[發明專利]一種Boost變換器的復合自適應模型預測控制方法

在審

• 申請號: 201810135694.8
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108306505A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 李钷;李睿煜;劉瑞楠;林霞;張景瑞;關明杰
• 申請（專利權）人: 廈門大學;廈門大學深圳研究院
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

1.一種Boost變換器的復合自適應模型預測控制方法，其特點在于，包括：

步驟1，根據Boost變換器在不同開關狀態下的等效電路，建立在電感電流連續模式下的連續模型，并利用一階前向歐拉將連續模型離散化，得到Boost變換器的離散模型；

步驟2，基于Boost變換器的離散模型，以電路輸出電壓及電感電流作為狀態量，設計龍貝格觀測器，得到電感電阻和負載電阻的觀測值；

步驟3，利用級聯控制的基本結構，建立Boost變換器的控制器，采用PI控制器以及基于離散模型的前饋補償器作為控制器的外環；采用模型預測控制作為內環；基于外環生成的電感電流參考值與內環中的電感電流預測值之差的平方構成價值函數；通過最小化價值函數選擇最優開關狀態；其中，電感電流的參考值與電感電阻和負載電阻的觀測值相關；電感電流預測值與電感電阻的觀測值相關。

2.根據權利要求1所述的Boost變換器的復合自適應模型預測控制方法，其特征在于，步驟1得到的Boost變換器的離散模型如下：

其中，R_L表示等效電路的電感電阻；T_s表示等效電路的采樣周期；L表示等效電路的電感量；V_in表示等效電路的輸入電壓；V_d表示等效電路的二極管壓降；R表示等效電路的負載電阻；C表示等效電路的電容量；i(k)表示第k次采樣的電感電流；i(k+1)表示第k+1次采樣的電感電流；u_o(k)表示第k次采樣的輸出電壓；u_o(k+1)表示第k+1次采樣的輸出電壓；s(k)∈{0,1}表示在第k次采樣周期電路的開關狀態；

令Y＝1/R，同時用Y₀和R_L0分別表示對應參數的標稱值，通過定義偏差△Y和△R_L得到下式：

其中，式中的△R_L(k+1)＝△R_L(k)和△Y(k+1)＝△Y(k)表示其變量均緩慢變化。

3.根據權利要求2所述的Boost變換器的復合自適應模型預測控制方法，其特征在于，所述步驟2，具體包括：

令將公式(2)簡化為：

從而得到基于龍貝格結構的觀測器，如下：

其中，表示對應參數的觀測值，表示對應參數觀測值與真實值之間的誤差；l₁～l₈為待求參數；

由式(4)與式(3)相減，并令可得其誤差：

根據觀測器收斂的條件，令矩陣A的特征值為0.8，得到矩陣從而得到下式：

根據上式求得△M(k)的觀測值和△N(k)的觀測值進一步得到負載電阻及電感電阻的觀測值：

4.根據權利要求3所述的Boost變換器的復合自適應模型預測控制方法，其特征在于，所述步驟3，具體包括：

電感電流的參考值i_ref由前饋補償器產生的ir₁以及PI控制器產生的ir₂相加所得；根據電路的輸入輸出功率相等可得：

其中，u_ref表示參考電壓；

由上式可以得到兩個解，從能量的角度考慮，選取其中較小者，得到：

其離散形式如下：

PI控制器產生的ir₂表示為：

其中，K_P表示比例增益；K_I表示積分增益；

則有

i_ref(k+1)＝ir₁(k+1)+ir₂(k+1) (12)

其中，i_ref(k+1)表示第k+1次采樣的電感電流參考值；

內環采用模型預測控制，其價值函數如下：

其中，i_pred(k+1)表示第k+1次采樣的電感電流預測值；

根據FCS-MPC原理，利用當前時刻采集的電路參數由離散模型計算出下一時刻在不同開關狀態下的預測值，獲得i_pred(k+1)的表達式，如下：

通過選擇最小關聯成本的方法來選擇最優開關狀態s，如下式：