本申請(qǐng)總體上涉及控制可變電壓轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：

電氣化車(chē)輛包括混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)輛(HEV)和電池電動(dòng)車(chē)輛(BEV)。電氣化車(chē)輛包括牽引電池以儲(chǔ)存用于推進(jìn)和其它目的的能量。牽引電池被配置為在特定電壓范圍內(nèi)操作。然而，改善的電機(jī)性能可通過(guò)在不同的電壓范圍內(nèi)(通常以高于牽引電池的電壓的電壓)操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。很多電氣化車(chē)輛包括可變電壓轉(zhuǎn)換器以將牽引電池的電壓轉(zhuǎn)換為電機(jī)所期望的電壓水平。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一些配置中，一種車(chē)輛包括DC-DC轉(zhuǎn)換器，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器包括電感器并具有由控制信號(hào)控制的輸出電壓。所述車(chē)輛還包括控制器，所述控制器被配置為：響應(yīng)于所述輸出電壓的變化，調(diào)整控制信號(hào)，以使基準(zhǔn)電流和通過(guò)電感器的電流之間的第一差與電壓基準(zhǔn)和所述輸出電壓之間的第二差之間的比率達(dá)到預(yù)定值。其它配置可包括對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、設(shè)備和記錄在一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)裝置上的計(jì)算機(jī)程序，它們均被配置為執(zhí)行所述方法的動(dòng)作。

一些配置可包括以下特征中的一個(gè)或更多個(gè)。在所述車(chē)輛中，所述控制器還被配置為：基于從由第一差和第二差定義的當(dāng)前操作點(diǎn)到由所述預(yù)定值定義的滑模面的垂直距離，來(lái)調(diào)整控制信號(hào)。在所述車(chē)輛中，所述預(yù)定值定義所述輸出電壓的誤差的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。在所述車(chē)輛中，所述控制器還被配置為：基于以所述垂直距離作為輸入的增益調(diào)度，來(lái)調(diào)整控制信號(hào)。在所述車(chē)輛中，所述控制器還被配置為：基于以所述垂直距離作為輸入的模糊控制規(guī)則，來(lái)調(diào)整控制信號(hào)。在所述車(chē)輛中，所述控制器還被配置為：使控制信號(hào)的調(diào)整趨向于零。在所述車(chē)輛中，所述基準(zhǔn)電流是通過(guò)電感器的電流的濾波后的版本。描述的配置的實(shí)施方式可包括硬件、方法或處理或者計(jì)算機(jī)可訪問(wèn)介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)軟件。

在一些配置中，一種DC-DC轉(zhuǎn)換器包括電感器。所述DC-DC轉(zhuǎn)換器還包括至少一個(gè)開(kāi)關(guān)器件。所述DC-DC轉(zhuǎn)換器還包括控制器，所述控制器被配置為：響應(yīng)于基準(zhǔn)電流和通過(guò)電感器的電流之間的第一差與電壓基準(zhǔn)和所述輸出電壓之間的第二差之間的比率與預(yù)定值不同，調(diào)整所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)器件的占空比，以使得所述比率達(dá)到所述預(yù)定值。其它配置可包括對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、設(shè)備和記錄在一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)裝置上的計(jì)算機(jī)程序，它們均被配置為執(zhí)行所述方法的動(dòng)作。

一些配置可包括以下特征中的一個(gè)或更多個(gè)。在所述DC-DC轉(zhuǎn)換器中，所述控制器還被配置為：基于從由第一差和第二差定義的當(dāng)前操作點(diǎn)到由所述預(yù)定值定義的滑模面的垂直距離，來(lái)調(diào)整所述占空比。在所述DC-DC轉(zhuǎn)換器中，所述控制器還被配置為：基于以所述垂直距離作為輸入的增益調(diào)度，來(lái)調(diào)整所述占空比。在所述DC-DC轉(zhuǎn)換器中，所述控制器還被配置為：基于以所述垂直距離作為輸入的模糊控制規(guī)則，來(lái)調(diào)整所述占空比。在所述DC-DC轉(zhuǎn)換器中，所述基準(zhǔn)電流是通過(guò)電感器的電流的低通濾波后的版本。描述的配置的實(shí)施方式可包括硬件、方法或處理或者計(jì)算機(jī)可訪問(wèn)介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)軟件。

在一些配置中，一種用于控制DC-DC轉(zhuǎn)換器的方法包括：通過(guò)控制器改變用于DC-DC轉(zhuǎn)換器的控制信號(hào)，以使基準(zhǔn)電流和通過(guò)電感器的電流之間的第一差與電壓基準(zhǔn)和輸出電壓之間的第二差之間的比率達(dá)到預(yù)定值。所述方法還包括：通過(guò)DC-DC轉(zhuǎn)換器，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為根據(jù)所述控制信號(hào)的輸出電壓。其它配置可包括對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、設(shè)備和記錄在一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)裝置上的計(jì)算機(jī)程序，它們均被配置為執(zhí)行所述方法的動(dòng)作。

一些配置可包括以下特征中的一個(gè)或更多個(gè)。在所述方法中，所述控制信號(hào)是DC-DC轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)器件的占空比。所述方法還可包括：通過(guò)控制器，對(duì)通過(guò)電感器的電流進(jìn)行濾波以生成基準(zhǔn)電流。所述方法還可包括：通過(guò)控制器，對(duì)所述控制信號(hào)的變化在多個(gè)執(zhí)行間隔上進(jìn)行累積。所述方法還可包括：通過(guò)控制器輸出作為累積的變化和前饋?lái)?xiàng)之和的控制信號(hào)。所述方法還可包括：通過(guò)控制器，基于從由第一差和第二差定義的當(dāng)前操作點(diǎn)到由所述預(yù)定值定義的滑模面的垂直距離來(lái)改變控制信號(hào)。描述的配置的實(shí)施方式可包括硬件、方法或處理或者計(jì)算機(jī)可訪問(wèn)介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)軟件。

附圖說(shuō)明

圖1是示出了典型的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和能量?jī)?chǔ)存組件的混合動(dòng)力車(chē)輛的示圖。

圖2是可行的可變電壓轉(zhuǎn)換器配置的示圖。

圖3是描繪了操作點(diǎn)和滑模面的曲線圖。

圖4描繪了模糊隸屬度函數(shù)和輸出隸屬度函數(shù)的示例組以及轉(zhuǎn)換為等效圖形函數(shù)。

圖5描繪了可在控制器中實(shí)現(xiàn)的用于控制可變電壓轉(zhuǎn)換器的控制邏輯的框圖。

具體實(shí)施方式

在此描述了本公開(kāi)的實(shí)施例。然而，應(yīng)該理解的是，所公開(kāi)的實(shí)施例僅僅是示例，并且其它實(shí)施例可采用各種可替代形式。附圖無(wú)需按比例繪制；一些特征可被夸大或縮小以示出特定組件的細(xì)節(jié)。因此，在此公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為具有限制性，而僅僅作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以多種方式利用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，參照任一附圖示出和描述的各個(gè)特征可與在一個(gè)或更多個(gè)其它附圖中示出的特征組合，以產(chǎn)生未明確示出或描述的實(shí)施例。示出的特征的組合提供用于典型應(yīng)用的代表性實(shí)施例。然而，可期望將與本公開(kāi)的教導(dǎo)一致的特征的各種組合和變型用于特定的應(yīng)用或?qū)嵤┓绞健?/p>

圖1描繪了通常被稱作插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)輛(PHEV)的電氣化車(chē)輛12。典型的插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)輛12可包括機(jī)械地連接到混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置16的一個(gè)或更多個(gè)電機(jī)14。電機(jī)14能夠作為馬達(dá)或發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置16機(jī)械地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)18?；旌蟿?dòng)力傳動(dòng)裝置16還機(jī)械地連接到驅(qū)動(dòng)軸20，驅(qū)動(dòng)軸20機(jī)械地連接到車(chē)輪22。電機(jī)14可在發(fā)動(dòng)機(jī)18開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)提供推進(jìn)和減速能力。電機(jī)14還用作發(fā)電機(jī)，并且能夠通過(guò)回收在摩擦制動(dòng)系統(tǒng)中通常作為熱損失掉的能量來(lái)提供燃料經(jīng)濟(jì)性效益。通過(guò)允許發(fā)動(dòng)機(jī)18以更高效的速度運(yùn)轉(zhuǎn)并允許混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)輛12在特定狀況下以發(fā)動(dòng)機(jī)18關(guān)閉的電動(dòng)模式運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)14還可減少車(chē)輛排放。電氣化車(chē)輛12可包括電池電動(dòng)車(chē)輛(BEV)。在BEV的配置中，可不存在發(fā)動(dòng)機(jī)18。

牽引電池或電池組24儲(chǔ)存可由電機(jī)14使用的能量。牽引電池組24通常提供高電壓直流(DC)輸出。牽引電池24可電連接到一個(gè)或更多個(gè)電力電子模塊26。一個(gè)或更多個(gè)接觸器42可在斷開(kāi)時(shí)使?fàn)恳姵?4與其它組件隔離，并在閉合時(shí)使?fàn)恳姵?4連接到其它組件。電力電子模塊26還可電連接到電機(jī)14，并且可提供在牽引電池24和電機(jī)14之間雙向傳輸能量的能力。例如，牽引電池24可提供DC電壓，而電機(jī)14可以使用三相交流(AC)工作來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。電力電子模塊26可將DC電壓轉(zhuǎn)換為三相AC電流以操作電機(jī)14。在再生模式下，電力電子模塊26可將來(lái)自用作發(fā)電機(jī)的電機(jī)14的三相AC電流轉(zhuǎn)換為與牽引電池24兼容的DC電壓。

車(chē)輛12可包括連接在牽引電池24與電力電子模塊26之間的可變電壓轉(zhuǎn)換器(VVC)52。VVC 52可以是DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器，所述DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器被配置為增大或提升由牽引電池24提供的電壓。通過(guò)增大電壓，電流要求可降低，從而導(dǎo)致用于電力電子模塊26和電機(jī)14的接線尺寸減小。而且，電機(jī)14可以以提高的效率和較低的損耗來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。

牽引電池24除了提供用于推進(jìn)的能量之外，還可為其它車(chē)輛電力系統(tǒng)提供能量。車(chē)輛12可包括DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28，DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28將牽引電池24的高電壓DC輸出轉(zhuǎn)換為與低電壓車(chē)輛負(fù)載相兼容的低電壓DC供應(yīng)。DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28的輸出可電連接到輔助電池30(例如，12V電池)，以用于對(duì)輔助電池30進(jìn)行充電。低電壓系統(tǒng)可電連接到輔助電池30。

電氣化車(chē)輛12可被配置為通過(guò)外部電源36對(duì)牽引電池24進(jìn)行再充電。外部電源36可以是到電插座的連接。外部電源36可電連接到充電器或電動(dòng)車(chē)輛供電設(shè)備(EVSE)38。外部電源36可以是由電力公用公司提供的電力分配網(wǎng)絡(luò)或電網(wǎng)。EVSE 38可提供用于對(duì)電源36和車(chē)輛12之間的能量傳輸進(jìn)行調(diào)節(jié)和管理的電路和控制。外部電源36可向EVSE 38提供DC電力或AC電力。EVSE 38可具有用于插入到車(chē)輛12的充電端口34的充電連接器40。充電端口34可以是被構(gòu)造為將電力從EVSE 38傳輸?shù)杰?chē)輛12的任何類(lèi)型的端口。充電端口34可電連接到充電器或車(chē)載電力轉(zhuǎn)換模塊32。電力轉(zhuǎn)換模塊32可對(duì)從EVSE 38供應(yīng)的電力進(jìn)行調(diào)節(jié)，以向牽引電池24提供合適的電壓水平和電流水平。電力轉(zhuǎn)換模塊32可與EVSE 38進(jìn)行接口連接，以協(xié)調(diào)對(duì)車(chē)輛12的電力傳輸。EVSE連接器40可具有與充電端口34的相應(yīng)凹入緊密配合的插腳。可選地，被描述為被電耦合或電連接的各種組件可使用無(wú)線感應(yīng)耦合來(lái)傳輸電力。

一個(gè)或更多個(gè)車(chē)輪制動(dòng)器44可被提供用于使車(chē)輛12減速并阻止車(chē)輛12的運(yùn)動(dòng)。車(chē)輪制動(dòng)器44可以是液壓致動(dòng)的、電氣致動(dòng)的或它們的某種組合。車(chē)輪制動(dòng)器44可以是制動(dòng)系統(tǒng)50的一部分。制動(dòng)系統(tǒng)50可包括用于操作車(chē)輪制動(dòng)器44的其它組件。為了簡(jiǎn)潔，附圖描繪了車(chē)輪制動(dòng)器44中的一個(gè)與制動(dòng)系統(tǒng)50之間的單一連接。制動(dòng)系統(tǒng)50和其它車(chē)輪制動(dòng)器44之間的連接是隱含的。制動(dòng)系統(tǒng)50可包括用于監(jiān)測(cè)和協(xié)調(diào)制動(dòng)系統(tǒng)50的控制器。制動(dòng)系統(tǒng)50可監(jiān)測(cè)制動(dòng)組件，并控制用于車(chē)輛減速的車(chē)輪制動(dòng)器44。制動(dòng)系統(tǒng)50可對(duì)駕駛員命令做出響應(yīng)，并且還可自主運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)諸如穩(wěn)定控制的功能。當(dāng)被另一控制器或子功能請(qǐng)求時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)50的控制器可實(shí)現(xiàn)施加被請(qǐng)求的制動(dòng)力的方法。

一個(gè)或更多個(gè)高電壓負(fù)載46可連接到牽引電池24的高電壓輸出。在一些配置中，一些高電壓負(fù)載46可連接到VVC 52的輸出。電力負(fù)載46可包括適時(shí)地操作并控制電力負(fù)載46的關(guān)聯(lián)的控制器。電力負(fù)載46的示例可以是風(fēng)扇、加熱元件和/或空氣調(diào)節(jié)壓縮機(jī)。

車(chē)輛12內(nèi)的電子模塊可經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)可包括多個(gè)用于通信的信道。車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)信道可以是串行總線(諸如，控制器局域網(wǎng)(CAN))。車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)的信道中的一個(gè)可包括由電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)的802標(biāo)準(zhǔn)族定義的以太網(wǎng)。車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)的其它信道可包括模塊之間的離散連接，并且可包括來(lái)自輔助電池30的功率信號(hào)?？赏ㄟ^(guò)車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)的不同的信道傳輸不同的信號(hào)。例如，可通過(guò)高速信道(例如，以太網(wǎng))傳輸視頻信號(hào)，而且可通過(guò)CAN或離散信號(hào)傳輸控制信號(hào)。車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)可包括幫助在模塊之間傳輸信號(hào)和數(shù)據(jù)的任何硬件組件和軟件組件。車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)未在圖1中示出，但是可隱含了車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)可連接到存在于車(chē)輛12內(nèi)的任何電子模塊?？纱嬖谲?chē)輛系統(tǒng)控制器(VSC)48以協(xié)調(diào)各種組件的操作。

VVC 52的輸出電壓可被控制以實(shí)現(xiàn)期望的基準(zhǔn)電壓?，F(xiàn)有的控制策略通常依賴于基于平均模型和小信號(hào)分析的線性傳統(tǒng)數(shù)字控制。大干擾下的全局穩(wěn)定性可能不能被保留。在此描述的配置改善了在大負(fù)載變化的情況下的電壓調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

圖2描繪了被配置為升壓轉(zhuǎn)換器的VVC 52的示圖。VVC 52可包括可通過(guò)接觸器42連接到牽引電池24的端子的輸入端子。VVC 52可包括連接到電力電子模塊26的端子的輸出端子。通過(guò)VVC 52的操作，輸出端子處的電壓可大于輸入端子處的電壓。車(chē)輛12可包括VVC控制器100，VVC控制器100監(jiān)測(cè)在VVC 52內(nèi)的各個(gè)位置處的電參數(shù)(例如，電壓和電流)。VVC控制器100可確定輸出電壓基準(zhǔn)V^*_DC。VVC控制器100可基于電參數(shù)和電壓基準(zhǔn)V^*_DC確定足以使VVC 52實(shí)現(xiàn)期望的輸出電壓的控制信號(hào)。在一些配置中，控制信號(hào)可被實(shí)現(xiàn)為脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)，在PWM信號(hào)中，PWM信號(hào)的占空比是變化的。VVC控制器100可使用控制信號(hào)來(lái)命令VVC 52提供期望的輸出電壓。用于操作VVC 52的特定控制信號(hào)可與由VVC 52提供的電壓提升的量直接相關(guān)。

在VVC控制器100控制占空比的配置中，輸入電壓V_in以及輸出電壓V_out與占空比D之間的理想關(guān)系可使用下列等式來(lái)示出：

其中，V_in可以是牽引電池電壓。

參照?qǐng)D2，VVC 52可提升或“升高”由牽引電池24提供的電力的電勢(shì)。牽引電池24可提供高電壓(HV)DC電力。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，牽引電池24提供150伏特與400伏特之間的電壓。接觸器42可串聯(lián)地電連接在牽引電池24與VVC 52之間。當(dāng)接觸器42閉合時(shí)，可將HV DC電力從牽引電池24傳輸?shù)絍VC 52。輸入電容器102可以并聯(lián)方式與牽引電池24電連接。輸入電容器102可穩(wěn)定總線電壓并減小任何電壓紋波和電流紋波。VVC 52可接收HV DC電力并提升或“升高”輸入電壓的電勢(shì)。

輸出電容器104可電連接在VVC 52的輸出端子之間。輸出電容器104可穩(wěn)定總線電壓并減小在VVC 52的輸出處的電壓紋波和電流紋波。

進(jìn)一步參照?qǐng)D2，VVC 52可包括用于提升輸入電壓以提供提升的輸出電壓的第一開(kāi)關(guān)器件106和第二開(kāi)關(guān)器件108。開(kāi)關(guān)器件106和108中的每個(gè)可由VVC控制器100的柵極驅(qū)動(dòng)電路(未示出)單獨(dú)控制，并且可包括任意類(lèi)型的可控開(kāi)關(guān)(例如，絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)或場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET))。柵極驅(qū)動(dòng)電路可向開(kāi)關(guān)器件106和108中的每個(gè)提供基于控制信號(hào)(例如，PWM控制信號(hào)的占空比)的開(kāi)關(guān)信號(hào)。二極管可跨接在開(kāi)關(guān)器件106和108中的每個(gè)上。

車(chē)輛系統(tǒng)可包括用于測(cè)量VVC 52的電參數(shù)的傳感器。第一電壓傳感器110可被配置為：測(cè)量輸入電壓(例如，電池24的電壓)，并且向VVC控制器100提供對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)(V_BAT)。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，第一電壓傳感器110可測(cè)量輸入電容器102兩端的電壓，輸入電容器102兩端的電壓與電池電壓相對(duì)應(yīng)。第二電壓傳感器112可測(cè)量VVC 52的輸出電壓，并且向VVC控制器100提供對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)(V_DC)。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，第二電壓傳感器112可測(cè)量輸出電容器104兩端的電壓，輸出電容器104兩端的電壓與DC總線電壓對(duì)應(yīng)。第一電壓傳感器110和第二電壓傳感器112可包括將電壓縮放到適合于VVC控制器100的水平的電路。VVC控制器100可包括用于對(duì)來(lái)自第一電壓傳感器110和第二電壓傳感器112的信號(hào)進(jìn)行濾波和數(shù)字化的電路。

輸入電感器114可串聯(lián)地電連接在牽引電池24與開(kāi)關(guān)器件106以及108之間。輸入電感器114可在將能量?jī)?chǔ)存在VVC 52中和釋放VVC 52中的能量之間進(jìn)行切換，以使得能夠提供作為VVC 52輸出的可變電壓和電流，并且使得能夠?qū)崿F(xiàn)期望的電壓提升。電流傳感器116可測(cè)量通過(guò)輸入電感器114的輸入電流，并且可向VVC控制器100提供對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)(I_L)。通過(guò)輸入電感器114的輸入電流可以是根據(jù)VVC 52的輸入電壓和輸出電壓之間的電壓差、開(kāi)關(guān)器件106和108的導(dǎo)通時(shí)間以及輸入電感器114的電感L而產(chǎn)生的結(jié)果。VVC控制器100可包括用于對(duì)來(lái)自電流傳感器116的信號(hào)進(jìn)行縮放、濾波和數(shù)字化的電路。

VVC控制器100可被配置為控制VVC 52的輸出電壓。VVC控制器100可經(jīng)由車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)從VVC 52以及其它控制器接收輸入，并確定控制信號(hào)。VVC控制器100可監(jiān)測(cè)輸入信號(hào)(V_BAT、V_DC、I_L、V^*_DC)以確定控制信號(hào)。例如，VVC控制器100可向柵極驅(qū)動(dòng)電路提供與占空比命令對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)。柵極驅(qū)動(dòng)電路隨后可基于占空比命令來(lái)控制開(kāi)關(guān)器件106和108中的每個(gè)。

雖然等式(1)給出了作為占空比的函數(shù)的VVC 52的輸入電壓與輸出電壓之間的一般關(guān)系，但是各種因素可影響性能。例如，牽引電池24的電壓可由于連接到牽引電池24的電力負(fù)載46的負(fù)載變化而在操作期間改變。其它因素可包括從連接到VVC 52的輸出的負(fù)載汲取的電力。在這些情況下，調(diào)整控制信號(hào)以實(shí)現(xiàn)VVC 52的輸出處的目標(biāo)電壓是有益的。

現(xiàn)有的VVC控制利用基于平均模型和小信號(hào)分析的線性傳統(tǒng)數(shù)字控制。利用這些傳統(tǒng)控制，不能保證在大干擾期間VVC 52的輸出處的電壓的全局穩(wěn)定性。

為了提高大瞬態(tài)期間的性能，可實(shí)施使用模糊邏輯規(guī)則的滑?？刂??；陔姼衅麟娏骱虳C總線電壓的滑模面可如下被定義：

其中，i^*_L為期望的電感器電流，v^*_DC為期望的VVC輸出電壓，K₁為確定誤差動(dòng)態(tài)響應(yīng)的滑模系數(shù)，i_L為實(shí)際的電感器電流，v_DC為實(shí)際的VVC輸出電壓。圖3描繪了在由電流誤差202和電壓誤差204定義的坐標(biāo)中的滑模面212的曲線圖200。(i^*_L-i_L)項(xiàng)定義電感器電流與期望的基準(zhǔn)電流之間的電流誤差202的值e_IL。(v^*_DC-v_DC)項(xiàng)定義DC總線電壓與期望的DC總線電壓基準(zhǔn)之間的電壓誤差204的值e_VDC。

滑模系數(shù)K₁可定義誤差動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并且在由電流誤差202和電壓誤差204定義的坐標(biāo)空間中定義滑模面212的斜率。滑模面212可由線來(lái)表示。滑模系數(shù)可被選擇為使得實(shí)現(xiàn)期望的性能和穩(wěn)定性。當(dāng)操作點(diǎn)在滑模面212上時(shí)，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的操作。注意，如果來(lái)自等式(2)的S等于零，則操作點(diǎn)在滑模面上。

當(dāng)前軌跡誤差206與滑模面212(S)之間的距離210(d_s)可被定義為：

距離210(d_s)可被定義為在當(dāng)前軌跡誤差點(diǎn)206(P(V_dc，i_L))處定義的誤差與滑模面212(S)之間的垂直距離。距離210可以是從軌跡誤差點(diǎn)206到滑模面的點(diǎn)208的使得路徑垂直于滑模面212的所述路徑的長(zhǎng)度。可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)運(yùn)算獲得從任一軌跡誤差點(diǎn)206到表示滑模面212的線的距離210，以獲得等式(3)的結(jié)果。

控制邏輯的目標(biāo)可以是使得VVC 52的電壓輸出和VVC 52的電感器電流沿著滑模面212操作。可基于到滑模面212的距離210來(lái)產(chǎn)生控制信號(hào)。為了在滑模面212上，(i^*_L-i_L)項(xiàng)必須等于-K₁(v^*_DC-v_DC)項(xiàng)。換句話說(shuō)，當(dāng)電流誤差與電壓誤差的比率處于預(yù)定值(-K₁)時(shí)，VVC 52可操作在滑模面212上。VVC控制器100可被配置為產(chǎn)生控制信號(hào)(例如，占空比)，以使VVC 52的操作點(diǎn)在滑模面212上。

距離210(d_s)可被輸入到模糊邏輯規(guī)則組以確定控制信號(hào)的變化。圖4描繪了用于VVC控制系統(tǒng)的可行的模糊隸屬度函數(shù)組300和可行的輸出映射函數(shù)組302。距離d_s可被定義為處于一個(gè)或更多個(gè)分類(lèi)或類(lèi)別中。距離可被劃分成一個(gè)或更多個(gè)分類(lèi)，所述一個(gè)或更多個(gè)分類(lèi)以通用術(shù)語(yǔ)定義為接近于零的值(d₀)、小的正值(d₁)、中間的正值(d₂)、大的正值(d₃)、小的負(fù)值(-d₁)、中間的負(fù)值(-d₂)和大的負(fù)值(-d₃)。

可基于與每個(gè)分類(lèi)關(guān)聯(lián)的一系列隸屬度函數(shù)(304至316)來(lái)完成距離的分類(lèi)。隸屬度函數(shù)(304至316)中的每個(gè)定義了特定距離屬于關(guān)聯(lián)的隸屬度分類(lèi)的確定性或概率?？衫弥甘揪嚯x確實(shí)屬于該分類(lèi)的隸屬度函數(shù)的峰值來(lái)定義隸屬度函數(shù)(304至316)。隸屬度函數(shù)(304至316)可被定義為三角形的、梯形的、高斯分布的或者其它形狀的，但不限于此。隸屬度函數(shù)(304至316)可以是交疊的。即，特定距離值可屬于的隸屬度函數(shù)(304至316)中的不止一個(gè)。最邊緣處的隸屬度函數(shù)(例如，310和316)可在大小為一的值處達(dá)到飽和，使得超過(guò)限制的距離值肯定在最邊緣處的隸屬度函數(shù)中。

與隸屬度分類(lèi)中的每個(gè)關(guān)聯(lián)的可以是輸出隸屬度映射302。輸出隸屬度函數(shù)(320至332)可定義用于隸屬度分類(lèi)(304至316)中的每個(gè)的控制信號(hào)的變化。例如，每個(gè)分類(lèi)的輸出隸屬度函數(shù)(320至332)可以是單元素集(singleton)。輸出隸屬度函數(shù)(320至332)可具有其它形式，而不限于此。

當(dāng)距離小且在大約為零的范圍內(nèi)時(shí)，具有以零距離為中心的第一隸屬度函數(shù)304的接近零的分類(lèi)可被定義。具有以距離d₁為中心的第二隸屬度函數(shù)306的小的正的分類(lèi)可針對(duì)小的正的距離值而被定義。具有以距離d₂為中心的第三隸屬度函數(shù)308的中間的正的分類(lèi)可針對(duì)中間的正的距離而被定義。具有在距離d₃處達(dá)到峰值并保持的第四隸屬度函數(shù)310的大的正的分類(lèi)可針對(duì)大的正的距離而被定義。隸屬度函數(shù)可以關(guān)于零對(duì)稱，或者可以不關(guān)于零對(duì)稱。具有以距離-d₁為中心的第五隸屬度函數(shù)312的小的負(fù)的分類(lèi)可針對(duì)小的負(fù)的距離而被定義。具有以距離-d₂為中心的第六隸屬度函數(shù)314的中間的負(fù)的分類(lèi)可針對(duì)中間的負(fù)的距離而被定義。具有在距離-d₃處達(dá)到峰值并保持的第七隸屬度函數(shù)316的大的負(fù)的分類(lèi)可針對(duì)大的負(fù)的距離而被定義。隸屬度函數(shù)(304至316)可以是三角形的。

與接近零的分類(lèi)關(guān)聯(lián)的第一輸出隸屬度函數(shù)326可定義輸出值。與小的正的分類(lèi)關(guān)聯(lián)的第二輸出隸屬度函數(shù)324可定義輸出值。與中間的正的分類(lèi)關(guān)聯(lián)的第三輸出隸屬度函數(shù)322可定義輸出值。與大的正的分類(lèi)關(guān)聯(lián)的第四輸出隸屬度函數(shù)320可定義輸出值。與小的負(fù)的分類(lèi)關(guān)聯(lián)的第五輸出隸屬度函數(shù)328可定義輸出值。與中間的負(fù)的分類(lèi)關(guān)聯(lián)的第六輸出隸屬度函數(shù)330可定義輸出值。與大的負(fù)的分類(lèi)關(guān)聯(lián)的第七輸出隸屬度函數(shù)332可定義輸出值。輸出隸屬度函數(shù)可針對(duì)每個(gè)分類(lèi)定義控制信號(hào)的變化。例如，針對(duì)小的正的分類(lèi)的控制信號(hào)的變化是大小為ΔCS 1的變化。控制信號(hào)的變化可通過(guò)輸出隸屬度映射302的x軸表示。

模糊控制器可通過(guò)首先基于到滑模面的距離確定分類(lèi)來(lái)操作。距離值可與針對(duì)隸屬度函數(shù)中的每個(gè)定義的范圍進(jìn)行比較，以確定哪些分類(lèi)與距離值重疊?？刂破骺苫陔`屬度函數(shù)(304至316)確定在每個(gè)分類(lèi)中的概率。概率可以是從零到一的值。獲知在每個(gè)分類(lèi)中的概率，可以以各種方式計(jì)算輸出值。重心法可被用于模糊化和去模糊化?？赏ㄟ^(guò)針對(duì)所有分類(lèi)對(duì)在分類(lèi)中的概率與針對(duì)該分類(lèi)的輸出值的乘積進(jìn)行求和，來(lái)獲得最終的輸出值。在描述的方案中，距離可被包括在多達(dá)兩個(gè)分類(lèi)中。

為了簡(jiǎn)化實(shí)時(shí)的執(zhí)行，模糊控制邏輯可被實(shí)現(xiàn)為增益表或曲線圖350。在構(gòu)建分類(lèi)隸屬度函數(shù)和輸出隸屬度函數(shù)之后，針對(duì)每個(gè)距離值的產(chǎn)生的控制信號(hào)可被離線地確定。產(chǎn)生的曲線352可被離散化，并作為查找表或曲線350被存儲(chǔ)在控制器存儲(chǔ)器中。在操作期間，VVC控制器100可確定描述的距離，并根據(jù)由距離值索引的查找表確定控制信號(hào)?？刂破?00可在查找表中的點(diǎn)之間進(jìn)行插值，以針對(duì)未存儲(chǔ)在查找表中的距離值確定輸出值。

VVC控制器100可被配置為測(cè)量DC總線電壓和流過(guò)電感器的電流。VVC控制器100隨后可根據(jù)等式(3)計(jì)算到滑模面的距離。VVC控制器100隨后可將距離值354輸入到隸屬度函數(shù)中，以確定距離值在每個(gè)分類(lèi)中的隸屬度的程度。VVC控制器100隨后可確定與每個(gè)分類(lèi)關(guān)聯(lián)的控制信號(hào)值的變化356。最后，VVC控制器100可對(duì)控制信號(hào)值的變化進(jìn)行組合，以獲得最終的控制信號(hào)變化。

圖5描繪了VVC控制器100的控制邏輯的可行的實(shí)施方式的框圖。第一差分框412可輸出作為總線電壓基準(zhǔn)400和實(shí)際的總線電壓402之間的差的電壓誤差。第二差分框426可輸出作為電感器電流基準(zhǔn)404和實(shí)際的電感器電流406之間的差的電流誤差。電壓誤差可輸入到第一增益框408。電流誤差可輸入到第二增益框410。求和框414可輸出第一增益框408的輸出和第二增益框410的輸出的和。求和框414的輸出可以是到滑模面的距離。

求和框414的輸出可如所描述地輸入到查找表416或模糊控制邏輯中。距離值可被用于在查找表中進(jìn)行索引，以確定將被輸出的控制信號(hào)的變化。查找表的輸出可輸入到積分框418以在時(shí)間上對(duì)值進(jìn)行累積。查找表416或模糊控制器的輸出可以是在下一個(gè)控制間隔期間使操作點(diǎn)朝著滑模面移動(dòng)的控制信號(hào)的變化。

第二求和框420可對(duì)積分框418的輸出和前饋?lái)?xiàng)422進(jìn)行求和。前饋?lái)?xiàng)422可以是常數(shù)值，或者可以是基于諸如期望的總線電壓的條件的查找表的結(jié)果。前饋?lái)?xiàng)422可以是產(chǎn)生特定總線電壓的控制信號(hào)的估計(jì)值。前饋?lái)?xiàng)422提供針對(duì)期望的控制信號(hào)的開(kāi)環(huán)估計(jì)值。

積分框418的輸出表示控制邏輯的閉環(huán)反饋部分。當(dāng)與前饋?lái)?xiàng)422相加時(shí)，積分框418的輸出使控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)期望的控制效果。在這種情況下，積分框418的輸出可使控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電流誤差與電壓誤差之間的預(yù)定比率(K₁)。

第二求和框420的輸出可輸入到VVC 52，以控制開(kāi)關(guān)器件106和108。在一些配置中，第二求和框420的輸出可以是用于操作開(kāi)關(guān)器件106和108的占空比。開(kāi)關(guān)器件106和108可根據(jù)控制信號(hào)被操作，以造成DC總線電壓和通過(guò)電感器的電流的變化。當(dāng)VVC 52處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，可以以預(yù)定間隔重復(fù)執(zhí)行操作。VVC 52可根據(jù)控制信號(hào)將來(lái)自牽引電池的輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓。

可通過(guò)使實(shí)際的電感器電流406流過(guò)低通濾波器424來(lái)確定電流基準(zhǔn)404。當(dāng)操作點(diǎn)偏離滑模面時(shí)，VVC控制器100嘗試將操作點(diǎn)移回到滑模面上。當(dāng)通過(guò)電感器的電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，電流誤差可接近于零。當(dāng)電流誤差接近于零時(shí)，控制可由電壓誤差主導(dǎo)，控制可使電壓誤差趨向于零。

VVC 52的輸出電壓可能受到系統(tǒng)中的不斷變化的負(fù)載的影響。連接到VVC 52的輸出的負(fù)載可由于汲取更多的電流而導(dǎo)致輸出電壓的變化。隨著負(fù)載增大，輸出電壓可減小。另外，連接到牽引電池24的其它負(fù)載可影響VVC 52的輸入電壓。凈效果是負(fù)載變化可導(dǎo)致VVC 52的輸出電壓的變化。響應(yīng)于這些改變VVC 52的輸出電壓的負(fù)載變化，VVC控制器100可被配置為調(diào)整控制信號(hào)以實(shí)現(xiàn)或保持預(yù)定的輸出電壓。

描述的控制系統(tǒng)可通過(guò)對(duì)導(dǎo)致電壓變化的大的負(fù)載變化進(jìn)行快速補(bǔ)償來(lái)改善VVC 52的性能。此外，可通過(guò)使用離線程序?qū)⒛：刂七壿嬣D(zhuǎn)換成查找表，來(lái)盡量降低運(yùn)行時(shí)間要求。

在此公開(kāi)的處理、方法或算法可被傳送到處理裝置、控制器或計(jì)算機(jī)/通過(guò)處理裝置、控制器或計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述處理裝置、控制器或計(jì)算機(jī)可包括任何現(xiàn)有的可編程電子控制單元或?qū)Ｓ玫碾娮涌刂茊卧?。?lèi)似地，所述處理、方法或算法可以以多種形式被存儲(chǔ)為可被控制器或計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)據(jù)和指令，所述多種形式包括但不限于永久存儲(chǔ)在非可寫(xiě)存儲(chǔ)介質(zhì)(諸如，ROM裝置)上的信息以及可變地存儲(chǔ)在可寫(xiě)存儲(chǔ)介質(zhì)(諸如，軟盤(pán)、磁帶、CD、RAM裝置和其它磁介質(zhì)和光學(xué)介質(zhì))上的信息。所述處理、方法或算法也可被實(shí)現(xiàn)為軟件可執(zhí)行對(duì)象?？蛇x地，所述處理、方法或算法可以使用合適的硬件組件(諸如，專(zhuān)用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)、狀態(tài)機(jī)、控制器或者其它硬件組件或裝置)，或硬件、軟件和固件組件的組合被整體或部分實(shí)現(xiàn)。

雖然以上描述了示例性實(shí)施例，但這些實(shí)施例并不意在描述權(quán)利要求所包含的所有可能形式。說(shuō)明書(shū)中使用的詞語(yǔ)是描述性詞語(yǔ)而非限制性詞語(yǔ)，并且應(yīng)理解的是，可在不脫離本公開(kāi)的精神和范圍的情況下做出各種改變。如前所述，可將各種實(shí)施例的特征進(jìn)行組合以形成本發(fā)明的可能未被明確描述或示出的進(jìn)一步的實(shí)施例。盡管針對(duì)一個(gè)或更多個(gè)期望特性，各種實(shí)施例已經(jīng)被描述為提供在其它實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方式之上的優(yōu)點(diǎn)或優(yōu)于其它實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，根據(jù)特定應(yīng)用和實(shí)施方式，一個(gè)或更多個(gè)特征或特性可被折衷以實(shí)現(xiàn)期望的整體系統(tǒng)屬性。這些屬性可包括但不限于成本、強(qiáng)度、耐用性、生命周期成本、市場(chǎng)性、外觀、包裝、尺寸、可維護(hù)性、重量、可制造性、裝配的容易性等。因此，被描述為在一個(gè)或更多個(gè)特性方面不如其它實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方式的實(shí)施例并不在本公開(kāi)的范圍之外，且可被期望用于特定的應(yīng)用。