广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文）
压在外部扰动的情况下保持稳定。同时，为了防止蓄电池和超级电容过充和过放电，对蓄电池和超级电容的充放电进行管理，实现过流保护，因此需要进行电流控制。三全桥DC/DC变换器在输入端串联有直流电感，使得输入电流连续，易实现电流控制。该变换器的控制系统，采用平均电流控制方式，即电压外环控制输出直流母线电压，电流内环控制来自两个输入端的电感电流，系统的电压电流双闭环控制框图如图4.5所示。为了讨论方便，图中的反馈系数均取为1。 4.3.1 TAB变换器电流内环解耦设计
在三全桥(TAB)双向DC/DC变换器中，电感电流与移向角之间的增益矩阵不是对角阵，即移向角?13、?23均影响IP1、IP2，而IP1、IP2也均受到?13、?23的影响。很明显，在TAB变换器系统的两个电流环之间存在着相互干扰，可通过引入特殊的补偿网络来消除这种相互干扰，即解耦网络。解耦网络的作用是将一个多变量的控制系统分解为一个独立控制的单环系统。即使输入输出相互关联的多变量系统实现每一个输入仅控制相应的一个输出，每一个输出也仅受相应的一个输入控制，即实现一对一的控制，解除输入与输出之间的耦合，成为解耦控制。
在线性定常连续系统中，通常有两种实现解耦的方法，即串联补偿器解耦和前馈补偿器解耦。本文采用串联补偿器实现系统的解耦。可知，使多变量系统成为解耦系统，即使其传递函数矩阵对角化，通过选择和设计串联补偿器—解耦网络H，使矩阵
G和H的乘积为对角阵，即X?G?H?diag?x1,x2?，所以可以推导出解耦网络的传递函数矩阵：
?H11H???H21H12??Gi1/?13Gi1/?23??x1?1?GX????GGH22?i2/?13i2/?23????0?10? x2??1?Gi1?13?Gi2?23?Gi1?23?Gi2?13?Gi2?23?x1?Gi1?23?x2??? (4.8) ?G?xG?x??i2?131i1?132?? (4.9)
取
x1?Gi1?13?Gi1?23?Gi2?13Gi2? 23Gi1?13x2?Gi2?23?可将H化为：
Gi1?23?Gi2?13 (4.10)
?H11H12??1?Gi1?23Gi1?13?H??? (4.11) ????GHHG1?2122???i2?13i2?23??
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由上式可知，通过设计解耦网络H，可使原来互相耦合的系统变成一对一控制的单变量控制系统。从而实现输入电感电流i1和i2的自治控制，如图4.6所示为电流内环系统解耦控制图。
HIref1－+Gi1(s)/??13G++Δ?131Gi1/?23Gi1/?13Gi1/Φ13(s)++ΔI1?Gi1/Φ23(s)?Gi2/?13Gi2/?23Gi2/Φ13(s)++++ΔI2Iref2+－Gi2(s)/??231Δ?23Gi2/Φ23(s)
图4. 6 电流内环解耦控制系统图
其中x1和x2是电感电流i1和i2的等效闭环系统中的开环传递函数，可根据变换器系统的静态和动态技术指标，分别对i1和i2控制回路的电流调节器进行设计。 4.3.2 电流内环调节器设计 电流内环解耦后的传递函数：
1?1010?s?31.09?s2?309.1s?1.8?107 (4.12) x1??s?25.15?s2?2.26s?1.4?107s2?2.114s?2.4?107??????5.4?107?s?14.95?s2?3756s?5?106 (4.13) x2?2626?s?14.8?s?62.28s?5?10s?2.114s?2.4?10??????首先对电感电流i1的电流内环进行补偿环节的设计，在设计校正装置时主要以波特图(Bode Diagram开环对数频率特性曲线)作为研究工具，因为它可以准确地提供稳定性和稳定裕度的信息，来衡量闭环系统稳态和动态性能。
由于实际系统要求电流环具有良好的跟随性和稳态精度，减少或消除稳态误差，因此需要有一个积分环节。并使开环对数幅频特性曲线在高频段截止频率处的斜率为?20dB，因此此处选用具有两个微分环节的PID调节器，其传递函数为：
??1s?1???2s?1?Gi1?s?? (4.14)
?s根据系统稳定性和动态性能的要求，取电流环的截止频率为1200Hz，取
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?1?0.035，?2?0.0032，??2.3，可以对消掉控制对象中的大惯性环节，提高开
环截止频率，加快动态响应，实现系统的降阶和简化。根据上述参数的取值则可计算校正后系统的相角裕度??48°，满足通常要求的45°~70°的范围。经过PID调节器补偿后的电流内环等效回路增益函数的波特图如4.7所示。
图4. 7 补偿后的i1电流内环等效回路增益函数的波特图
电感电流i2的电流内环进行补偿环节的设计与i1具有相同的方法和步骤，采用PID调节器补偿，设计出的传递函数为：
? (4.15) 7.3?10?5?s?14.8??s?2761Gi2?s??s经PID补偿后的电流内环等效回路增益函数的波特图如图4.8所示：
Open loop Bode diagramMagnitude(dB)Gi2?s??7.3?10?5?s?14.8??s?2671?sPM=42degPhase(deg)PM=-4.42deg Frequency(rad/s)
图4. 8 i2电流内环等效回路增益函数的波特图(实线对应未校正，虚线对应加校正环节)
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4.4 小结
本文运用三端口双向DC/DC 变换器和一定的控制电路,控制三口之间能量交换的大小和方向,从而实现能量的合理利用. 且通过调节一个PWM 的占空比,控制系统的能量环流,从而使得整个系统的能量损失达到最少,该变换器系统在混合燃料电动车辆中及及分布式发电等混合能流管理系统中,有着广泛的应用前景.
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