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专利号: 2024107028980
申请人: 湖南科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种低纹波可调直流稳压电源主电路参数优选方法,其特征在于,包括以下步骤:S1,将低纹波可调直流稳压电源主电路参数作为优化对象,以其输出直流电压纹波系数为优化目标,建立优化对象与优化目标间的数学模型;优化对象包括低纹波可调直流稳压电源中Buck‑Boost逆变电路的桥臂电感L、桥臂电容C及不可控整流电路的滤波电容Cf,具体包括如下步骤:步骤S11,建立三相Buck‑Boost逆变电路的状态微分方程,鉴于三相Buck‑ Boost逆变电路为三相对称的电路结构,其中任意一相的状态微分方程为:    (1);

上式中C、L分别为Buck‑Boost逆变电路的桥臂电容、桥臂电感,Rreq为三相不可控整流电路的等效电阻,uC为电容电压,iL为电感电流,d为逆变电路中功率开关的占空比,udc为逆变电路输入侧直流电压;

步骤S12,求解式(1)所示状态微分方程,得电容电压uC的解析表达式为:   (2);

式中:t为Buck‑Boos逆变电路的运行时间;

步骤S13,根据步骤S12所得电容电压uC,得Buck‑Boost逆变电路输出电压uo的解析表达式为:   (3);

式中:Um为直流偏置电压;

步骤S14,根据步骤S13所得输出电压uo,得输出电压uo的谐波失真度为:    (4);

式中: , , , , ,

,Ts为Buck‑Boost逆变电路中功率开关的开关周期;

步骤S15,根据步骤S14所得Buck‑Boost逆变电路输出电压uo的谐波失真度,得到该低纹波可调直流稳压电源输出直流电压纹波系数rF与其主电路参数C、L、Cf间的函数关系式为:    (5);

式中:C、L分别为Buck‑Boost逆变电路的桥臂电容和桥臂电感,Cf为不可控整流电路的滤波电容,finv为Buck‑Boost逆变电路的输出电压频率,R为直流稳压电源所接负载电阻,k、b为常系数;

S2,根据步骤S1所建立的数学模型,建立其优化对象与优化目标间的优化模型;

S3,任取一电流值作为该直流稳压电源的额定输出电流,采用改进指数分布优化算法对其主电路参数进行优化,得到该额定输出电流所对应的最优主电路参数;改进指数分布优化算法为:

1) 在种群初始化阶段,采用 Peicewise 混沌映射函数对传统指数分布优化算法中种群初始化公式进行改进,改进后的初始化公式为:   (7);

式中:x(t+1)为Peicewise混沌映射函数,ub为种群的上边界,lb为种群的下边界;

2) 在种群更新阶段,针对当前迭代次数下使用Sigmoid函数生成其概率阈值p,以替代传统指数分布优化算法中的固定概率阈值0.5,其具体计算公式为:   (8);

式中:p为概率阈值,m为常系数,D为当前迭代次数,Dmax为最大迭代次数;

步骤S3中所述采用改进指数分布优化算法对直流稳压电源的主电路参数进行优化,具体步骤为:步骤S31,设定初始化种群个体数量N、最大迭代次数Dmax,取迭代次数D的初始值为1;

步骤S32,生成初始种群X;

步骤S33,根据优化目标函数计算初始种群X中各个体xi的优化目标函数值f(xi),i=

1,…,N,取其中优化目标函数值最小对应的个体为当前最优个体xbest;

步骤S34,根据改进指数分布优化算法对种群X进行更新,由此产生新一代种群个体newxi ,i=1,…,N;

new new

步骤S35,计算新一代种群各个体xi (i=1,…,N)的优化目标函数值f(xi ),并取其中new优化目标函数值最小对应的个体为种群更新后的最优个体xbest ;

new

步骤S36,比较种群更新后的最优个体xbest 与当前最优个体xbest的目标函数值大小;若new newf(xbest )>f(xbest),则保持当前最优个体xbest不变;否则,当前最优个体xbest将被xbest 取代;

步骤S37,判断迭代次数是否达到最大迭代次数Dmax;若达到,则执行步骤S38;否则,迭代次数D加1,返回步骤S34;

步骤S38,输出当前最优个体xbest,即获得相应的最优主电路参数值S4,按一定间隔依次选取n组额定输出电流值,并针对每组额定输出电流按上述相同方法获得相应的最优主电路参数;

S5,将上述所获得的n组最优主电路参数采用数值拟合方法进行拟合,得到该直流稳压电源最优主电路参数与其额定输出电流间的函数关系式。

2.根据权利要求1所述的一种低纹波可调直流稳压电源主电路参数优选方法,其特征在于,所述步骤S2中所述建立其优化对象与优化目标间的优化模型,具体如下:为使该直流稳压电源输出直流电压纹波系数rF取最小值,设其优化目标函数f (C, L, Cf)为:     (6)。

3.根据权利要求1所述的一种低纹波可调直流稳压电源主电路参数优选方法,其特征在于,所述步骤S5中所述采用数值拟合方法得到直流稳压电源最优主电路参数与其额定输出电流间的函数关系式,所述数值拟合方法采用最小二乘法,所述各最优主电路参数与其额定输出电流间的函数关系式,分别为:S51,Buck‑Boost 逆变电路最优桥臂电容C 与电源额定输出电流 IN 间的函数关系式为:   (9);

式中:A1、A2、A3、A4为最优桥臂电容函数FC(IN)的系数;

S52,Buck‑Boost 逆变电路最优桥臂电感L 与电源额定输出电流 IN 间的函数关系式为:   (10);

式中:B1、B2、B3、B4为最优桥臂电感函数FL(IN)的系数;

S53,不可控整流电路最优滤波电容Cf与电源额定输出电流IN 间的函数关系式为:   (11);

式中:C1、C2、C3、C4为最优滤波电容函数 的系数。