，所述PI无源控制器的表达式如公式（4）所示：
（4）
公式（4）中，为PI无源控制器的控制律/>的期望值，/>，/>为升压变换器的输出电压/>的期望值，/>为升压变换器的电感电流/>的期望值，/>为升压变换器的电容的绝缘电阻值，/>为恒功率负载的功率，/>为已知常数值，/>为PI无源控制器的比例参数，/>为PI无源控制器的积分参数，/>为无源输出。
结合第一方面，进一步的，利用所述PI无源控制器，对LC滤波器级联升压变换器进行无源控制包括：
获取升压变换器的电感电流和输出电压；
将所述升压变换器的电感电流和输出电压输入至所述PI无源控制器，并由所述PI无源控制器输出控制律；
对所述PI无源控制器输出的控制律进行脉宽调制，并将经过脉宽调制的控制律输入至升压变换器的三极管，实现对LC滤波器级联升压变换器的无源控制。
第二方面，本发明提供一种LC滤波器级联升压变换器无源控制装置，包括：
状态空间模型构建模块：用于根据预构建的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图，构建LC滤波器级联升压变换器的状态空间模型；
形式转化模块：用于将所述状态空间模型转化为端口哈密顿系统形式；
无源输出定义模块：用于根据端口哈密顿系统形式的状态空间模型，定义无源输出；
PI无源控制器构建模块：用于根据所述无源输出，构建PI无源控制器；
无源控制模块：用于利用所述PI无源控制器，对LC滤波器级联升压变换器进行无源控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的LC滤波器级联升压变换器无源控制方法，通过构建PI无源控制器来稳定带恒功率负载的LC滤波器级联升压变换器，此设计保证了系统的指数收敛性，设计过程简明，控制器结构简单，并且易于实现。本发明提供的LC滤波器级联升压变换器无源控制方法，在构建PI无源控制器时，只需测量获取升压变换器的电感电流和输出电压这两个状态量，能够减少系统的传感器数量，降低系统的成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的LC滤波器级联升压变换器无源控制方法流程图；
图2是本发明实施例提供的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图；
图3是本发明实施例提供的LC滤波器级联升压变换器无源控制结构示意图；
图4是本发明实施例提供的无干扰情况下升压变换器的输出电压的响应曲线示意图；
图5是本发明实施例提供的无干扰情况下PI无源控制器输出的控制律曲线示意图；
图6是本发明实施例提供的恒功率负载的功率从1000W突变到1500W情况下升压变换器的输出电压的响应曲线示意图；
图7是本发明实施例提供的输入电压从270V突变到300V情况下升压变换器的输出电压的响应曲线示意图。
图中：1-输入电压、2-LC滤波器的电感、3-LC滤波器的电感电阻、4-LC滤波器的电容、5- LC滤波器的电容的绝缘电阻、6-升压变换器的电感、7-升压变换器的电感电阻、8-升压变换器的电容、9-升压变换器的电容的绝缘电阻、10-恒功率负载、11-二级管、12-三极管、13-电流传感器、14-电压传感器、15-PI无源控制器、16-脉宽调制器。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本申请的技术方案作进一步详细地说明。
下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
实施例1
图1是本发明实施例一提供的一种LC滤波器级联升压变换器无源控制方法流程图，本流程图仅仅示出了本实施例方法的逻辑顺序，在互不冲突的前提下，在本发明其它可能的实施例中，可以以不同于图1所示的顺序完成所示出或描述的步骤。
本实施例提供的LC滤波器级联升压变换器无源控制方法可应用于终端，可以由LC滤波器级联升压变换器无源控制装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式实现，该装置可以集成在终端中，例如：任一具备通信功能的平板电脑或计算机设备。参见图1，本实施例的方法具体包括如下步骤：
步骤一：根据预构建的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图，构建LC滤波器级联升压变换器的状态空间模型；
如图2所示，LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图包括级联的LC滤波电路和升压变换电路，LC滤波电路包括连接的输入电压1、LC滤波器的电感2、LC滤波器的电容4、LC滤波器的电感电阻3和LC滤波器的电容的绝缘电阻5，升压变换电路包括连接的升压变换器的电感6、升压变换器的电容8、升压变换器的电感电阻7、升压变换器的电容的绝缘电阻9、二级管11、三极管12和恒功率负载10。其中，LC滤波器的电感2的一端连接输入电压1的正极，LC滤波器的电感2的另一端串联LC滤波器的电感电阻3，LC滤波器的电感电阻3的负极分别并联有LC滤波器的电容4和LC滤波器的电容的绝缘电阻5。升压变换器的电感6的一端连接LC滤波器的电容的绝缘电阻5的正极，升压变换器的电感6的另一端串联有升压变换器的电感电阻7，升压变换器的电感电阻7的负极并联有三极管12，二极管11的正极与三极管12的正极连接，二极管11的负极分别并联有升压变换器的电容8和升压变换器的电容的绝缘电阻9，升压变换器的电容的绝缘电阻9的两端并联有恒功率负载10。
根据预构建的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图，构建LC滤波器级联升压变换器的状态空间模型包括：
根据预构建的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图，分别以LC滤波器的电感电流、LC滤波器的电容电压、升压变换器的电感电流、升压变换器的输出电压为状态变量，构建LC滤波器级联升压变换器的状态空间模型；
状态空间模型的表达式如公式（1）所示：
（1）
公式（1）中，为LC滤波器的电感的标称值，/>为LC滤波器的电容的标称值，/>为升压变换器的电感的标称值，/>为升压变换器的电容的标称值，/>为LC滤波器的电感电阻值，/>为LC滤波器的电容的绝缘电阻值，/>为升压变换器的电感电阻值，/>为升压变换器的电容的绝缘电阻值，/>为LC滤波器的电感电流，/>为LC滤波器的电容电压，/>为升压变换器的电感电流，/>为升压变换器的输出电压，/>为LC滤波器的电感电流对时间的一次导数，/>为LC滤波器的电容电压对时间的一次导数，/>为升压变换器的电感电流对时间的一次导数，/>为升压变换器的输出电压对时间的一次导数，/>为LC滤波器级联升压变换器的输入电压，/>为恒功率负载的电流，/>，/>为恒功率负载的功率，/>为已知常数值，/>为PI无源控制器的控制律。
步骤二：将状态空间模型转化为端口哈密顿系统形式；
端口哈密顿系统形式的状态空间模型的表达式如公式（2）所示：
（2）
公式（2）中，为状态变量，/>为状态变量/>对时间的一次导数，/>为哈密顿函数，/>为哈密顿函数/>对状态变量/>的偏导，/>和/>为互联矩阵，/>为耗散矩阵，/>为固定源矩阵，/>为交换源矩阵，/>，/>为LC滤波器级联升压变换器的输入电压，/>为PI无源控制器的控制律，/>表示固定源，/>表示交换源。
状态变量的表达式为：
其中，为LC滤波器的电感电流，/>为LC滤波器的电容电压，/>为升压变换器的电感电流，/>为升压变换器的输出电压。
哈密顿函数对状态变量/>的偏导/>的表达式为：
互联矩阵和/>的表达式为：
，/>
其中，为LC滤波器的电感的标称值，/>为LC滤波器的电容的标称值，/>为升压变换器的电感的标称值，/>为升压变换器的电容的标称值。
耗散矩阵的表达式为：
其中，为LC滤波器的电感的标称值，/>为LC滤波器的电容的标称值，/>为升压变换器的电感的标称值，/>为升压变换器的电容的标称值，/>为LC滤波器的电感电阻值，/>为LC滤波器的电容的绝缘电阻值，/>为升压变换器的电感电阻值，/>为升压变换器的电容的绝缘电阻值。
交换源矩阵的表达式为：
其中，为LC滤波器的电感的标称值，/>为升压变换器的电容的标称值，/>为LC滤波器级联升压变换器的输入电压，/>为恒功率负载的电流，/>，/>为升压变换器的输出电压，/>为恒功率负载的功率，/>为已知常数值。
步骤三：根据端口哈密顿系统形式的状态空间模型，定义无源输出；
无源输出的表达式如公式（3）所示：
（3）
公式（3）中，为无源输出，/>为状态变量/>的期望值，/>为状态变量/>的增量变量，为储能元件矩阵，/>为自定义矩阵函数。
状态变量的期望值/>的表达式为：
其中，为LC滤波器的电感电流/>的期望值，/>为LC滤波器的电容电压/>的期望值，/>为升压变换器的电感电流/>的期望值，/>为升压变换器的输出电压/>的期望值。
状态变量的增量变量/>的表达式为：
其中，为LC滤波器的电感电流/>的增量变量，/>，/>为LC滤波器的电容电压/>的增量变量，/>，/>为升压变换器的电感电流/>的增量变量，，/>为升压变换器的输出电压/>的增量变量，/>。
储能元件矩阵的表达式为：
自定义矩阵函数的表达式为：
由自定义矩阵函数的表达式可得：
升压变换器的电感电流的期望值/>的表达式为：
其中，为简化符号参数，/>。
对升压变换器的电感电流的期望值/>和PI无源控制器的控制律/>的期望值/>进行求解，令状态变量/>的期望值/>为期望平衡点，由于平衡点处状态变量/>的期望值/>对时间的一次导数/>为0，因此得到平衡方程，平衡方程的表达式为：
其中，升压变换器的输出电压的期望值/>是给定的，平衡方程中有四个方程和四个未知量，对平衡方程进行求解，能够得到升压变换器的电感电流/>的期望值/>和PI无源控制器的控制律/>的期望值/>。
步骤四：根据无源输出，构建PI无源控制器；
PI无源控制器的表达式如公式（4）所示：
（4）
公式（4）中，为PI无源控制器的控制律/>的期望值，/>，/>为PI无源控制器的比例参数，/>为PI无源控制器的积分参数。
步骤五：利用PI无源控制器，对LC滤波器级联升压变换器进行无源控制。
利用PI无源控制器，对LC滤波器级联升压变换器进行无源控制包括如下步骤：
步骤a：获取升压变换器的电感电流和输出电压；
步骤b：将升压变换器的电感电流和输出电压输入至PI无源控制器，并由PI无源控制器输出控制律；
步骤c：对PI无源控制器输出的控制律进行脉宽调制，并将经过脉宽调制的控制律输入至升压变换器的三极管，实现对LC滤波器级联升压变换器的无源控制。
如图3所示，为本实施例提供的LC滤波器级联升压变换器无源控制结构示意图，在升压变换电路中连接电流传感器13和电压传感器14，用于测量获取升压变换器的电感电流和输出电压；电流传感器13和电压传感器14的输出端连接PI无源控制器15的输入端，用于将测量获取的升压变换器的电感电流和输出电压输入至PI无源控制器15，由PI无源控制器15输出控制律；PI无源控制器15的输出端连接脉宽调制器16的输入端，用于对PI无源控制器15输出的控制律进行脉宽调制；脉宽调制器16的输出端连接升压变换电路的三极管12，用于将经过脉宽调制的控制律输入至升压变换电路的三极管12，实现对LC滤波器级联升压变换器的无源控制。
为进一步验证本实施例提供的LC滤波器级联升压变换器无源控制方法对LC滤波器级联升压变换器进行无源控制的有效性，将本实施例提供的LC滤波器级联升压变换器无源控制方法在MATLAB/Simulink中进行仿真，并对仿真结果进行评估，以验证本实施例提供的LC滤波器级联升压变换器无源控制方法对LC滤波器级联升压变换器进行无源控制的有效性。仿真参数设定值如表1所示。
表1 仿真参数设定值
设置初始状态变量，PI无源控制器的比例参数，PI无源控制器的积分参数/>。
首先考虑不存在任何干扰的情况下，验证升压变换器的输出电压的响应速度和跟踪精度。升压变换器的输出电压的响应曲线如图4所示，PI无源控制器输出的控制律曲线如图5所示，由图4和图5可知，升压变换器的输出电压能够迅速准确跟踪上升压变换器的输出电压的期望值。
为了考虑鲁棒性，引入恒功率负载的参数摄动。当恒功率负载的功率从1000W突变为1500W时，升压变换器的输出电压的响应曲线如图6所示，图6中的小图的坐标单位与大图一致，由图6可知，升压变换器的输出电压经过小幅波动后迅速恢复至期望值350V，可见，本实施例提供的PI无源控制器能够有效抑制负载干扰对于电路系统输出电压的影响。将输入电压从270V突变到300V时，升压变换器的输出电压的响应曲线如图7所示，图7中的小图的坐标单位与大图一致，由图7可知，本实施例提供的PI无源控制器能够有效抑制输入电压波动带来的影响。
仿真结果表明，本实施例提供的LC滤波器级联升压变换器无源控制方法具有良好的控制性能。同时，在系统存在参数摄动、恒功率负载突变、输入电压波动的情况下，能够及时对扰动进行抑制，提高系统输出电压的跟踪精度和速度，满足电力电子变换器系统在高性能高精度领域的应用。
实施例2
本实施例提供一种LC滤波器级联升压变换器无源控制装置，包括：
状态空间模型构建模块：用于根据预构建的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图，构建LC滤波器级联升压变换器的状态空间模型；
形式转化模块：用于将状态空间模型转化为端口哈密顿系统形式；
无源输出定义模块：用于根据端口哈密顿系统形式的状态空间模型，定义无源输出；
PI无源控制器构建模块：用于根据无源输出，构建PI无源控制器；
无源控制模块：用于利用PI无源控制器，对LC滤波器级联升压变换器进行无源控制。
本发明实施例所提供的LC滤波器级联升压变换器无源控制装置可执行本发明任意实施例所提供的LC滤波器级联升压变换器无源控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例3
本实施例提供一种系统，包括处理器及存储介质；
存储介质用于存储指令；
处理器用于根据指令进行操作以执行实施例一中方法的步骤。
实施例4
本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，该程序被处理器执行时实现实施例一中方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。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、嵌入式处理机或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。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种LC滤波器级联升压变换器无源控制方法，其特征在于，包括：
根据预构建的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图，构建LC滤波器级联升压变换器的状态空间模型；
将所述状态空间模型转化为端口哈密顿系统形式；
根据端口哈密顿系统形式的状态空间模型，定义无源输出；
根据所述无源输出，构建PI无源控制器；
利用所述PI无源控制器，对LC滤波器级联升压变换器进行无源控制；
所述端口哈密顿系统形式的状态空间模型的表达式如公式（2）所示：
（2）
公式（2）中，为状态变量，/>，/>为LC滤波器的电感电流，/>为LC滤波器的电容电压，/>为升压变换器的电感电流，/>为升压变换器的输出电压，/>为状态变量对时间的一次导数，/>为哈密顿函数，/>为哈密顿函数/>对状态变量/>的偏导，/>，/>和/>为互联矩阵，，/>，/>为耗散矩阵，，/>为固定源矩阵，/>，/>为交换源矩阵，/>，/>为LC滤波器的电感的标称值，/>为LC滤波器的电容的标称值，/>为升压变换器的电感的标称值，/>为升压变换器的电容的标称值，/>为LC滤波器的电感电阻值，/>为LC滤波器的电容的绝缘电阻值，/>为升压变换器的电容的绝缘电阻值，/>为LC滤波器级联升压变换器的输入电压，/>为恒功率负载的电流，/>，/>为恒功率负载的功率，/>为已知常数值，/>为PI无源控制器的控制律，/>表示固定源，/>表示交换源。
2.一种LC滤波器级联升压变换器无源控制方法，其特征在于，包括：
根据预构建的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图，构建LC滤波器级联升压变换器的状态空间模型；
将所述状态空间模型转化为端口哈密顿系统形式；
根据端口哈密顿系统形式的状态空间模型，定义无源输出；
根据所述无源输出，构建PI无源控制器；
利用所述PI无源控制器，对LC滤波器级联升压变换器进行无源控制；
所述无源输出的表达式如公式（3）所示：
（3）
公式（3）中，为无源输出，/>为状态变量/>的期望值，/>为状态变量/>的增量变量，，/>为储能元件矩阵，/>，/>为自定义矩阵函数，，则/>，为升压变换器的输出电压/>的期望值，/>为升压变换器的电感电流/>的期望值，，/>为简化符号参数，，/>为LC滤波器的电感的标称值，/>为LC滤波器的电容的标称值，/>为升压变换器的电感的标称值，/>为升压变换器的电容的标称值，/>为LC滤波器的电感电阻值，/>为LC滤波器的电容的绝缘电阻值，/>为升压变换器的电感电阻值，/>为升压变换器的电容的绝缘电阻值，/>为LC滤波器级联升压变换器的输入电压，/>为恒功率负载的功率，/>为已知常数值，/>为互联矩阵，/>，/>为交换源矩阵，/>。
3.根据权利要求1或2任一项所述的LC滤波器级联升压变换器无源控制方法，其特征在于，所述LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图包括级联的LC滤波电路和升压变换电路，所述LC滤波电路包括连接的输入电压、LC滤波器的电感、LC滤波器的电容、LC滤波器的电感电阻和LC滤波器的电容的绝缘电阻，所述升压变换电路包括连接的升压变换器的电感、升压变换器的电容、升压变换器的电感电阻、升压变换器的电容的绝缘电阻、二级管、三极管和恒功率负载。
4.根据权利要求1或2任一项所述的LC滤波器级联升压变换器无源控制方法，其特征在于，根据预构建的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图，构建LC滤波器级联升压变换器的状态空间模型包括：
根据预构建的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图，分别以LC滤波器的电感电流、LC滤波器的电容电压、升压变换器的电感电流、升压变换器的输出电压为状态变量，构建LC滤波器级联升压变换器的状态空间模型；
所述状态空间模型的表达式如公式（1）所示：
（1）
公式（1）中，为LC滤波器的电感的标称值，/>为LC滤波器的电容的标称值，/>为升压变换器的电感的标称值，/>为升压变换器的电容的标称值，/>为LC滤波器的电感电阻值，/>为LC滤波器的电容的绝缘电阻值，/>为升压变换器的电感电阻值，/>为升压变换器的电容的绝缘电阻值，/>为LC滤波器的电感电流，/>为LC滤波器的电容电压，/>为升压变换器的电感电流，/>为升压变换器的输出电压，/>为LC滤波器的电感电流对时间的一次导数，/>为LC滤波器的电容电压对时间的一次导数，/>为升压变换器的电感电流对时间的一次导数，/>为升压变换器的输出电压对时间的一次导数，/>为LC滤波器级联升压变换器的输入电压，为恒功率负载的电流，/>，/>为恒功率负载的功率，/>为已知常数值，/>为PI无源控制器的控制律。
5.根据权利要求1或2任一项所述的LC滤波器级联升压变换器无源控制方法，其特征在于，所述PI无源控制器的表达式如公式（4）所示：
（4）
公式（4）中，为PI无源控制器的控制律/>的期望值，/>，/>为升压变换器的输出电压/>的期望值，/>为升压变换器的电感电流/>的期望值，/>为升压变换器的电容的绝缘电阻值，/>为恒功率负载的功率，/>为已知常数值，/>为PI无源控制器的比例参数，/>为PI无源控制器的积分参数，/>为无源输出。
6.根据权利要求1或2任一项所述的LC滤波器级联升压变换器无源控制方法，其特征在于，利用所述PI无源控制器，对LC滤波器级联升压变换器进行无源控制包括：
获取升压变换器的电感电流和输出电压；
将所述升压变换器的电感电流和输出电压输入至所述PI无源控制器，并由所述PI无源控制器输出控制律；
对所述PI无源控制器输出的控制律进行脉宽调制，并将经过脉宽调制的控制律输入至升压变换器的三极管，实现对LC滤波器级联升压变换器的无源控制。
7.一种LC滤波器级联升压变换器无源控制装置，其特征在于，包括：
状态空间模型构建模块：用于根据预构建的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图，构建LC滤波器级联升压变换器的状态空间模型；
形式转化模块：用于将所述状态空间模型转化为端口哈密顿系统形式；
无源输出定义模块：用于根据端口哈密顿系统形式的状态空间模型，定义无源输出；
PI无源控制器构建模块：用于根据所述无源输出，构建PI无源控制器；
无源控制模块：用于利用所述PI无源控制器，对LC滤波器级联升压变换器进行无源控制；
所述端口哈密顿系统形式的状态空间模型的表达式如公式（2）所示：
（2）
公式（2）中，为状态变量，/>，/>为LC滤波器的电感电流，/>为LC滤波器的电容电压，/>为升压变换器的电感电流，/>为升压变换器的输出电压，/>为状态变量对时间的一次导数，/>为哈密顿函数，/>为哈密顿函数/>对状态变量/>的偏导，/>，/>和/>为互联矩阵，，/>，/>为耗散矩阵，，/>为固定源矩阵，/>，/>为交换源矩阵，/>，为LC滤波器的电感的标称值，/>为LC滤波器的电容的标称值，/>为升压变换器的电感的标称值，/>为升压变换器的电容的标称值，/>为LC滤波器的电感电阻值，/>为LC滤波器的电容的绝缘电阻值，/>为升压变换器的电容的绝缘电阻值，/>为LC滤波器级联升压变换器的输入电压，/>为恒功率负载的电流，/>，/>为恒功率负载的功率，/>为已知常数值，/>为PI无源控制器的控制律，/>表示固定源，/>表示交换源。
8.一种LC滤波器级联升压变换器无源控制装置，其特征在于，包括：
状态空间模型构建模块：用于根据预构建的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图，构建LC滤波器级联升压变换器的状态空间模型；
形式转化模块：用于将所述状态空间模型转化为端口哈密顿系统形式；
无源输出定义模块：用于根据端口哈密顿系统形式的状态空间模型，定义无源输出；
PI无源控制器构建模块：用于根据所述无源输出，构建PI无源控制器；
无源控制模块：用于利用所述PI无源控制器，对LC滤波器级联升压变换器进行无源控制；
所述无源输出的表达式如公式（3）所示：
（3）
公式（3）中，为无源输出，/>为状态变量/>的期望值，/>为状态变量/>的增量变量，，/>为储能元件矩阵，/>，/>为自定义矩阵函数，，则，/>为升压变换器的输出电压/>的期望值，/>为升压变换器的电感电流/>的期望值，/>，/>为简化符号参数，/>，/>为LC滤波器的电感的标称值，/>为LC滤波器的电容的标称值，/>为升压变换器的电感的标称值，/>为升压变换器的电容的标称值，/>为LC滤波器的电感电阻值，/>为LC滤波器的电容的绝缘电阻值，/>为升压变换器的电感电阻值，/>为升压变换器的电容的绝缘电阻值，/>为LC滤波器级联升压变换器的输入电压，/>为恒功率负载的功率，/>为已知常数值，/>为互联矩阵，/>，/>为交换源矩阵，/>。
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CN109713897A (zh) * 2019-01-29 2019-05-03 浙江工业大学 一种基于端口受控耗散哈密顿模型的Buck-Boost变换器变阻尼无源控制方法
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Title
Toward Stabilization of Constant Power Loads Using IDA-PBC for Cascaded LC Filter DC/DC Converters;Shengzhao Pang等;《IEEE》;第9卷(第2期);第1302-1314页 *

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