一种直流变换器预测控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110855149A(43)申请公布日2020.02.28(21)申请号201911152538.3(22)申请日2019.11.22(71)申请人哈尔滨工程大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室(72)发明人孟繁荣边笑宇刘永伟李鹏吴悠杨天奇(51)Int.Cl.H02M3/335(2006.01)H02J1/00(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图5页(54)发明名称一种直流变换器预测控制方法(57)摘要本发明公开了一种直流变换器预测控制方法，首先根据直流变换器电路模型建立输出量状态微分方程，然后进行离散化处理，得到预测模型，根据当前控制周期最优控制量，按照设定规则列举若干下一控制周期可能出现的控制量，带入预测模型得出若干预测输出结果，通过代价函数比较得出最优输出结果，锁定下一时刻最优控制量；对直流变换器传输功率方程的离散化处理得到电感观测模型，对实际电路电感进行实时观测，实现对预测模型电感值的实时优化更新。本发明在保留传统预测控制方法动态性能优异的同时，无需进行复杂开方运算，减少运算负担；通过对电感值的实时观测解决了实际谐振电感易与预测模型电感值失配问题，提高了方法准确性和系统鲁棒性。CN110855149ACN110855149A权利要求书1/2页1.一种直流变换器预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：采样直流变换器系统当前时刻k时刻的输出电压Uo(k)和输出电流值Io(k)和前一采样时刻k-1时刻的输出电压Uo(k-1)和输出电流Io(k-1)；步骤二：以占空比为控制量，k时刻的最优占空比为Dop(k)，设k+1时刻的最优占空比Dop(k+1)的三种可能取值为：其中，ΔD满足：其中，ΔDm为已知给定的控制量增量，Uo_ref为目标输出电压，Uo(k)为k时刻输出电压，λ是给定的的加权系数；步骤三：将步骤二得到的Dop_i(k+1)的三种可能取值代入直流变化器输出电压两步预测模型，得到k+2时刻分别对应的预测电压Uop_i(k+2)，其中i＝1，2，3；步骤四：将Uop_i(k+2)带入代价函数得出分别得erro1、erro2、erro3，具体为：erroi＝α1G1_i+α2G2_ii＝1,2,3则erro1、erro2、erro3中的最小值对应的k+2时刻预测电压Uop_i(k+2)即为k+2时刻最优预测电压Uop(k+2)，对应的Dop_i(k+1)取值即为k+1时刻最优占空比Dop(k+1)；步骤五：运行PWM调制器，根据最优控制量Dop(k+1)产生调制信号，与载波信号做比较形成开关管驱动脉冲信号。2.根据权利要求1所述的一种直流变换器预测控制方法，其特征在于：步骤三所述的直流变化器输出电压两步预测模型，具体为：其中，Uo(k+2)为k+2时刻输出电压，CHV2为输出滤波电容，fs为系统开关频率，Lp(k)为k时刻系统谐振电感，Uin(k)为为k时刻输入电压，Dop(k)为k时刻的占空比，Dop(k+1)为k+1时刻的占空比，Iload(k)为k时刻负载输出电流。3.根据权利要求2所述的一种直流变换器预测控制方法，其特征在于：系统谐振电感Lp(k)计算方法具体为：S1：电感观测值Lo(k)满足：S2：对电感观测值Lo(k)进行低通滤波处理，得到Lco(k)，Lco(k)满足：Lco(k)＝aLo(k)+(1-a)Lo(k-1)2CN110855149A权利要求书2/2页其中，a＝Td/(T+Td)，Td＝1/fs，T根据滤波截止频率确定；S3：对Lco(k)进行评估，给定电感观测值的上下阈值Lot(k)和Lob(k)，当Lco(k)不在阈值范围内，则保留上一时刻电感参数Lp(k)＝Lp(k-1)；若Lco(k)在阈值范围内，取Lerro(k)＝|Lco(k)-Lp(k)|，当Lerro(k)超过给定的ΔL，则Lp(k)＝Lco(k)，否则，预测模型保留上一时刻电感参数，即Lp(k)＝Lp(k-1)。3CN110855149A说明书1/7页一种直流变换器预测控制方法技术领域[0001]本发明属于电力电子技术领域，涉及一种直流变换器预测控制方法，特别是一种基于谐振电感参数辨识的直流变换器预测控制方法。背景技术[0002]随着电力电子技术和新型控制理论的发展，直流变换器广泛应用于航空航天、能源供给等领域，对于直流变换器的鲁棒性和快速响应特性均提出了更高的要求。传统的PI控制策略会使系统具有良好的鲁棒性，但由于自身固有的滞后特性，导致系统的动态特性较差；而模型预测控制(ModelPredictiveControl,MPC)在动态响应方面相较PI控制拥有较大的优势，但其过