[发明专利]融合卡尔曼滤波技术的超高频变换器分析方法

说明书

本发明公开了融合卡尔曼滤波技术的超高频变换器分析方法。所述方法包括以下步骤：构造各半导体开关元件在离散和连续状态下的表达式；分析超高频变换器的工作模态，列写各模态下的微分方程组；在离散状态下，利用分段卡尔曼滤波技术求得受控电流源的数值表达式；通过等效小参量法得到超高频变换器的等效数学模型；利用谐波平衡法求超高频变换器状态变量的稳态周期解析解。本发明方法可以快速得到超高频变换器稳态周期解析解，并可以用于分析状态变量的谐波成分。

技术领域

本发明涉及超高频变换器的建模与分析领域，特别涉及融合卡尔曼滤波技术的超高频变换器分析方法。

背景技术

国内外许多学者围绕超高频变换器(30MHz～300MHz)参数和控制策略设计(Y.Wang,O.Lucia,Z.Zhang,Y.Guan and D.Xu,Review of very high frequency powerconverters and related technologies,in IET Power Electronics,vol.13,no.9,pp.1711-1721,24 7 2020.W.Cai,Z.Zhang,X.Ren and Y.Liu,A30-MHz isolated push-pull VHF resonant converter,2014IEEE Applied Power Electronics Conferenceand Exposition-APEC 2014,Fort Worth,TX,2014,pp.1456-1460.)进行了一定的研究，但鲜有超高频变换器的理论分析。随着超高频变换器在航空航天领域广泛应用，掌握超高频变换器的工作特性、可靠性以及参数之间的关系显得愈发重要，因此需要对超高频变换器进行机理分析。

目前应用于高频(3MHz～30MHz)变换器的分析方法：离散迭代映射法可根据变换器的边界建立时间状态变量之间的映射关系，但主要用于开关变换器的动力学分析(戴欣.软开关变换电路离散映射建模方法及非线性行为研究[D].重庆:重庆大学,2006.)；文献LLC谐振变换器的扩展描述函数法建模(战丽娜,王春芳,马超.LLC谐振变换器的扩展描述函数法建模[J].系统仿真技术,2014,10(3):211-216.)利用扩展描述函数法对LLC谐振变换器进行建模分析，考虑该方法要计算偏导数，计算量大，不适用于多谐振变换器；Y.Chen等(Y.Chen,W.Xiao,Z.Guan,B.Zhang,D.Qiu and M.Wu,Nonlinear Modeling andHarmonic Analysis of Magnetic Resonant WPT System Based on Equivalent SmallParameter Method,in IEEE Transactions on Industrial Electronics,vol.66,no.8,pp.6604-6612,Aug.2019.)比较了广义状态空间平均法与等效小参量法在工作频率为1MHz的Φ₂类逆变器建模效果，等效小参量法在较高阶系统中展现出具有精度高、计算量小的优越性。

发明内容

本发明的目的在于填补现有超高频变换器分析的空缺，提供一种能够快速地获得超高频变换器状态变量稳态周期解析解的方法。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

融合卡尔曼滤波技术的超高频变换器分析方法，包括以下步骤：

S1、构造各半导体开关元件在离散和连续状态下的表达式；

S2、分析超高频变换器的工作模态，列写各模态下的微分方程组；

S3、在离散状态下，利用分段卡尔曼滤波技术求得受控电流源的数值表达式；

S4、通过等效小参量法得到超高频变换器的等效数学模型；

S5、利用谐波平衡法求超高频变换器状态变量的稳态周期解析解。