一种PFC电路控制方法、控制器和设备

技术领域

本发明涉及PFC电路技术领域，更具体地说，涉及一种PFC电路控制方法、控制器和设备。

背景技术

市面上大多数暖通空调系列产品的升压式PFC电路的开关管控制方法通常是采用电流环为内环、电压环为外环的双环PI控制。虽然此类控制方法结构简单，应用场景较宽泛，但是由于暖通空调在运行的过程中PFC的开关状态、电感电流、输出电容电压都是在不断变化的，PI控制方法在这一动态运行过程中由于开关状态变化产生的延时或采样出现误差而产生抖振，使得输出变量出现超调量变大、过渡时间变长进而影响系统动态性能的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种PFC电路控制方法、控制器和设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种PFC电路控制方法，包括以下步骤：

S1、建立数学模型，所述数学模型包括根据PFC电路的拓扑建立的状态方程、根据所述PFC电路的状态变量建立的状态空间转换面和根据所述PFC电路的状态变量确定的接近比率，所述接近比率用于表示状态空间中的点到所述状态空间转换面的预设区域内的运动过程；

S2、根据所述数学模型获得所述PFC电路的控制规律，并根据所述控制规律设计所述PFC电路的系统控制函数；

S3、根据所述系统控制函数设计所述PFC电路的控制器。

进一步，在本发明所述的PFC电路控制方法中，所述根据PFC电路的拓扑建立的状态方程包括：根据所述PFC电路的拓扑建立一个开关周期内的状态方程；

所述状态变量包括所述PFC电路的电感电流和电容电压；

所述状态空间转换面包括第一调制参数；

所述接近比率包括第二调制参数。

进一步，在本发明所述的PFC电路控制方法中，所述步骤S1还包括：

结合所述状态方程、所述状态空间转换面和所述接近比率，判断输出状态变量的误差是否在预设范围内；若是，则结束建模操作；

若否，则调整所述第一调制参数和所述第二调制参数，直到所述输出状态变量的误差在所述预设范围内。

进一步，在本发明所述的PFC电路控制方法中，所述状态空间中的点为在所述预设区域上的点，或运动到所述状态空间转换面周围时，需满足该点对时间t的一阶求导为零。

进一步，在本发明所述的PFC电路控制方法中，所述根据所述PFC电路的状态变量建立的状态空间转换面包括：

根据所述状态变量的设定值与其实际反馈值的差值m

进一步，在本发明所述的PFC电路控制方法中，所述结合所述状态方程、所述状态空间转换面和所述接近比率，判断输出状态变量的误差是否在预设范围内包括：

结合所述状态方程、所述状态空间转换面和所述接近比率，判断m

若否，则调整所述第一调制参数和所述第二调制参数，直到m

进一步，在本发明所述的PFC电路控制方法中，所述根据所述PFC电路的状态变量确定的接近比率包括：

根据所述状态变量的集合s、饱和函数sia(g)和所述第二调制参数设置所述接近比率；其中，所述第二调制参数包括四个子调制参数ψ、p、ζ和τ，g为sia函数自变量。

进一步，在本发明所述的PFC电路控制方法中，所述PFC电路为升压式PFC电路。

另外，本发明还提供一种控制器，根据如上述的PFC电路控制方法设计而成。

另外，本发明还提供一种设备，所述设备包括PFC电路，所述设备还包括如上述的控制器。

实施本发明的PFC电路控制方法、控制器和设备，具有以下有益效果：

本发明能够解决PFC电路控制系统运行时在出现开关控制延时或者是采样存在误差的情况下导致最终输出结果存在较大误差的问题，有效地减小由于外部干扰给PFC控制系统所带来的影响，抑制电感电流以及电容电压的纹波，极大地提升了PFC的功率因数校正效果，进而保障整个PFC电路控制系统和设备的动态平稳运行。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例提供的状态空间转换面的示意图；

图2是本发明实施例提供的建立数学模型的流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

在一个优选实施例中，本实施例的PFC电路控制方法包括以下步骤：

S1、建立数学模型，数学模型包括根据PFC电路的拓扑建立的状态方程、根据PFC电路的状态变量建立的状态空间转换面和根据PFC电路的状态变量确定的接近比率，接近比率用于表示状态空间中的点到状态空间转换面的预设区域内的运动过程。可选地，PFC电路为升压式PFC电路。

S2、根据数学模型获得PFC电路的控制规律，并根据控制规律设计PFC电路的系统控制函数。

S3、根据系统控制函数设计PFC电路的控制器。

需要说明的是，状态方程也就是状态空间方程，用来推导出输出电压与占空比以及电感电流和占空比之间的关系，从而有利于后续对控制器的设置，需要根据具体的PFC电路来具体设计，也就是说，由于不同类别的PFC电路的各种参数不同，结构不同，所以相关变量之间关系表达式也不同，也即其状态方程需要根据实际应用的场合自行建立并进行求解。

PFC电路的控制规律指的是在状态空间中该PFC电路所对应的点的运动规律。另外，状态空间转换面是指所有状态变量构成的状态空间可以用这个转换面来表示，而状态空间中有趋近于区域运动的点、穿过转换面远离的点和不经过转换面直接远离的点，而状态空间内靠近转换面的点必须要吸引到转换面的区域内，即可以认为是这部分的点自动被转换面吸引，通过设定这样一个转换面，能够确定面上区域及其附近状态空间的趋近这一区域的点，并通过控制其运动的规律可实现控制器的设计。

本实施例中，由根据控制律获得的系统控制函数来设计PFC电路控制器，能够实现稳定输出值波动变化，解决PFC电路控制系统运行时在出现开关控制延时或者是采样存在误差的情况下导致最终输出结果存在较大误差的问题，有效地减小由于外部干扰给PFC电路控制系统所带来的影响，抑制电感电流以及电容电压的纹波，极大地提升了PFC电路的功率因数校正效果。

在一些实施例的PFC电路控制方法中，根据PFC电路的拓扑建立的状态方程包括：根据PFC电路的拓扑建立一个开关周期内的状态方程。状态变量包括PFC电路的电感电流和电容电压。状态空间转换面包括第一调制参数。接近比率包括第二调制参数。

步骤S1还包括：

结合状态方程、状态空间转换面和接近比率，判断输出状态变量的误差是否在预设范围内。若是，则结束建模操作。

若否，则调整第一调制参数和第二调制参数，直到输出状态变量的误差在预设范围内。

需要说明的是，输出状态变量就是状态变量实际反馈值。输出状态变量的误差在PFC电路运行的过程中是围绕着预设范围上下波动的，上下波动的范围越小，则表示PFC电路运行的状态也就越稳定。

本实施例中，通过调整相关调制参数将输出状态变量的误差控制在预设范围内，进而完成一个开关周期内的数学模型的建模工作。

在一些实施例的PFC电路控制方法中，状态空间中的点为在预设区域上的点，或运动到状态空间转换面周围时，需满足该点对时间t的一阶求导为零。具体公式为如下，其中，s表示状态空间中的点或状态变量的集合。

本实施例中，确定好状态空间转换面之后，被控对象所对应的点需要满足两个条件：第一是当被控对象不在转换面上时，被控对象所对应的点必须在极短的时间内到达转换面；第二则是当被控对象所对应的点在靠近转换面区域内的时候，其运动一定是渐进地趋向于稳定的。

在一些实施例的PFC电路控制方法中，根据PFC电路的状态变量建立的状态空间转换面包括：

根据状态变量的设定值与其实际反馈值的差值m

具体地，状态空间转换面满足转换面方程：

本实施例中，通过调整第一调制参数来完成满足对应PFC电路的状态空间转换面的建立。

在一些实施例的PFC电路控制方法中，结合状态方程、状态空间转换面和接近比率，判断输出状态变量的误差是否在预设范围内包括：

数学模型的建立流程如图2所示，先求解被控的PFC电路在一个开关周期内的状态空间方程并变形处理，接着设置转换面，然后设定接近比率并将其变形处理，联立状态方程、转换面方程和接近比率方程得到PFC电路的控制方程，对其进行求解并判断m

具体地，输出状态变量的误差也就是状态变量的设定值与其实际反馈值的差值，在PFC电路运行的过程中，理想状态下，要求该差值为零，也即状态变量的设定值与其实际反馈值相同，然而一般地，该差值会围绕着零上下波动，上下波动范围越小，也即该差值越趋近于零时，意味着PFC电路运行也就越稳定，也就意味着数学模型建立越成功，相应地，设计出来的控制器就越精准。

本实施例中，通过调整相关调制参数来完成数学模型的建立，进一步得到PFC电路的控制规律和系统控制函数。

在一些实施例的PFC电路控制方法中，根据PFC电路的状态变量确定的接近比率包括：

根据状态变量的集合s、饱和函数sia(g)和第二调制参数设置接近比率。其中，第二调制参数包括四个子调制参数ψ、p、ζ和τ，g为sia函数自变量。具体地，接近比率满足如下的接近比率方程，其中，

本实施例中，通过确定一个接近比率，能够有效削减抖振对于PFC电路控制系统的影响，有效地减小由于外部干扰给PFC电路控制系统所带来的影响，抑制电感电流以及电容电压的纹波，极大地提升了PFC电路的功率因数校正效果。

在一个优选实施例中，本实施例的控制器根据如上述的PFC电路控制方法设计而成。

本实施例中，本实施例的控制器能够有效地减小由于外部干扰给PFC控制系统所带来的影响，抑制电感电流以及电容电压的纹波，极大地提升了PFC的功率因数校正效果，进而保障整个PFC电路控制系统和设备的动态平稳运行。

在一个优选实施例中，本实施例的设备包括PFC电路，还包括如上述的控制器。另外，该设备还可以包括存储器，存储器中存储有计算机程序，控制器通过调用存储器中存储的计算机程序，执行如上述的PFC电路控制方法以控制PFC电路。可选地，该设备为空调机等。

本实施例中，该设备能够有效地减小由于外部干扰给PFC控制系统所带来的影响，抑制电感电流以及电容电压的纹波，极大地提升了PFC的功率因数校正效果，进而保障整个PFC电路控制系统和设备的动态平稳运行。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。