一种计及开关频率优化的有限控制集模型预测控制方法

摘要

本发明公开了一种计及开关频率优化的有限控制集模型预测控制方法。首先，检测系统状态变量，并利用积分器获取控制信号持续周期数目；其次，利用系统状态预测模型以及控制信号持续周期数目预测模型，对系统未来状态以及控制信号持续周期数目进行预测；最后，利用结合控制信号约束项的价值函数对变换器的电压矢量进行评估，选择令价值函数最小化的电压矢量作为最优电压矢量，并作用于变换器。本发明公开的一种计及开关频率优化的有限控制集模型预测控制算法通过预测与约束控制信号持续周期数目的方法对系统的开关频率进行控制，旨在克服传统有限控制集模型预测控制算法存在的开关频率不固定缺陷。

说明书

技术领域

本发明涉及一种计及开关频率优化的有限控制集模型预测控制算法，属于电机控制领域。

背景技术

随着电力电子技术与高性能微处理器的发展，高性能控制算法得到了学者们的广泛关注。模型预测控制具有控制思想简单、动态响应快、易于实现多目标控制等优势，已经成为国内外研究热点。作为模型预测控制的一个重要分支，有限控制集模型预测控制契合电力电子变换器的离散特性，在电机驱动与电力变换器领域得到了广泛应用。然而，传统有限控制集模型预测控制单控制周期仅选取一个电压矢量，系统开关频率随负载、转速等工作条件变化，给输出滤波器的设计带来极大困难。因此，研究有限控制集模型预测控制算法的开关频率优化方案具有广阔的应用前景。

发明内容

发明目的：针对上述状况，提出一种计及开关频率优化的有限控制集模型预测控制方法，能够对变换器开关频率进行控制，实现开关频率调节、开关频率固定目的。

技术方案：一种计及开关频率优化的有限控制集模型预测控制方法，包括如下步骤：

步骤1：在每一个采样周期中，检测系统状态变量x

步骤2：对于变换器能够产生的基本电压矢量v

步骤3：根据当前系统状态变量x

步骤4：根据系统状态变量给定值x

进一步的，所述控制信号持续周期数目Q

Q

式中，Q

进一步的，所述控制信号持续周期数目预测模型具体为：

式中，S

进一步的，所述控制信号持续周期数目给定值Q

式中，T

进一步的，所述结合控制信号约束项的价值函数具体为：

J＝λ

式中，λ

J

有益效果：本发明提供的计及开关频率优化的有限控制集模型预测控制方法，在传统有限控制集模型预测控制的基础上加入控制信号持续周期数目约束，间接控制系统开关频率，能够实现系统开关频率固定，同时保留了传统有限控制集模型预测控制方法动态性能优越、多目标控制等优势特性。

附图说明

图1为三相两电平逆变器电路原理图；

图2为本发明一种计及开关频率优化的有限控制集模型预测控制方法的控制框图；

图3为本发明一种计及开关频率优化的有限控制集模型预测控制方法应用于三相两电平逆变器的网侧相电压与电流、dq轴电流与开关频率波形；

图4为本发明的一种计及开关频率优化的有限控制集模型预测控制方法应用于三相两电平逆变器的网侧相电压与电流、dq轴电流与开关频率波形。

具体实施方式

下面结合附图并通过实例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

以图1所示的三相两电平逆变器作为例实施例的一种计及开关频率优化的有限控制集模型预测控制方法控制对象，控制框图如图2所示，包括如下步骤：

步骤1：在每一个采样周期中，检测系统状态变量x

Q

式中，Q

步骤2：对于变换器能够产生的基本电压矢量v

式中，S

步骤3：根据当前系统状态变量x

i

其中

式中，i

步骤4：根据系统状态变量给定值x

式中，f

结合控制信号约束项的价值函数具体为：

J＝λ

式中，λ

J

式中，i

图3所示为本发明公开的一种计及开关频率优化的有限控制集模型预测控制方法应用于三相两电平逆变器的网侧相电压与电流、dq轴电流与开关频率波形，此时，电流给定值i

图4所示为本发明公开的一种计及开关频率优化的有限控制集模型预测控制方法应用于三相两电平逆变器的网侧相电压与电流、dq轴电流与开关频率波形，在0.1s时将开关频率给定值f

需要说明的是，对于不同的控制对象，步骤1中需要检测的对象有所不同，例如实施例的三相两电平逆变器，其检测的系统状态变量x

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。