[发明专利]针对交错并联型双向DC-DC变换器的复合模型预测控制方法

权利要求书

1.一种针对交错并联型双向DC-DC变换器的复合模型预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立交错并联型双向DC-DC变换器系统的动态数学模型，在双闭环控制的框架下，设计电流内环控制器，推导出电压外环等效控制对象，并将变换器负载变化、参数不确定性以及未建模动态归结为系统集总扰动项f；

步骤2：假设系统集总扰动项m阶可导，将系统集总扰动项f以及f的一阶至m阶导数f⁽¹⁾、f⁽²⁾…f^(m)作为扩展变量加入到交错并联型双向DC-DC变换器系统中，构成扩张系统；

步骤3：设计广义比例积分观测器GPIO，对系统集总扰动项f以及f的一阶至m阶导数f⁽¹⁾、f⁽²⁾…f^(m)进行观测；

步骤4：利用泰勒展开式对系统集总扰动项f在未来时刻的变化趋势进行预测；

步骤5：利用前向欧拉离散化方法对电压外环等效控制对象进行离散化，利用当前时刻输出电压采样值对交错并联型双向DC-DC变换器系统在未来时刻内的输出电压进行预测，得到系统在未来时刻输出电压预测值；

步骤6：利用步骤4得到的系统集总扰动项f的预测值对步骤5中系统在未来时刻输出电压预测值进行修正，得到系统预测输出值；

步骤7：根据系统输出电压参考值以及当前时刻采样值，设定系统在预测域内的参考轨迹；

步骤8：设定系统的预测域P以及控制域M，结合系统预测输出值和系统参考轨迹，构建系统的目标优化函数；

步骤9：最小化步骤8中构建的目标优化函数，求解出系统的控制输入序列，并将控制输入序列的第一个值作为当前时刻的控制量。

2.根据权利要求1所述的一种针对交错并联型双向DC-DC变换器的复合模型预测控制方法，其特征在于，所述交错并联型双向DC-DC变换器系统的动态数学模型表示为：

其中，L₁和L₂分别表示两路电感，电感值均为L，i_L1和i_L2分别表示电感电流，v₁和v₂分别表示输入电压和输出电压，u₁和u₂分别表示两路开关控制量，R表示负载电阻，C表示输出电容；

所述电流内环控制器采用PI控制，负责控制电感电流跟踪参考值。

3.根据权利要求1所述的一种针对交错并联型双向DC-DC变换器的复合模型预测控制方法，其特征在于，所述电压外环等效控制对象为：

式中，

4.根据权利要求1所述的一种针对交错并联型双向DC-DC变换器的复合模型预测控制方法，其特征在于，系统集总扰动项f表示为：

其中，y是外环系统输出变量，y＝v₂，且u是外环系统输入变量，u＝I_Lref，I_Lref表示电感电流参考值；a₀,b₀为不同的系数，根据电路参数与变换器额定工作点进行计算。

5.根据权利要求4所述的一种针对交错并联型双向DC-DC变换器的复合模型预测控制方法，其特征在于，所述扩张系统描述如下：

其中，y₁,y₂,…,y_m为扩展变量，分别等于系统集总扰动项f以及f的一阶至m-1阶导数，且f^(m)＝h(t)。

6.根据权利要求5所述的一种针对交错并联型双向DC-DC变换器的复合模型预测控制方法，其特征在于，所述广义比例积分观测器GPIO表示为：

其中，z、z₁、z₂、…、z_m分别表示y、f、f⁽¹⁾、…、f^(m-1)的估计值，g₁,g₂,…,g_m+1表示观测器增益系数。