[发明专利]双向数字开关功率放大器及其多步电流预测控制方法

说明书

本发明涉及一种基于磁悬浮驱动平台的双向数字开关功率放大器及其多步电流预测控制方法，控制方法包括如下步骤：建立双向数字开关功率放大器的预测模型；引入反馈校正项，闭环预测；通过价值函数求取最优的调制占空比；根据得出的调制占空比，经脉宽调制模块分别产生四路PWM驱动信号来控制四个开关管，实现电流预测控制。本发明有效提高了系统控制精度，稳态误差小，在线计算量小，算法简便，易数字化实现，具有良好的实用价值和应用前景。

技术领域

本发明涉及电压-电流型数字开关功率放大器控制领域，具体涉及一种基于磁悬浮驱动平台用的双向数字开关功率放大器及其多步电流预测控制方法。

背景技术

磁悬浮驱动平台用的双向数字开关功率放大器所使用的控制器应用最广泛的为PI控制器，PI控制器需要反复整定Kp、Ki参数以适应当前的控制要求，整定过程困难且参数适应范围小，动态调节时间较长，系统的鲁棒性较差，大功率应用场合下，参数整定调试存在一定危险性。

模型预测控制是一种有限时域最优控制方式，对系统未来有限时间域内的状态进行预测并确定系统当前时刻的控制输出，但传统的模型预测控制，需要调节繁琐的权重系数、权重系数的调节依靠经验，且在线运算量大、在开关功率放大器这种开关频率较高的场合难以应用。

发明内容

发明目的：

本发明提供一种适用于磁悬浮驱动平台用的双向数字开关功率放大器及其多步电流预测控制方法，其目的为解决上述控制技术中存在动态调节时间较长、系统鲁棒性较差、在线运算量大的问题、且不需要整定复杂的参数、不需要调节繁琐的权重系数。

技术方案：

一种双向数字开关功率放大器多步电流预测控制方法，包括如下步骤：

步骤1，建立双向数字开关功率放大器的预测模型，在第k个采样时刻，预测未来两个采样时刻(k+1、k+2)的电流预测值；

步骤2，引入反馈校正项，闭环预测，得到校正后第k+1、k+2时刻的电流预测值；

步骤3，根据第k个采样时刻双向数字开关功率放大器的电流参考值以及引入反馈校正项后的第k+1、k+2个采样时刻的电流预测值，通过价值函数求取最优的调制占空比；

步骤4，根据步骤3得出的调制占空比，经脉宽调制模块分别产生四路PWM驱动信号来控制四个开关管，实现电流预测控制。

步骤1所述的预测模型为：

其中，i(k+1|k)为k时刻预测k+1时刻的电流值(A),i(k)为k时刻的输出电流采样值(A)，T_S为采样周期(s)，L为负载的电感(H)，R为负载的电阻(Ω)，U_o(k)为k时刻双向数字开关功率放大器的输出电压(V)。

步骤1所述的两个采样时刻(k+1、k+2)的电流预测值为：

其中，i(k+1|k)为k时刻预测k+1时刻的电流值(A),i(k+2|k)为k时刻预测k+2时刻的电流值(A),i(k)为k时刻的输出电流采样值(A)，T_S为采样周期(s)，L为负载的电感(H)，R为负载的电阻(Ω)，U_dc为直流母线电压(V)，D(k)为k时刻开关管的占空比。

步骤2所述的引入反馈校正项，得到校正后第k+1、k+2时刻的电流预测值为：