[发明专利]基于FPGA的DC/DC转换器预测控制方法

摘要

本发明涉及一种基于FPGA的DC/DC转换器预测控制装置及方法，该装置包括用于对内存数据的读写和预测控制矩阵的并行运算的读写控制单元；与所述读写控制单元连接，用于根据所述读写控制单元的读写控制信号完成并行优化运算的矩阵并行运算单元；与所述矩阵并行运算单元连接，用于接收矩阵并行运算单元输出的实时占空比信号，并转换成多路PWM信号输出的接口单元；与所述接口单元连接，用于接收所述多路PWM信号，并根据所述多路PWM信号控制DC/DC转换器中的IGBT的通断，实现对所述DC/DC转换器的预测控制的驱动模块。本发明基于FPGA的DC/DC转换器预测控制装置采用模块化的结构，集成度高，体积小，且能够实现对DC/DC转换器输出电压或者电流的精确控制。

主权项

一种基于FPGA的DC/DC转换器预测控制方法，其特征在于，包括：根据DC/DC转换器的模型计算出相应的平均状态空间方程，获得A，B，C，D矩阵；在MATLAB仿真中，基于所述平均状态空间方程模型，通过仿真调节求出最优的控制权矩阵P和误差权矩阵Q，yr表示输出电流或者电压值的设定值，ur是占空比参考值；并通过下式计算出预测控制所需的神经网络优化的矩阵参数s、t和W，存于FPGA中，t＝－2ΓTQyr－2PTurW＝KH‑1KT和H＝2(ΓTQΓ+P)上式中，K是8*8的单位矩阵，Γ和是预测控制的初始化矩阵，求得DC/DC转换器的输出电流和电压的估计值，再根据f＝s*x(k)+t计算出f矩阵，存入所述FPGA相应的RAM地址；x(k)代表该时刻的电流电压值；读控制模块根据时序控制模块所发出的信号读取相应RAM里面的数据送入MAC乘加器，并通过下式计算出q和Px，将计算的结果Px进行约束处理后,得到Px_f,再次存入RAM，重复该步骤，直到达到优化次数，使得λ稳定，以此实现神经网络的优化运算，此时得到符合预测控制要求的占空比控制量u；q＝‑K*H‑1*f；Px＝W*λ+q‑λ；u＝H‑1[K*μ*(Px_f‑Wλ‑q)dt‑f]；μ是拉格朗日乘子，通过接口单元将计算得到的占空比控制量u输出至DC/DC转换器，用于控制DC/DC转换器中IGBT的通断，实现对DC/DC转换器的预测控制。