[发明专利]一种基于模型预测控制的屏栅电源控制方法

说明书

本发明一种基于模型预测控制的屏栅电源控制方法，包括为屏栅电源建立双全桥拓扑结构；对建立的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；利用模型预测双闭环控制方法对得到的屏栅电源拓扑结构的小信号模型进行控制。满足屏栅电源宽范围电压输入条件下宽范围电压输出，模型预测双闭环控制可提高系统的响应速度、稳定性、抗干扰能力。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体地涉及一种基于模型预测控制的屏栅电源控制方法。

背景技术

相比于传统化学推进，离子推力器的高比冲、长寿命等特点可以很大程度上减少推进工质质量、延长工作寿命、增加有效负荷，因此，研制高功率、长寿命、高比冲的推力器应用于大功率通信卫星以满足空间技术发展需求，而屏栅电源作为离子推力器电源处理单元(Power Processing Unit,PPU)的核心部件更需要在功率密度、效率、功率等级等方面有所提高。

目前，国际上根据应用环境的不同，对屏栅电源的改进主要在拓扑和控制方法上，阿斯特里姆(Astrium)公司离子推力器MULTI-RANGE屏栅电源的拓扑由两组变换器组成，主变换器采取谐振式DC/DC拓扑能够提供80％-90％的输出电压，次变换器使用推挽式电路传输剩余电压，整体效率由主变换器决定，仅很少功率由次变换器提供，此变换器可有效提高运行效率；“深空一号”离子推力器屏栅电源采用非谐振全桥拓扑结构，优势在于利用变压器漏感与电容充放电减小串联电感，可有效解决宽动态范围和高功率问题；NASANEXT离子推力器屏栅电源采用移相/脉宽混合控制双全桥拓扑，原边由两个全桥电路并联组成，副边由二极管整流，可提高功率密度；国内研发的LIPS-200离子推力器屏栅电源由两组全桥硬开关DC/DC变换器串联组成，在LIPS-200离子推力器屏栅电源全桥拓扑的基础上加入软开关形成下一代LIPS-300离子推力器，在效率方面与国外先进水平基本一致。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种基于模型预测控制的屏栅电源控制方法。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提出一种基于模型预测控制的屏栅电源控制方法，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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：