[發明專利]一種固定開關頻率的模型預測控制算法

在審

• 申請號: 202011027065.7
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112054656A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 宋飛;許天;史泓;袁嫚嫚
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: H02M1/00
• 分類號: H02M1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出了一種不使用調制器的具有固定開關頻率的有限集模型預測控制(FCS?MPC?FSF)算法。該方法通過坐標變換構建α?β坐標下變換器輸出電流的預測模型，控制器通過對開關管換向次數施加嚴格約束并修正。保證控制器在半個開關周期的范圍內有固定的換向次數，以獲得恒定的開關頻率，從而解決傳統模型預測控制在每個控制周期因經過系統的七次比較，選擇出一個價值函數最小的對應電壓矢量，導致系統開關頻率不固定的問題，在保留FCS?MPC算法優勢的同時采用兩步預測對延時進行補償，改善系統的控制性能。

技術領域

本發明專利涉及電力電子變流器控制領域，具體是一種先進的控制算法克服傳統PI控制器的缺點應用于變流器電流環里。

背景技術

控制策略是電力電子變換器的核心，很多學者對其控制策略進行了廣泛研究。其中，模型預測控制作為近年來發展起來的新型計算機控制算法，對比傳統 PI算法響應速度慢、電流跟蹤不精確等問題，這種控制策略不需要脈寬調制部分、結構簡單、控制靈活且動態性能良好。目前有的學者將模型預測控制算法應用于變換器的電流環中，提高系統的動態響應性能，但是存在開關頻率不固定給控制系統帶來較寬的電壓和電流諧波頻譜，共振以及不良的穩態行為等問題。有的學者通過預測電流逆過程計算得出參考電壓值，并根據參考電壓所在的扇區判斷最優電壓矢量，此方法與傳統的FCS-MPC算法相比可有效簡化計算過程，但電流控制實時性降低，功率波動較大。還有的學者提出將SVPWM調制與模型預測相結合，固定了開關頻率，提升了穩態性能，但是增加系統運算的復雜性。

基于此，本發明提出了一種不使用調制器的具有固定開關頻率的有限集模型預測控制(FCS-MPC-FSF)算法。該方法通過坐標變換構建α-β坐標下變換器輸出電流的預測模型，控制器通過對開關管換向次數施加嚴格約束并修正。保證控制器在半個開關周期的范圍內有固定的換向次數，以獲得恒定的開關頻率，從而解決傳統模型預測控制在每個控制周期因經過系統的七次比較，選擇出一個價值函數最小的對應電壓矢量，導致系統開關頻率不固定的問題，在保留FCS-MPC 算法優勢的同時采用兩步預測對延時進行補償，改善系統的控制性能。

發明內容

本發明的目的是為變流器電流環控制器提供一種改進的有限集模型預測控制算法.；該改進的有限集模型預測控制算法相對傳統PI算法具有響應速度快，結構簡單，不需要正定控制器參數。且克服自身傳統有限集模型預測控制算法開關頻率不固定的缺點。

本發明實現發明目的采用如下技術方案：

本發明控制算法主要由3部分(步驟)組成：

1、根據控制變流器對象建立起其數學模型，如式(1)所示，并對建立起的數學模型進行離散化，假定系統采樣周期T_s足夠小，采用向前歐拉公式對電流進行離散，在一個采樣周期中，微分項可以近似表示式(2)：

其中e_j、i_j、v_j(j＝α、β)分別為網側電壓在α-β軸的坐標分量、交流側電流在α-β軸的坐標分量、交流側輸出電壓在α-β軸的坐標分量，n的取值范圍為1-8。

2、根據控制系統控制目標，建立起變換器的模型預測控制的評價函數，以控制系統電流為控制目標，定義目標函數如下：

其中i_j(j＝α、β)交流側電流在α-β軸的坐標分量；

3、對在一個控制周期選擇出來的最優開關量進行換向分析，并加入兩步預測延時補償算法進行補償輸出。

有益效果：