[发明专利]一种对高压电容器充电的模糊控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，更具体地，涉及一种对高压电容器充电的模糊控制方法及装置。

背景技术

脉冲功率技术具有广泛的应用范围，已由最初的科研和军事领域扩展到教育、医疗、工业、民用等多个领域，而且随着各领域研究的深入，对脉冲功率设备的需求更大。脉冲功率领域最为常用的初级储能环节就是高压电容器储能，因此高压电容器充电电源是脉冲功率设备中的极其重要的组成部分。

有三种高压电容器充电技术目前比较成熟，即带限流电阻器的高压直流源充电，工频L-C谐振充电，高频变换器充电。前面两种充电技术由于效率低下、功率密度不高、充电精度差、无法工作在更新模式等诸多缺点而逐渐被采用高频变换器充电的技术所取代。

在高频变换器充电中，串联谐振变换器充电由于其拓扑结构相对简单，具有恒流、恒特征阻抗、恒谐振频率（即使负载电容在比较大的范围内变化）等优点而成为充电领域中最为常用的充电技术。当选择串联谐振变换器的工作模式为断续模式，即开关频率小于0.5倍的谐振频率时，变换器具有恒流源的输出特性。输出电流与开关频率成正比，开关管能够实现零电流关断，而且断续情况下的变换器相关参数也是非常容易设计的。虽然基本的串联谐振充电具有诸多的优点，但该充电方式仍然存在许多缺陷：

（1）与工作在连续模式下相比，工作在断续模式在相同的特征阻抗的情况下由于平均电流相对较小，因此充电时间就会比较长。

（2）由于串联谐振充电电源采用调节开关频率的方式来调节输出平均电流的大小，这种控制方式会产生很多问题，比如开关频率较低时会产生噪音问题；磁性元件难以优化设计等。

（3）由于工作在断续模式，提高电源功率就意味着增大谐振电流峰值，这会使得开关管以及母线电容的选择比较困难，功率难以进一步做大。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，申请人经过研究改进，提供一种基于模糊控制的移相串联谐振高压电容器充电控制方法及控制装置。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种对高压电容器充电的模糊控制方法，并通过移相调制的方法实现，用于通过充电电源为高压储能电容器进行充电，所述充电电源中包括有全桥逆变器，所述方法包括：

（1）测取充电电源的实时充电电流值；

（2）将测取的实时充电电流值与预设充电电流值相比较，得到误差和误差的变化率并经过量化后，作为模糊控制器的输入量，模糊控制器根据输入量及预先制定的模糊控制规则库进行模糊推理，得到占空比变化率Δd_k作为输出量；

（3）将所述步骤（2）中获得的占空比变化率Δd_k加上上一采样时刻的占空比d_k-1得到当前时刻的占空比d_k；

（4）将所述步骤（3）中得到的当前时刻的占空比d_k转换成移相角δ_k，通过移相的方法对全桥逆变器进行调制，调节其输出准方波的宽度满足占空比d_k的要求，从而调节充电电流。

通过本发明方法，控制充电电源工作在开关频率大于谐振频率的过谐振状态及谐振电流工作在连续模式，逆变输出的准方波电压的相位超前于谐振电流的相位，有利于开关管零电压开通的实现，可减小谐振电流的峰值，有利于提高充电电源的功率等级，通过模糊控制的方法在难以得到充电电源精确数学模型的情况下，也能实现对充电电流的控制。

优选地，所述步骤（2）具体包括：

（21）将测取的实时充电电流值与预设充电电流值比较得到充电电流误差E_k，将当前时刻的充电电流误差与上一采样时刻的电流误差比较得到误差变化率CE_k，将他们分别量化后，得到e_k和ce_k，将其作为模糊控制器的输入语言变量；

（22）根据模糊控制规则库对充电电流的误差e_k和充电电流误差变化率ce_k进行模糊推理，获得充电电源的占空比变化率Δd_k。

通过采用这种模糊控制的方法，能有效的解决基于串联谐振电路的电容器充电电源工作在过谐振、电流连续模式下，充电电流难以控制的问题。

优选地，所述步骤（2）中模糊规则库的确定原则为：

当实时充电电流值远离预设充电电流值时，加大占空比的变化率以快速减小误差；

当实时充电电流值正向预设充电电流值靠拢时，减小占空比的变化率以减小误差，并降低误差减小的速率；