[发明专利]一种两电平逆变器的无模型预测电流控制方法

说明书

本发明涉及一种两电平逆变器的无模型预测电流控制方法。首先根据当前采样时刻得到的负载电流与计算得到的电流差分矢量对负载电流进行两步预测；然后结合矢量角补偿法来估算参考电流的未来值；最后，对两电平逆变器的8个开关状态进行在线评估，选取使代价函数最小的开关状态在下一个采样周期应用。该方法在逆变器负载参数发生变化时仍能保持良好的控制性能，使输出电流准确跟踪给定值，具有更强的参数鲁棒性和实际工程应用价值。

技术领域

本发明涉及逆变器控制技术领域，特别是一种两电平逆变器的无模型预测电流控制方法。

背景技术

三相两电平逆变器是一种广为流行的拓扑结构，广泛应用于电机驱动系统。

目前对于三相两电平逆变器的控制，通常采用两种方式：滞环控制和线性控制。滞环控制利用逆变器的非线性特性，通过测量值与参考值的比较结果输出功率半导体器件的开关状态，从而实现对逆变器的控制。测量值与参考值的误差是一个给定的滞环环宽。常见的滞环控制主要有电流滞环控制、直接转矩控制(DTC)和直接功率控制(DPC)。但是，采用滞环控制时，为了获得较好的控制效果，通常需要具备较小的滞环环宽和较高的采样频率。由于系统的非线性特性，导致了逆变器开关频率的不固定，在某些领域的应用过程中，可能会产生扩展频谱成分和谐振问题，造成输出滤波器体积庞大、结构复杂、价格昂贵等一系列问题。线性控制的基本原理主要是首先将逆变器模型进行线性化处理，然后利用线性控制器将测量值与参考值的误差调节成PWM波，最后经过调制得到逆变器的开关状态。常见的线性控制主要有比例积分(PI)控制、磁场定向控制(FOC)和电压定向控制(VOC)。采用线性控制时，其控制性能受PI参数的影响较大，而且近似线性化难以满足实际应用中高精度的控制要求，同时也存在控制系统动态速度较慢的不足。

近年来，随着微处理器与高速数字信号处理(DSP)技术的迅猛发展，以及控制平台处理器计算速度的不断提高，人们提出了一些新型的、比较先进的控制方案，如滑模变结构控制、模糊控制、人工智能控制和模型预测控制(MPC)等。在众多新型控制方案中，MPC在电力电子变换器方面的应用受到了广大国内外学者越来越多的关注。2004年，智力学者Rodriguez.J教授等人将MPC引入电力电子变换器控制，并取得较好的控制效果。目前，MPC以其响应速度快、输出效果好、可直接给出开关状态、可同时对多种控制目标进行控制等优势已经在电机控制、并网逆变以及以及高压直流输电系统等多个方面得到应用。但传统MPC依赖于精确的系统模型，在实际电路中，当电阻、电感等参数随温度、电磁场和其他外界环境条件的变化而发生改变时，会直接导致控制器性能的下降。因此本发明重点针对三相两电平逆变器负载参数变化对控制系统输出性能造成的不良影响，研究一种更为合理、有效的逆变器控制策略。

发明内容

本发明的目的在于提供一种两电平逆变器的无模型预测电流控制方法，该方法可以消除逆变器负载参数变化对控制性能造成的不良影响。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种两电平逆变器的无模型预测电流控制方法，包括如下步骤：

步骤S1、设置系统初始值；

步骤S2、测量当前t_k采样时刻逆变器的负载电流i(k)|_S(k-1)；

步骤S3、应用逆变器的最优开关状态S_opt；

步骤S4、计算电流差分矢量Δi_past1；

步骤S5、估计t_k+2采样时刻的逆变器负载电流参考值i^*(k+2)；

步骤S6、对每一个不同的开关状态S_m，使用来预测t_k+2采样时刻的逆变器负载电流；