[發明專利]DC-DC變換器離散模型優化輸出軌跡的預測控制方法

在審

• 申請號: 201510016376.6
• 申請日: 2015-01-13
• 公開（公告）號: CN104656444A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 冷朝霞;劉慶豐;陸唯平
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 王奇

1.一種DC-DC變換器離散模型優化輸出軌跡的預測控制方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：

步驟1：建立DC-DC變換器的離散預測模型；

步驟2：確定離散預測模型的穩態電壓、電流特性；

步驟3：確定離散預測模型的目標函數

根據離散預測模型的電壓、電流特性設計目標函數，其中，目標函數中的電壓期望值為DC-DC變換器實際電壓期望，目標函數中的電流期望值為預測模型的穩態電流值I_ref；

步驟4：確定預測控制策略，即成。

2.根據權利要求1所述的DC-DC變換器離散模型優化輸出軌跡的預測控制方法，其特征在于，所述的步驟1中，具體過程是：

1.1)建立電流連續運行模式下DC-DC變換器的離散式，根據DC-DC變換器電路運行情況，建立DC-DC變換器的狀態空間式：

x.=A1x+B1Vinx.=A2x+B2Vin---(1)]]>

狀態變量x＝[v_C?i_L]^T，V_in為DC-DC變換器輸入電壓，A₁及B₁對應DC-DC變換器功率開關導通時的系數矩陣，A₂及B₂對應DC-DC變換器二極管導通時的系數矩陣，v_C代表DC-DC變換器電容電壓，i_L代表DC-DC變換器電感電流，

利用狀態轉移矩陣離散化式(1)，并將離散化后的式(1)中的兩個式子合并為：

x_(k+1)T＝G_C2G_C1x_kT+G_C2H_C1+H_C2，?????(2)

其中，T代表DC-DC變換器功率開關的開關周期，k,k+1分別代表第k個、第k+1個開關周期，G_C1、G_C2、H_C1、H_C2分別為系數矩陣，各系數矩陣的值分別是：

GC1=eA1dkTHC1=∫KTkT+dkTeA1(kT+dkT-τ)B1VindτGC2=eA2(T-dkT)HC2=∫kT+dkTkT+TeA2(kT+T-τ)B2Vindτ,---(3)]]>

其中d_k為DC-DC變換器在第k個開關周期的控制值；

1.2)建立電流斷續運行模式下DC-DC變換器的離散式，根據DC-DC變換器電路運行情況，建立DC-DC變換器的狀態空間式：

x.=A1x+B1Vinx.=A2x+B2Vinx.=A3x,---(4)]]>

利用狀態轉移矩陣離散化式(4)，并將離散化后式(4)中的三個函數式合并為一個，則有：

x_(k+1)T＝G_D3G_D2G_D1x_kT+G_D3G_D2H_D1+G_D3H_D2，?????(5)

其中的G_D1、G_D2、G_D3、H_D1、H_D2為系數矩陣，各系數矩陣的值分別是：

GD1=GC1HD1=HC1GD2=eA2ΔtHD2=∫kT+dkTkT+dkT+ΔteA2(kT+dkT+Δt-τ)B2VindτGD3=eA3(T-dkT-Δt),---(6)]]>

其中，Δt為DC-DC變換器功率開關關斷后電感電流的可持續時間，

當Δt≥t_off，DC-DC變換器的運行模式為CCM；當Δt＜t_off，DC-DC變換器的運行模式為DCM；t_on＝dT，為DC-DC變換器功率開關的導通時間，t_off＝(1-d)T，為DC-DC變換器功率開關的關斷時間；

1.3)建立DC-DC變換器基于CCM和DCM的離散預測模型；

建立如下的符號函數：

f[sgn(Δt-toff)]=0,Δt≥toff1,Δt<toff---(7)]]>

再利用符號函數合并式(2)和式(5)中對應的系數矩陣，得到DC-DC變換器的離散預測模型是：

x_(k+1)T＝G₃G₂G₁x_kT+G₃G₂H₁+G₃H₂，?????(8)

其中的G₁、G₂、G_3,、H₁、H₂為系數矩陣，各系數矩陣的值分別是：

G1=eA1dkTG2=eA2{Δtf[sgn(Δt-toff)]+{1-f[sgn(Δt-toff)]}(T-dkT)G3=eA3f[sgn(Δt-toff)]}(T-dkT-Δt)H1=∫kTkT+dkTeA1(kT+dkT-τ)B1VindτH2=∫kT+dkTkT+T+[Δt-(T-dkT)]f[sgn(Δt-toff)eA2[kT+T+[Δt-(T-dkT)f[sgn(Δt-toff)]-τ}B2Vindτ,---(9)]]>

將式(8)中的冪指數函數線性化，并忽略模型簡化過程中時間的高次項，DC-DC變換器簡化后的離散預測模型是：

x_(k+1)T＝Ax_kT+BV_in，?????(10)

其中的A,B為系數矩陣，各系數矩陣的值分別是：

A+{1+A3f(·)(T-dkT-Δt)+A2{Δtf(·)+[1-f(·)](T-dkT)}+A1dkT}B=B1dkT+B2{T-dkT+[Δt-(T-dkT)]f(·)}f(·)=f[sgn(Δt-tofff)].---(11)]]>