本发明涉及一种提高高频电源抗扰动能力的方法，该方法基于电感电流扰动观测器的高频电源控制，提高高频电源控制系统抗干扰能力和动态响应速度。
背景技术：
高频电源作为一种dc-dc电源设备，向着数字化、集成化、大功率化不断发展。随着电子技术的发展，采用plc、dsp等高性能控制芯片为核心的控制系统成为当今主流，对这些控制芯片数字化程度高、集成度高、运行速度快、成本低廉，为高频电源高效工作提供了有力保证。在控制系统方面，利用pi控制、自适应控制、滑模控制等理论构建的软件控制系统是实现高频电源的高效控制，保证电源正常运行提高电源工作性能的有力保障，但不同控制算法由各自有优缺点，限制了上述控制算法的推广应用。
传统高频电源电路拓扑中的桥臂侧电感参数易受电感电流变化影响，直流母线电压易受负载波动影响。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种提高高频电源抗扰动能力的方法，从高频电源驱动电路中的可测信息估计出不可测扰动，进而在控制算法中对扰动量进行补偿，提高系统抗干扰能力和动态响应速度。
本发明采取如下技术方案来实现的：
一种提高高频电源抗扰动能力的方法，包括以下步骤：
1)定义高频电源dc-dc电路中全桥逆变电路桥臂侧电感、桥臂侧电容动态特性表达式；
2)为解决高频电源中直流母线电压存在扰动，根据步骤1)高频电源dc-dc电路中全桥逆变电路桥臂侧电感、桥臂侧电容动态特性表达式构建电感电流扰动观测器；
3)在步骤2)电感电流扰动观测器中引入低通滤波器，得到一阶低通滤波器表达式，当系统频率低于截止频率时，低频扰动得到有效抑制；
4)根据步骤1)高频电源dc-dc电路中全桥逆变电路桥臂侧电感、桥臂侧电容动态特性表达式，并引入标称电感和标称电容电压得到中性点控制电压方程；
5)将步骤4)得到的高频电源dc-dc电路中性点控制电压方程作为高频电源dc-dc电路中全桥逆变电路电压控制环节输入，将具有低通滤波功能的电感电流扰动观测器引入全桥逆变电路电流控制环节中，起到提高高频电源抗扰动能力的作用。
本发明进一步的改进在于，步骤1)的具体实现方法为：以高频电源dc-dc电路中全桥逆变电路a相为例，定义高频电源dc-dc电路中全桥逆变电路桥臂侧电感特性表达式：
其中：un为逆变电路输出端a到中性点n的电压值；lf为滤波电感；if为桥臂侧电感电流；r为电感寄生电阻；uc为桥臂侧电容电压；
桥臂侧电容动态特性表达式：
本发明进一步的改进在于，步骤2)的具体实现方法为：根据步骤1)高频电源dc-dc电路中全桥逆变电路桥臂侧电感、桥臂侧电容动态特性表达式构建电感电流扰动观测器：用δudc为直流母线电压扰动的影响；lf、rf构成桥臂侧电感实际模型；
本发明进一步的改进在于，步骤3)的具体实现方法为：在步骤2)电感电流扰动观测器中引入低通滤波器，得到一阶低通滤波器表达式：
其中：tf为时间常数；当ω(s)=1时，系统中存在的外部扰动得到有效抑制，被控对象近似于标称模型；当系统频率低于截止频率时，低频扰动得到有效抑制。
本发明进一步的改进在于，时间常数选择不同时间常数，对应不同的截止频率。
本发明进一步的改进在于，tf取0.15ms。
本发明进一步的改进在于，步骤4)的具体实现方法为：根据步骤1)高频电源dc-dc电路中全桥逆变电路桥臂侧电感、桥臂侧电容动态特性表达式，并引入标称电感
本发明进一步的改进在于，步骤5)的具体实现方法为：将步骤4)得到的高频电源dc-dc电路中性点控制电压方程作为高频电源dc-dc电路中全桥逆变电路电压控制环节输入，将具有低通滤波功能的电感电流扰动观测器引入全桥逆变电路电流控制环节中，起到提高高频电源抗扰动能力的作用。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：
1.本发明虑到桥臂侧电感参数的变化、直流母线电压中存在的扰动对电路造成的影响，将电感参数变化时直流母线电压误差视为扰动量，利用扰动观测器估计出该扰动量并反馈至输入端，提高控制系统抗扰动能力。
2.本发明采用扰动观测器消除外部扰动对系统的影响，达到精确观测电流的目的。
附图说明
图1为高频电源dc-dc电路拓扑总体结构；
图2为电感电流扰动观测器结构图；
图3为中性点电压叠加计算原理图；
图4为高频电源控制系统仿真模型；
图5为基于pi控制策略的高频电源a、b相电流动态响应波形；其中图5(a)为a相电流动态波形，图5(b)为b相电流动态波形；
图6为基于电感电流扰动观测器控制策略的高频电源a、b相电流动态响应波形；其中图6(a)为a相电流动态波形，图6(b)为b相电流动态波形。
具体实施方式
下面通过附图，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，以高频电源dc-dc电路中全桥逆变电路a相为例，桥臂侧电感动态特性表达式写成：
式(1)中：un为逆变电路输出端a到中性点n的电压值；lf为滤波电感；if为桥臂侧电感电流；r为电感寄生电阻；uc为桥臂侧电容电压。
桥臂侧电容动态特性表达式为：
式(2)中：cf为滤波电容；i0为流过负载电阻r0的电流。
高频电源dc-dc电路中全桥逆变电路b相态方程的建立方法与a相完全相同。
如图2所示，扰动观测器(dob)能够从系统的可测信息中估计出不可测扰动，进而在控制算法中对扰动量进行补偿，提高系统的抗干扰性能。为了解决高频电源中直流母线电压存在扰动，电感电流变化引起桥臂侧电感参数随电感电流变化等问题，本发明采用扰动观测器来消除外部扰动对系统的影响，达到精确观测目标值的目的。用δudc为直流母线电压扰动的影响；lf、rf构成桥臂侧电感实际模型；
在dob观测系统中，当ω(s)=1时，系统中存在的外部扰动可以得到有效抑制，被控对象近似于标称模型。因此，将ω(s)设计为低通滤波器，当系统频率低于截止频率时，低频扰动得到有效抑制，一阶低通滤波器的模型如式(3)所示：
式(3)中：tf为时间常数。选择不同时间常数，对应不同的截止频率，本发明tf取0.15ms。
如图3所示，用
采用电感电流扰动观测器估计电流控制环节输入信号，有效补偿外部扰动和电感参数变化的影响系统造成的影响，提高系统的鲁棒性和动态响应速度。在设计dob时，桥臂侧电感电流作为观测对象，直流母线电压的波动作为外部干扰，电感电流观测值
如图4所示，为了验证采用电感电流扰动观测器的高频电源控制方案的有效性，在matlab/simulink平台上建立高频电源系统仿真模型。电路参数如表1所示。
表1高频电源系统参数
如图5所示，在t＝1s时，高频电源dc-dc电路中a相参考电流从2a下降到1a，基于pi策略的逆变器控制算法的b相电流动态响应出现一个0.8a的脉动峰值，且0.1s后消失。
如图6所示，在t＝1s时，全桥逆变电路a相参考电流从2a下降到1a，基于电感电流扰动观测器的逆变器控制算法的b相电流动态响应基本无脉动。
由此可以得出：相比于pi控制策略，基于电感电流扰动观测器的高频电源逆变器控制算法具有良好的动态响应能力。
暂态情况下电感电流跟踪特性如表2所示。
表2电感电流跟踪特性分析
当系统稳态运行至0.05s时刻，三相逆变电路电感参数突变10％，电感电流动态特性如表3所示。
表3电感电流动态特性实验
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
1.一种提高高频电源抗扰动能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)定义高频电源dc-dc电路中全桥逆变电路桥臂侧电感、桥臂侧电容动态特性表达式；
2)为解决高频电源中直流母线电压存在扰动，根据步骤1)高频电源dc-dc电路中全桥逆变电路桥臂侧电感、桥臂侧电容动态特性表达式构建电感电流扰动观测器；
3)在步骤2)电感电流扰动观测器中引入低通滤波器，得到一阶低通滤波器表达式，当系统频率低于截止频率时，低频扰动得到有效抑制；
4)根据步骤1)高频电源dc-dc电路中全桥逆变电路桥臂侧电感、桥臂侧电容动态特性表达式，并引入标称电感和标称电容电压得到中性点控制电压方程；
5)将步骤4)得到的高频电源dc-dc电路中性点控制电压方程作为高频电源dc-dc电路中全桥逆变电路电压控制环节输入，将具有低通滤波功能的电感电流扰动观测器引入全桥逆变电路电流控制环节中，起到提高高频电源抗扰动能力的作用。
2.根据权利要求1所述的一种提高高频电源抗扰动能力的方法，其特征在于，步骤1)的具体实现方法为：以高频电源dc-dc电路中全桥逆变电路a相为例，定义高频电源dc-dc电路中全桥逆变电路桥臂侧电感特性表达式：
其中：un为逆变电路输出端a到中性点n的电压值；lf为滤波电感；if为桥臂侧电感电流；r为电感寄生电阻；uc为桥臂侧电容电压；
桥臂侧电容动态特性表达式：
3.根据权利要求2所述的一种提高高频电源抗扰动能力的方法，其特征在于，步骤2)的具体实现方法为：根据步骤1)高频电源dc-dc电路中全桥逆变电路桥臂侧电感、桥臂侧电容动态特性表达式构建电感电流扰动观测器：用δudc为直流母线电压扰动的影响；lf、rf构成桥臂侧电感实际模型；
4.根据权利要求3所述的一种提高高频电源抗扰动能力的方法，其特征在于，步骤3)的具体实现方法为：在步骤2)电感电流扰动观测器中引入低通滤波器，得到一阶低通滤波器表达式：
其中：tf为时间常数；当ω(s)＝1时，系统中存在的外部扰动得到有效抑制，被控对象近似于标称模型；当系统频率低于截止频率时，低频扰动得到有效抑制。
5.根据权利要求4所述的一种提高高频电源抗扰动能力的方法，其特征在于，时间常数选择不同时间常数，对应不同的截止频率。
6.根据权利要求4所述的一种提高高频电源抗扰动能力的方法，其特征在于，tf取0.15ms。
7.根据权利要求4所述的一种提高高频电源抗扰动能力的方法，其特征在于，步骤4)的具体实现方法为：根据步骤1)高频电源dc-dc电路中全桥逆变电路桥臂侧电感、桥臂侧电容动态特性表达式，并引入标称电感
8.根据权利要求7所述的一种提高高频电源抗扰动能力的方法，其特征在于，步骤5)的具体实现方法为：将步骤4)得到的高频电源dc-dc电路中性点控制电压方程作为高频电源dc-dc电路中全桥逆变电路电压控制环节输入，将具有低通滤波功能的电感电流扰动观测器引入全桥逆变电路电流控制环节中，起到提高高频电源抗扰动能力的作用。
技术总结