[发明专利]一种切换型预测控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子变流和工业控制技术，尤其涉及一种切换型预测控制方法。

背景技术

无差拍控制和有限控制集模型预测控制是目前预测控制的研究热点。无差拍控制和有限控制集模型预测控制都是基于电路离散模型的数字控制方法，不需要复杂的参数设计。无差拍控制具有优秀的稳态精度，可以实现固定开关频率，但是调制单元的存在使控制的动态性能受到限制。有限控制集模型预测不需要调制器，动态响应快，但是开关频率不固定限制其稳态性能。如何充分结合无差拍控制和有限控制集模型预测控制各自的优点，实现两种控制策略的合理切换，具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有控制策略的不足，本发明目的在于提供一种切换型预测控制方法。该方法采用电压电流双环控制，其中，电压外环控制采用数字比例积分(Proportional-Integral,PI)控制，电流内环控制采用一种切换型预测控制方法：当系统(系统是指控制方法的实施对象，一般是指电力电子变换器，在本发明当中指的是单相电压型逆变器)处于稳态时，采用无差拍控制保证系统的稳态精度；当系统处于暂态时，采用有限控制集模型预测控制保证系统快速过渡至稳态。另外，本发明定义一种新型切换函数增强切换点的抗干扰能力和保证两种控制方法之间的有效切换。

本发明的目的至少可以通过如下技术方案之一实现。

一种切换型预测控制方法，主要步骤如下：

(S1)列出系统(系统是指控制方法的实施对象，一般是指电力电子变换器)离散化状态方程；

(S2)测量系统的状态变量，控制输入变量，被控输出变量和干扰变量；

(S3)设计数字比例积分(Proportional-Integral,PI)控制器，对输出电压和参考电压之间的误差进行校正并输出电流内环的参考信号；

(S4)定义一种新型切换函数，判断系统状态；

(S5)根据(S4)的判断结果，当系统处于稳态时，电流内环控制使用无差拍控制；当系统处于暂态时，电流内环控制切换至有限控制集模型预测控制。

进一步地，在(S1)中，设系统的采样周期为T,得系统离散化状态方程：x(k+1)是指k+1采样时刻的状态变量值；x(k)是指k采样时刻的状态变量值；u(k)是指k采样时刻的控制输入变量值；d(k)是指k采样时刻的干扰变量值；y_c(k)是指k采样时刻的被控输出变量值；A、B_u、B_d和C₁分别是各自变量的系数；T是系统的采样周期。

进一步地，在(S2)中，测量系统的状态变量x(k)，控制输入变量u(k)，被控输出变量y_c(k)和干扰变量d(k)。

进一步地，在(S3)中，定义连续比例积分(Proportional-Integral,PI)控制器：s表示时域函数通过拉普拉斯变换在s域的一种复数自变量；G(s)表示根据性能指标要求和系统闭环传递函数波特图设计PI控制器的传递函数；K_p表示PI控制器的比例系数；K_i表示PI控制器的积分系数,根据系统闭环传递函数的波特图求出连续PI控制器的参数；得到连续PI控制器后，利用双线性变换法得到数字PI控制器：z表示将s域下的拉普拉斯函数进行z变换后的另一种复数自变量表示方法；G(z)表示数字PI控制器z域的脉冲传递函数；T是指系统的采样周期；最后将输出电压和参考电压之间的误差输入至数字PI控制器进行校正，输出电流内环的参考信号。

进一步地，在(S4)中，所述新型的切换函数为：J_sw(k)＝|(x_r(k)-x(k))²-(x_r(k-1)-x(k-1))²|，J_sw(k)表示k采样时刻切换函数值；x(k)表示k采样时刻的状态变量值；x_r(k)表示k采样时刻x(k)对应的参考变量值；x(k-1)表示k-1采样时刻的状态变量值；x_r(k-1)表示k-1采样时刻x(k-1)对应的参考变量值，在每个采样时刻将J_sw(k)与e_max进行比较，e_max表示定义的一个阈值，用于判断切换条件。