一种改善化成分容电源动态性能的控制算法

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1.本发明属于自动控制与dc/dc电源领域，具体涉及一种改善化成分容电源动态性能的控制算法。

背景技术：

2.pi控制器广泛应用于电力电子领域的闭环控制中，但是在性能要求严苛的场合，传统的pi控制器难以满足要求，当系统参数暂态切换时，难以在保证稳态性能的前提下，实现优良的动态性能，包括上升时间短、超调量小。电池的化成分容工艺影响着电池的寿命、安全性、可靠性等性能，所以对于化成分容电源的性能具有极高的要求，现有要求电流切换时间小于10ms，电压调节时间3s以内，电流超调量不超过10％，电压超调量不超过0.1mv。传统的双闭环pi控制器，难以实现上述要求。

技术实现要素：

3.针对以上问题，本发明提供了一种改善成分容电源动态性能的分段变pi控制算法，能够在保证化成分容电源稳态性能的前提下，提升化成分容电源的动态性能，包括电池充放电电流切换的上升时间与超调量、充放电电压的调节时间与超调量。
4.本发明提供一种改善化成分容电源动态性能的控制算法，具体步骤如下，其特征在于：
5.先根据电流的切换情况判断系统的工况，包含：
6.充电情况下：工况1电流正向切换、工况2反向切换；
7.放电情况下：工况3电流反向切换、工况4正向切换；
8.工况5充电切换放电、工况6放电切换充电；
9.共六段工况；
10.电流环pi控制器表达式为：
[0011][0012]
其中，k
p
为比例系数，ki为初始积分系数，id为电流分界点，不同工况分界点不同，具体根据实际情况设定，i
abs
为实际电流绝对值，k为积分系数变化的斜率，斜率大小与目标电流的绝对值相关，具体可以表示为：k在不同工况分界点不同，具体根据实际情况设定。
[0013]
作为本发明进一步改进，根据电流的切换情况判断系统的工况，具体判定如下：
[0014]
首先判断电流的切换情况，根据电压环输出正负判断目标状态是充电或者放电，
根据实际电流正负判断当前状态是充电或者放电；
[0015]
目标状态和当前状态都为充电：判断电流值指令的变化，电流值指令增大为工况1，电流值指令减小为工况2；
[0016]
目标状态和当前状态都为放电：判断电流值指令的变化，电流值指令增大为工况3，电流值指令减小为工况4；
[0017]
目标状态放电、当前状态充电为工况5，目标状态充电、当前状态放电为工况6。
[0018]
不同工况下的电流动态响应有差异，为了拓展本发明控制算法的适用性，分了以上六种工况，使用时控制器设计能够更加准确与有效。
[0019]
作为本发明进一步改进，电流的动态切换过程平滑，且上升时间小于10ms，超调量小于10％。
[0020]
本发明提供的一种改善成分容电源动态性能的控制算法，能够保证所设计的化成分容电源电压电流切换动态过程平滑，电流切换时间小于10ms，电压调节时间小于3s，电流超调量小于10％，电压超调量小于0.1mv，并且不影响电源电压和电流0.02％的稳态精度，该算法电压外环使用传统pi控制器，积分系数较大，以实现电压达到稳态时充放电电流快速退饱和。
附图说明
[0021]
图1系统控制结构图；
[0022]
图2本发明本控制算法软件实现逻辑结构图；
[0023]
图3(a)-10a切换10a不采用变pi算法；
[0024]
图3(b)-10a切换10a采用变pi算法；
[0025]
图4(a)50a切换-50a不采用变pi算法；
[0026]
图4(b)50a切换-50a采用变pi算法；
[0027]
图5电池电压充电至3.5v(超调量0.03mv)。
具体实施方式
[0028]
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
[0029]
本发明提供的控制算法能够改善化成分容电源的动态性能，电压环采用传统pi控制器，增大积分系数来保证在电压达到稳态时，充电电流快速退饱和，保证电压的调节时间较快且超调量小于0.1mv。电流环采用分段pi控制算法，根据不同工况的实际情况，结合本发明控制算法，将电流环pi控制器分为两段，实际电流值小于等于分段电流点采用传统pi，实际电流值大于分段电流点采用变化积分系数，从而保证在不同工况下，电流的动态切换过程平滑，且上升时间小于10ms，超调量小于10％。整体控制结构图如图1所示。
[0030]
其中电流环的分段变pi具体实施步骤如下：
[0031]
根据电流的切换情况系统工况分为：充电状态下电流正向切换(工况1)、反向切换(工况2)；放电状态下电流反向切换(工况3)、正向切换(工况4)；充电状态切换放电状态(工况5)、放电状态切换充电状态(工况6)等六段工况。
[0032]
首先判断电流的切换情况，根据电压环输出正负判断目标状态是充电或者放电，根据实际电流正负判断当前状态是充电或者放电。
[0033]
目标状态和当前状态都为充电：判断电流值指令的变化，电流值指令增大为工况1，电流值指令减小为工况2；
[0034]
目标状态和当前状态都为放电：判断电流值指令的变化，电流值指令增大为工况3，电流值指令减小为工况4；
[0035]
目标状态放电、当前状态充电为工况5，目标状态充电、当前状态放电为工况6。
[0036]
不同工况的电流分段点不同，具体的分段点根据实际情况进行整定，本发明所针对的系统，工况1、2中，分段点的电流值为8a；工况3、4中，分段点的电流值为-10a；工况5、6中，分段点的电流值绝对值为12a。根据：
[0037][0038]
计算不同工况下的积分系数。具体参数如下：
[0039]
工况1，k
p
＝300，ki＝0.3，id＝8a，k＝15/|i
ref
|；
[0040]
工况2，k
p
＝300，ki＝0.3，id＝8a，k＝8/|i
ref
|；
[0041]
工况3，k
p
＝300，ki＝0.3，id＝10a，k＝45/|i
ref
|；
[0042]
工况4，k
p
＝300，ki＝0.3，id＝10a，k＝10/|i
ref
|；
[0043]
工况5，k
p
＝300，ki＝0.3，id＝12a，k＝10/|i
ref
|；
[0044]
工况6，k
p
＝300，ki＝0.3，id＝12a，k＝20/|i
ref
|；
[0045]
其中i
abs
为当前电流的绝对值，i
ref
为目标电流参考值。
[0046]
总之，电流环的pi控制器，比例系数始终为固定值，积分系数根据电流实际情况决定，当电流实际值的绝对值大于等于电流分段点时，采用固定积分系数，当电流实际值的绝对值小于电流分段点时，采用随电流值实时变化的积分系数。图2为本发明软件实现逻辑结构图。
[0047]
为了验证所提出控制算法的有效性，进行了实验验证。图3和图4为两组对比试验，其中图3(a)和图4(a)是未采用本发明算法的电流波形，图3(b)和图4(b)可以看出采用本发明的控制算法后，电流动态切换过程平滑，且上升时间小于10ms，超调量小于10％。图5为电压的实验波形，从图中可以看出调节时间较快且超调量小于0.1mv。实验结果验证了所提控制算法的正确性与可行性。
[0048]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

技术特征：

1.一种改善化成分容电源动态性能的控制算法，具体步骤如下，其特征在于：先根据电流的切换情况判断系统的工况，包含：充电情况下：工况1电流正向切换、工况2反向切换；放电情况下：工况3电流反向切换、工况4正向切换；工况5充电切换放电、工况6放电切换充电；共六段工况；电流环pi控制器表达式为：其中，k
p
为比例系数，k
i
为初始积分系数，i
d
为电流分界点，不同工况分界点不同，具体根据实际情况设定，i
abs
为实际电流绝对值，k为积分系数变化的斜率，斜率大小与目标电流的绝对值相关，具体可以表示为：k在不同工况分界点不同，具体根据实际情况设定。2.根据权利要求1所述一种改善化成分容电源动态性能的控制算法，其特征在于：根据电流的切换情况判断系统的工况，具体判定如下：首先判断电流的切换情况，根据电压环输出正负判断目标状态是充电或者放电，根据实际电流正负判断当前状态是充电或者放电；目标状态和当前状态都为充电：判断电流值指令的变化，电流值指令增大为工况1，电流值指令减小为工况2；目标状态和当前状态都为放电：判断电流值指令的变化，电流值指令增大为工况3，电流值指令减小为工况4；目标状态放电、当前状态充电为工况5，目标状态充电、当前状态放电为工况6。不同工况下的电流动态响应有差异，为了拓展本发明控制算法的适用性，分了以上六种工况，使用时控制器设计能够更加准确与有效。3.根据权利要求1所述一种改善化成分容电源动态性能的控制算法，其特征在于：电流控制器的参数与实际工况相关，可以进行任意调整。实现电流的动态切换过程平滑，且上升时间小于10ms，超调量小于10％。

技术总结

本发明提供了一种改善化成分容电源动态性能的控制算法，所公开的控制算法基于电压电流双闭环控制，电压环为经典的PI控制器，电流环为随工况变化的分段变PI控制器。本发明的算法易于实现，计算简单，能够在保证化成分容电源稳态性能的前提下，大大提升化成分容电源的动态性能，包括电池充放电电流切换的上升时间与超调量、充放电电压的调节时间与超调量。充放电电压的调节时间与超调量。充放电电压的调节时间与超调量。