1.一种升降压变换器电路参数在线辨识的方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
步骤一:选定升降压变换器,所述升降压变换器包括四个开关管组成的两半桥,所述两半桥分别并联电容,所述两半桥中点之间串联电感,所述升降压变换器可按指定方向传输能量,所述升降压变换器是四开关管双向升降压的直流变换器;
步骤二:选定升降压变换器工作电路,包括根据升降压变换器、按能量传送方向及输入输出形式,确定输入端口、输出端口,确定开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、电感LZ、输出电容CO,确定输入电压VI、输出电压VO、输出电流IO、电感电流IL;
步骤三:根据升降压变换器工作电路及开关管状态,选定等效开关,所述等效开关包括:输入侧连接开关ESI、输出侧连接开关ESO、输入侧续流开关ESDI、输出侧续流开关ESRO,选定续流二极管,所述续流二极管包括:输入侧续流二极管DI、输出侧续流二极管DO,建立升降压变换器的等效电路;建立等效电路包括:确定共接点G,所述共接点是输入端口的正端及输出端口的正端、或者是输入端口的负端及输出端口的负端,相对于共接点G,输入端口中另一端点是输入连接点记为TPI、输出端口中另一端点是输出连接点记为TPO,选定等效电路元件:输入侧连接开关ESI、输出侧连接开关ESO、输入侧续流开关ESDI、输出侧续流开关ESRO、输入侧续流二极管DI、输出侧续流二极管DO;所述等效电路是,输入连接点TPI与节点Si.1连接,节点Si.0与节点Sdi.sc连接,节点Sdi.1通过串联二极管DI与共接点G连接、二极管DI的极性是导通电流维持电感Lz续流方向,节点Sdi.0与共接点G连接,在节点Si.sc与节点So.sc之间、串联接入电感Lz及电阻RL,输出连接点TPO与节点So.1连接,输出连接点TPO与节点Sro.1通过串联二极管DO连接、二极管DO的极性是导通电流维持电感Lz续流方向,节点So.0与节点Sro.sc连接,节点Sro.0与共接点G连接,输出电容CO串接电阻RC后与输出连接点TPO及共接点G连接,输出负载RO两端点与输出连接点TPO及共接点G连接;
所述电阻RL是电感Lz的等效串联电阻,所述电阻RC是输出电容CO的等效串联电阻,所述节点Si.sc、节点Si.1、节点Si.0是输入侧连接开关ESI的选通、高值1、低值0的状态节点,所述节点So.sc、节点So.1、节点So.0是输出侧连接开关ESO的选通、高值1、低值0的状态节点,所述节点Sdi.sc、节点Sdi.1、节点Sdi.0是输入侧续流开关ESDI的选通、高值1、低值0的状态节点,所述节点Sro.sc、节点Sro.1、节点Sro.0是输出侧续流开关ESRO的选通、高值1、低值0的状态节点;
步骤四:根据升降压变换器的工作电路及其等效电路,选定状态变量,所述状态变量包括电感电流IL和输出电压VO,建立升降压变换器的电路状态方程;建立的电路状态方程为:L*dIL/dt=SI*VI‑SDI*VDI‑SO*VO ‑SRO*(VO+VDO)‑RL*IL,
C*dVC/dt=IC,IC=(SO+SRO)*IL‑IO,IO=VO/RO,VO=VC+RC*IC,
其中,VI是输入电源电压,Io是输出电流且不为0,RO是输出端负载电阻,L是电感Lz的电感量、RL是电感Lz的等效串联电阻,C是输出电容CO的电容量、RC是输出电容CO的等效串联电阻,VC是输出电容CO的电压、IC是输出电容CO的电流,VDI是输入侧续流二极管DI导通压降,VDO是输出侧续流二极管DO导通压降;SI是输入侧连接开关ESI的开关状态值、SDI是输入侧续流开关ESDI的开关状态值,SI、SDI取值0或1并满足约束:SI*SDI=0,SO是输出侧连接开关ESO的开关状态值、SRO是输出侧续流开关ESRO的开关状态值,SO、SRO取值0或1并满足约束:SO*SRO=0;
步骤五:根据升降压变换器的电路状态方程,选定状态变量和开关变量以及乘积、按相关性合并约简,选定混杂变量,推导出混杂模型方程,包括:选定混杂变量xh:xh1=IL,xh2=VO,xh3=SCO*IL,xh4=SCO*VO,xh5=SI,
xh6=SDI,xh7=SCO,xh8=SRO,xh9=SIC,xh10=SDC,
其中:SCO=SO+SRO,SIC=SI*SCO,SDC=SDI*SCO;
选定输出量y=[xh1,xh2]、根据电路状态方程,得到混杂模型方程:
dy1/dt=dxh1/dt=h1‑1*xh1+h1‑2*xh2+h1‑3*xh3+...+h1‑8*xh8 +h1‑9*xh9 +h1‑10*xh10dy2/dt=dxh2/dt=h2‑1*xh1+h2‑2*xh2+h2‑3*xh3+...+h2‑8*xh8 +h2‑9*xh9 +h2‑10*xh10依采样周期T于k及k‑1时刻离散化,得到差分方程:y1(k)=(1+T*h1‑1)*xh1(k‑1)+T*h1‑2*xh2(k‑1)+...+T*h1‑10*xh10(k‑1)y2(k)=(1+T*h2‑1)*xh1(k‑1)+T*h2‑2*xh2(k‑1)+...+T*h2‑10*xh10(k‑1)其中:h1‑1= ‑RL/L,h1‑2=h1‑3=0,h1‑4= ‑1/L,h1‑5=VI/L,h1‑6= ‑VDI/L,h1‑7=0,h1‑8= ‑VDO*(1+RC/(1+RC/RO))/L,h1‑9=0,h1‑10=0,h2‑1=0,h2‑2= ‑1/(RO+RC)/C,h2‑3=(1/C‑RC*RL/L)/(1+RC/RO),
h2‑4= ‑RC/L/(1+RC/RO),h2‑5=0,h2‑6=0,h2‑7=0,h2‑8=0,
h2‑9=VI*RC/L/(1+RC/RO),h2‑10= ‑VDI*RC/L/(1+RC/RO);
步骤六:选定升降压变换器工作电路的开关控制状态,获取开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4的开关状态值,并依据电感电流IL,确定等效电路中的输入侧连接开关ESI、输出侧连接开关ESO、输入侧续流开关ESDI、输出侧续流开关ESRO的开关状态值;
步骤七:选定可变遗忘因子最小二乘估计方法,由升降压变换器工作电路,依据混杂模型方程,选定观测矩阵、参数矩阵,建立最小二乘递推更新方程、选定递推初始值,建立电路参数计算方程;选定可变遗忘因子最小二乘估计算法包括:选定观测矩阵φ 是:[φ 1,φ 2,φ 3,φ 4,φ 5,φ 6,φ 7,φ 8,φ 9,φ 10],φ 1=IL,φ 2=VO,φ 3=SCO*IL,φ 4=SCO*VO,φ 5=SI,φ 6=SDI,φ 7=SCO,φ 8=SRO,φ 9=SIC,φ 10=SDC;
T
选定参数矩阵θ是[θ1,θ2],θi=[θi1,θi2,θi3,θi4,θi5,θi6,θi7,θi8,θi9,θiA],i=1,2;
θ11=1‑RL*T/L,θ12=0,θ13=0,θ14= ‑T/L,θ15=VI*T/L,θ16= ‑VDI*T/L,θ17=0,θ18= ‑VDO*(1+Rc/Kr)*T/L,θ19=0,θ1A=0;θ21=0,θ22=1‑T/C/RO/Kr,θ23=(1/C‑RC*RL/L)*T/Kr,θ24= ‑RC*T/L/Kr,θ25=0,θ26=0,θ27=0,θ28=0,θ29=VI*RC*T/L/Kr,θ2A= ‑VDI*RC*T/L/Kr;其中:Kr= (1+RC/RO);
选定观测器输出变量y1=IL,y2=VO,选定观测器模型方程为:
其中:φ i(k)是φ i ,i=1,2,...,10依据采样周期T,在k时刻的观测值;
选定可变遗忘因子最小二乘估计递推算法,得到参数矩阵θ的估值;
最小二乘递推更新方程为:
y1(k)、y2(k)是依据采样周期T在k时刻的观测值IL(k)、VO(k);ei(k)是先验误差,K(k)是增益矩阵,P(k)是协方差矩阵,I是单位矩阵,λ(k)是遗忘因子,λmin是遗忘因子最小值,λmax是遗忘因子最大值,ai(k)是误差基值,Si(k)是调节函数、min(x)是最小值函数,SE(x)是指数线段函数,cz是近零低值常数,cs是敏感率系数,ca是基值加权系数;
选定最小二乘递推更新方程的初始值是:λ(0)=λmin,a1(0)=a2(0)=0,θ1(0)=θ2(0)=0,P
4
(0)=10*I,I是单位矩阵;
根据观测矩阵当前值,由递推更新方程及初始
值可得参数矩阵θ估值,升降压变换器电路参数计算方程为:
根据参数矩阵θ估值,由电路参数计算方程,计算可得电路参数辨识值;
步骤八:获取升降压变换器的观测值,所述观测值包括:当前时刻的电感电流IL、输出电压VO的观测数据,获取当前时刻的开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4的开关状态值、由步骤六得到当前时刻的输入侧连接开关ESI、输出侧连接开关ESO、输入侧续流开关ESDI、输出侧续流开关ESRO的开关状态值,按上述步骤七可变遗忘因子最小二乘方法,由递推更新方程、根据观测矩阵当前观测值、计算参数矩阵的估值,由电路参数计算方程、计算得到电路参数辨识值。
2.根据权利要求1所述一种升降压变换器电路参数在线辨识的方法,其特征在于:所述升降压变换器包括开关管VM1、开关管VM2、开关管VM3、开关管VM4,二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4,电感Lz,电容Cp、电容Cb,负载电阻RO,P侧端口,B侧端口;二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4和开关管VM1、开关管VM2、开关管VM3、开关管VM4对应并联,P侧端口正端为P+、P侧端口负端为P‑、P侧端口两端电压为Vp,按开关管VM1是上管、开关管VM2是下管连接组成P侧半桥、半桥正端与P+连接、半桥负端与P‑连接、半桥两端并联电容Cp、半桥中点为BZp,B侧端口正端为B+、B侧端口负端为B‑、B侧端口两端电压为Vb,按开关管VM4是上管、开关管VM3是下管连接组成B侧半桥、半桥正端与B+连接、半桥负端与B‑连接、半桥两端并联电容Cb、半桥中点为BZb,电感Lz串接于P侧半桥中点BZp与B侧半桥中点BZb之间,选定P侧端口及B侧端口的正端或负端作为共接点G,构成双侧半桥H形双端口网络;所述开关管包括场效应管,所述二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4为对应场效应管的寄生二极管或外接二极管。
3.根据权利要求2所述一种升降压变换器电路参数在线辨识的方法,其特征在于:所述升降压变换器工作电路是升降压变换器按能量传送方向及输入输出形式工作的电路;当能量方向是由P侧端口流向B侧端口,P侧端口是输入端口、B侧端口是输出端口,P侧端口接入输入电源、电压Vp记为输入电压VI,B侧端口接入负载RO、B侧端口电容Cb记为输出电容CO、电压Vb记为输出电压VO、电流Ib记为输出电流IO,开关管VM1记为Q1、开关管VM2记为Q2、开关管VM3记为Q3、开关管VM4记为Q4、P侧桥臂记为输入桥臂BSI、B侧桥臂记为输出桥臂BSO;当能量方向是由B侧端口流向P侧端口,B侧端口是输入端口、P侧端口是输出端口,B侧端口接入输入电源、电压Vb记为输入电压VI,P侧端口接入负载RO、P侧端口电容Cp记为输出电容CO、电压Vp记为输出电压VO、电流Ip记为输出电流IO,开关管VM4记为Q1、开关管VM3记为Q2、开关管VM2记为Q3、开关管VM1记为Q4、B侧桥臂记为输入桥臂BSI、P侧桥臂记为输出桥臂BSO。
4.根据权利要求2所述一种升降压变换器电路参数在线辨识的方法,其特征在于:选定开关码Qsw=[SQ1 SQ2 SQ3 SQ4]的可控子码包括0101、1010、1001、0110、0001、1000、0010、0100、
0000;选定等效开关状态值,输入侧连接开关是SI=SQ1、输出侧连接开关是SO=SQ4,输入侧续流开关SDI及输出侧续流开关SRO是,当Qsw为0001、1000、0010、0100中之一且电感电流IL大于
0时,SDI=SQ4+SQ3、SRO=SQ1+SQ2,其他情况下,SDI=SRO=0;其中,SQ1是开关管Q1的开关状态值、SQ2是开关管Q2的开关状态值、SQ3是开关管Q3的开关状态值、SQ4是开关管Q4的开关状态值。
5.根据权利要求1所述一种升降压变换器电路参数在线辨识的方法,其特征在于:所述近零低值常数cz的值是10^(‑6);所述基值加权系数ca的值域是0≦ca<1,当ca=0、误差基值ai(k)采用初始设定值常数ai(0),当ca>0、误差基值ai(k)是根据先验误差的绝对值并按基值加权系数ca迭代计算的均值;所述敏感率系数cs的值域是0.2
0.08]、[x2=5,y2=0.82]、[x3=20,y3=0.95]、[x4=50,y4=0.98],y=SE(x):{SE(x)=0, 0≦x
SE(x)=(yj+1‑yj)/(xj+1‑xj)*(x‑xj)+yj,xj≦x