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专利号: 2018114351887
申请人: 江苏理工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种电动汽车复合电源功率分配的协同控制方法,其特征在于,应用于协同控制系统,所述复合电源包括用于提供能量的蓄电池及用于提供功率的超级电容器,且超级电容器通过一双向升降压变换器连接至直流母线,所述双向升降压变换器中包括用于控制工作模式的第一控制开关和第二控制开关,工作模式包括升压模式和降压模式,其中,当能量从超级电容器转移至蓄电池为升压模式,当能量从蓄电池转移至超级电容器为降压模式;协同控制系统中包括与直流母线连接用于制定协同控制策略的处理器、与处理器连接的滞环电流控制器及与滞环电流控制器连接的PWM信号发生器;所述协同控制方法包括:S10处理器实时采集直流母线电压;

S20处理器根据实时采集的直流母线电压及直流母线参考电压制定协同控制策略,并计算得到滞环电流控制器的参考电流;

S30滞环电流控制器实时采集双向升降压变换器中的滤波电感电流,S40滞环电流控制器根据采集的滤波电感电流和参考电流生成开关控制信号;

S50PWM信号发生器根据开关控制信号生成脉冲信号控制第一控制开关和第二控制开关的通断,实现对复合电源功率分配的协同控制。

2.如权利要求1所述的协同控制方法,其特征在于,在复合电源中:蓄电池等效为具有串并联分支的RC电路,满足:

v0=vb-Rbib

其中,v0为直流母线电压,vb为蓄电池电压,ib为蓄电池电流,Rb为蓄电池内部串联电阻,Rd为蓄电池内部并联电阻,Cb为蓄电池的电荷存储容量;

超级电容器等效为理想电容器与其等效内阻串联的电路,满足:vs=vc+Rsisc

isc=-iL

其中,vs为超级电容器两端的实测电压,vc为超级电容器电压,Rs为超级电容器的内阻,isc为超级电容器电流,iL为双向升降压变换器中滤波电感电流。

3.如权利要求2所述的协同控制方法,其特征在于,双向升降压变换器中包括滤波电感L、第一控制开关Q1、第二控制开关Q2、第一二极管D1和第二二极管D2,其中,滤波电感L的第一端与超级电容器的正极连接、第二端与第一控制开关Q1的集电极连接;第二控制开关Q2的基极为通断控制端,集电极为双向升降压变换器的输出端、与直流母线的正极连接,发射极与滤波电感L的第二端连接;第一控制开关Q1的发射极分别与超级电容器的负极及直流母线的负极连接,基极为通断控制端;第一二极管D1并接于第一控制开关Q1的两端,且正极与第一控制开关Q1的发射极连接、负极与第一控制开关Q1的集电极连接;第二二极管D2并接于第二控制开关Q2的两端,且正极与第二控制开关Q2的发射极连接、负极与第二控制开关Q2的集电极连接,PWM信号发生器分别与第一控制开关Q1和第二控制开关Q2的基极连接。

4.如权利要求3所述的协同控制方法,其特征在于,双向升降压变换器工作在连续导通的PWM模式下,其中,在第一PWM状态下,第一控制开关Q1导通、第二控制开关Q2关断,双向升降压变换器工作在降压模式;在第二PWM状态下,第一控制开关Q1关断、第二控制开关Q2导通,双向升降压变换器工作在升压模式。

5.如权利要求4所述的协同控制方法,其特征在于,在升压模式下,系统的状态方程为:其中,RL为滤波电感L的内部电阻,L为滤波电感的容量,u为一个周期内第二控制开关Q2的开关控制信号,Cf为连接于蓄电池输出端间的滤波电容的容量,Cs为超级电容器的容量,i0为负载电流。

6.如权利要求5所述的协同控制方法,其特征在于,在滞环电流控制器中采用滑模算法实现电流的控制:定义滤波电感电流的滑模开关线S(x):

S(x)=Ir-iL=0

其中,x为滑模开关线的运动曲线,为关于时间t的函数,Ir>0为参考电流;

由于滑模运动存在于vs<v0的区域,满足 的条件为:

其中,vs为超级电容器两端的实测电压,v0为直流母线电压,u为一个周期内第二控制开关Q2的开关控制信号;

等效控制信号ueq为:

在电流的控制过程中,双向升降压变换器的控制方法为:iL≈Ir及u=ueq。

7.如权利要求5所述的协同控制方法,其特征在于,电动汽车的负载为可变电阻R0,则系统的状态方程为:其中,负载电流

8.如权利要求7所述的协同控制方法,其特征在于,处理器根据具有电流滑模控制的协同控制系统制定协同控制策略,所述协同控制策略包括:σ(x)=0

其中,k1和k2为设计参数,ib为蓄电池电流,T=TT>0为设定的对称正参数,v0r为超级电容处于充电状态且系统处于空载状态时的直流母线参考电压,vsr为超级电容器的额定电压;x为滑模开关线的运动曲线,为关于时间t的函数,满足 且流形Tσ'+σ=0。

9.如权利要求8所述的协同控制方法,其特征在于,在步骤S50,PWM信号发生器根据开关控制信号生成脉冲信号控制第一控制开关和第二控制开关的通断之后,还包括对协同控制系统的稳定性进行分析的步骤,具体:正定李亚普洛夫函数V(x)为:

沿着σ(x)的运行轨迹正定李亚普洛夫函数V(x)的总时间导数为:由总时间导数V'(x)<0,协同控制系统实现了全局渐近稳定。

10.如权利要求8所述的协同控制方法,其特征在于,在步骤S50,PWM信号发生器根据开关控制信号生成脉冲信号控制第一控制开关和第二控制开关的通断之后,还包括对协同控制策略进行优化的步骤,具体:使用滤波器对超级电容器两端的实测电压vs进行滤波,滤波器的传递函数Gf(s)为:其中,s为拉普拉斯算子,wf为滤波器的截止频率;

滤波后更新的流形ψ(x)为:

其中,vsf为超级电容器滤波后的电压。