[发明专利]一种基于模型预测控制的屏栅电源控制方法

权利要求书

1.一种基于模型预测控制的屏栅电源控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤a:为屏栅电源建立双全桥拓扑结构；

步骤b:对步骤a建立的双全桥拓扑结构进行小信号建模，得到屏栅电源拓扑结构的小信号模型；

步骤c:利用模型预测双闭环控制方法对步骤b得到的屏栅电源拓扑结构的小信号模型进行控制；

步骤c具体包括：

根据步骤b建立的小信号模型，确定电流内环控制器，将电流内环作为模型预测的对象，电流内环的传递函数为：

建立预测模型，包括将式(1)离散化后化为差分方程的形式：

y(k+1)＝Δu_q(k)+(1+b₁)y(k)-(b₂+b₁)y(k-1)+(b₃+b₂)y(k-2)-b₃y(k-3) (2)；

其中，令

误差反馈校正，包括：在k时刻把控制量u(k)作用于对象，即在对象的控制量上加一个幅值为Δu_q(k)的阶跃，根据式(2)预测模型得出未来时刻的预测输出值y(k+1)；在求解k时刻最优控制量时，先将k+1时刻的实际输出y(k+1)与k+1时刻的模型预测输出相减构成输出误差：

用误差反馈修正预测输出：

其矢量形式为：

其中，

式中，是误差加权矩阵；

滚动优化，包括：k+1时刻的优化问题表述为，从该时刻起的M个控制量的增量Δu_q(k)，┅，Δu_q(k+M-1)，使被控对象在未来P个时刻的输出镇定，其中P＞M；在优化性能指标中加入约束关系得到如下性能指标表达式：

其中，Q(i)、R(i)分别表示对跟随误差和控制量变化的抑制强度，y_ref(k+1+i)表示k+1+i时刻的电压给定值，y_c(k+1+i)表示k+1+i时刻的电压预测值，表示k+i时刻的控制增量；式(6)改写为：

其中，

对目标函数求最优解得到最优控制输出Δu_q(k)，取最优解的第一步作用于被控对象：

Δu_q(k)＝c^TΔU_q(k) (9)；

其中，c^T＝[1 0 … 0]。

2.根据权利要求1所述的基于模型预测控制的屏栅电源控制方法，其特征在于，双全桥拓扑结构具体包括：第一逆变全桥电路、第二逆变全桥电路、第一变压器、第二变压器和三桥臂的整流桥电路，其中，第一逆变全桥电路和第二逆变全桥电路并联，第一变压器的一次侧与第一逆变全桥电路连接，第二变压器的一次侧与第二逆变全桥电路连接，第一变压器的二次侧以及第二变压器的二次侧均与三桥臂整流桥连接。

3.根据权利要求2所述的基于模型预测控制的屏栅电源控制方法，其特征在于，当第一变压器一次侧及第二变压器一次侧采用移相控制方式，三桥臂整流桥将第一变压器的二次侧以及第二变压器的二次侧串联；

当第一变压器一次侧及第二变压器一次侧采用PWM控制方式，三桥臂整流桥将第一变压器的二次侧以及第二变压器的二次侧并联。

4.根据权利要求3所述的基于模型预测控制的屏栅电源控制方法，其特征在于，步骤c中模型预测双闭环控制方法具体为电流内环采用PID控制器控制；电压外环采用模型预测控制器控制。