[发明专利]线性控制器与模型预测控制器并联控制结构的控制方法

说明书

本发明公开了线性控制器与模型预测控制器并联控制结构的控制方法，包括：线性控制器离散数学模型模块G₁、模型预测控制器离散数学模型模块G₂及被控对象离散数学模型模块H；将并联控制结构的输入R与并联控制结构的输出Y之间的误差E分别作为G₁与G₂的输入，进而由G₁得到线性控制器输出C₁，由G₂得到模型预测控制器输出C₂，C₁与C₂相加为并联控制器总输出C，然后将C作用于H得到并联控制结构的输出Y。本发明将线性控制器与模型预测控制器并联使用，具有优于传统线性控制器的动态响应性能和优于模型预测控制器的鲁棒性，当系统的输入变化时，能够控制系统输出更快地跟踪输入，同时跟踪过程中的最大百分超调量大大减少。

技术领域

本发明属于电力电子控制技术领域，更具体地，涉及一种将线性控制器与模型预测控制器并联使用的控制结构下，考虑并联线性控制器影响的模型预测控制器的控制方法。

背景技术

电力电子装置和系统被广泛应用于并网逆变器、DC/DC变换、电机控制、分布式发电、不间断供电电源等场合，为保证这些装置和系统能够正常运行并取得优良的控制效果，需要不断发展优化其控制技术。目前应用于电力电子装置和系统的控制方法主要有：线性控制、滑模控制、模型预测控制等。线性控制包括比例积分(Proportion Integration，PI)控制、比例微分(Proportion Derivation，PD)控制、比例积分微分(ProportionIntegration Derivation，PID)控制等。线性控制器应用广泛，鲁棒性较好，且已有成熟的线性控制理论指导其控制参数设计；但缺点是控制器参数设计过程复杂，且控制的动态响应速度、抗干扰性能、最大百分超调量之间不能兼顾，需要在设计时进行取舍。滑模控制(Sliding Mode Control，SMC)通常采用滞环实现，不需复杂参数设计，实现简单，动态响应速度快且不会发生超调，鲁棒性好；其缺点是开关频率不固定导致电磁兼容和滤波器设计困难。此外，滞环SMC通常采用模拟方法实现，难以数字化，目前也有一些研究提出了数字SMC方法，但往往会大幅增加对数字信号处理的速度要求，同时控制实现复杂，控制性能不佳。模型预测控制(Mode Predictive Control，MPC)是一种新型的数字控制方法，其将本采样周期的给定值、采样值以及变换器所有可能的开关状态作为输入，根据被控对象离散数学模型，实时预测未来采样周期所有可能的采样值，并从中挑选出使得价值函数最小的一个，将其对应的开关状态作为本采样周期的输出。MPC的优点是不需要复杂的参数设计，控制思路简单，动态响应速度快且不会发生超调；缺点是对被控对象的参数准确性要求较高，当建模参数与实际参数之间存在误差时，MPC会产生稳态误差，甚至造成控制发散，因此鲁棒性较差。由于被控对象的实际参数往往不能准确获得，并且这些参数在不同工况下还可能发生漂移，因此在实际工程中MPC的应用并不广泛。