一种两段式有限集模型预测控制方法技术

本发明专利技术提出一种两段式有限集模型预测控制方法，首先将预测周期的第一个矢量选择为上周期作用的第二个开关矢量，在每个采样周期的起始时刻不发生开关切换降低开关损耗，即每个采样周期作用两个开关矢量但仅有一次开关切换；其次根据开关矢量作用时间与作用误差成反比原则，分别计算第一开关矢量与所有有效开关矢量不同组合时对应的作用时间；最后根据不同开关组合对应的作用时间，进行两段式电流输出预测，并选取电流跟随性最好的一组开关组合作为系统的最终输出，从而确定预测周期第二个开关矢量，以及两个矢量分别对应的作用时间。

【技术实现步骤摘要】
一种两段式有限集模型预测控制方法
本专利技术属于两电平逆变器控制
，具体涉及一种两段式有限集模型预测控制方法。
技术介绍
有限控制集模型预测控制(finitecontrolsetmodelpredictivecontrol，FCS-MPC)技术具有建模直观，控制简单，可实现多目标优化控制，且无PWM调制器及PI参数调节等优点，已成为逆变器控制策略的主要研究方向。传统单矢量FCS-MPC方法基于电流跟踪误差最小原则选取最优开关矢量，选取的最优开关矢量在下一控制周期开始时刻作用于逆变器，并作用一个完整的周期，故传统的单矢量模型预测控制多存在谐波畸变率偏高、电流纹波较大等缺点。因此，本专利技术提出一种两段式有限集模型预测控制方法。
技术实现思路
专利技术目的：为解决传统单矢量FCS-MPC作用于两电平逆变器时存在谐波畸变率偏高，电流纹波较大等问题，本专利技术提出了一种两段式有限集模型预测控制方法。本专利技术所提出的两段式有限集模型预测控制方法，其核心在于提出两段式有限集模型预测控制每个控制周期两个开关矢量确定方法，及对应的作用时间计算方法：(1)将K-1周期选定的第二个开关矢量作为K+1周期的第一个开关矢量，从而保证在一个采样周期内最多只有一次开关切换，从而降低两段式有限集模型预测控制的开关损耗，在提高电流控制性能前提下，保证开关损耗与传统单矢量方法基本相当。(2)第二开关矢量在逆变器所有有效矢量中选取，根据开关矢量作用时间与作用误差成反比原则，分别计算第一开关矢量与所有有效开关矢量不同组合时对应的作用时间；然后根据不同开关组合对应的作用时间，分别进行两段式电流输出预测，并选取使得评价函数值最小的开关组合，即电流跟随性最好的一组开关组合作为系统的最终输出，从而确定第二个开关矢量的选取，以及两个矢量分别对应的作用时间。技术方案：为实现以上目的，本专利技术公开了一种两段式有限集模型预测控制方法，该方法包括如下步骤：(1)对tk时刻逆变器输出电流进行采样，获取电流实际值[iα(tk),iβ(tk)]，下标α、β指两相静止坐标系α-β坐标系，iα(tk)为α坐标轴K周期起始时刻实际值，iβ(tk)为β坐标轴K周期起始时刻实际值，将K-1周期所选的两个开关矢量在K周期作用于逆变器，第一个矢量作用t1(K)时间，第二个矢量作用t2(K)时间，进行控制延时补偿，根据预测模型计算补偿后tk+1时刻预测电流值；(2)将K周期作用于逆变器的第二个开关矢量S2(K)选定为K+1周期的第一个开关矢量S1(K+1)，并计算该矢量作用整个控制周期Ts逆变器输出电流误差值；(3)对两电平所有有效矢量进行全周期Ts的预测运算，根据评价函数求取作用误差，并根据作用时间与作用误差成反比原则求取第一个开关矢量与逆变器所有有效矢量进行组合时分别的作用时间t1(i),t2(i),i＝1,2.....8，t1(i)为K+1周期第一个开关矢量与逆变器所有有效矢量进行组合时第一个开关矢量作用时间，t2(i)为K+1周期第一个开关矢量与逆变器所有有效矢量进行组合时每个有效矢量对应的作用时间；(4)根据步骤(3)所求不同开关组合对应的作用时间t1(i),t2(i),i＝1,2.....8，首先对K+1周期第一个开关矢量进行预测运算，使第一个开关矢量作用t1(i)时间，得到作用结束时刻输出电流预测值；其次，以K+1周期第一个开关矢量作用t1(i)结束时刻预测电流值为起始值，按照步骤(3)中第一个矢量与逆变器有效矢量不同组合，使逆变器有效矢量作用t2(i)时间，计算得到K+1周期结束时刻的输出电流预测值，实现两段式模型预测控制，根据评价函数求取输出电流误差值，选取电流跟随性最好，即误差值最小的一组开关组合作为K+1周期要作用的两个开关矢量，该组合中的有效矢量即为K+1周期的第二个开关矢量S2(K+1)，输出K+1周期第二个开关矢量以及开关组合中两个开关矢量分别对应的作用时间；(5)下一控制周期重复上述过程。进一步的，步骤(1)的方法具体如下：(1.1)对tk时刻逆变器输出电流进行采样，获取电流实际值[iα(tk),iβ(tk)]，下标α、β指两相静止坐标系α-β坐标系，iα(tk)为α坐标轴K周期起始时刻实际值，iβ(tk)为β坐标轴K周期起始时刻实际值；将K-1周期所选的两个开关矢量作用于逆变器，第一个矢量作用t1(K)时间，第二个矢量作用t2(K)时间，其中S1(K)＝(S1a(K),S1b(K),S1c(K))，S2(K)＝(S2a(K),S2b(K),S2c(K))，K表示第K周期，下标1表示K周期第一个开关矢量，下标2表示K周期第二个开关矢量，下标a，b，c指逆变器三相桥臂，S1a(K)，S1b(K)，S1c(K)分别为K周期a相，b相，c相第一个开关矢量，S2a(K)，S2b(K)，S2c(K)分别为K周期a相，b相，c相第二个开关矢量；(1.2)延时补偿，根据两电平逆变器系统预测模型，施加K周期第一个开关矢量S1(K)作用于逆变器，计算该矢量作用t1(K)时间后电流预测值i1(t1)，其中，i1(t1)＝[i1α(t1),i1β(t1)]；(1.3)施加第二个开关矢量S2(K)，并以i1(t1)作为第二个开关矢量输出电流预测计算的实际值，得到S2(K)作用t2(K)时间后的tk+1时刻电流预测值所述两电平逆变器带阻感负载的FCS-MPC系统，第一个开关矢量输出电流计算预测模型：第二个开关矢量输出电流计算预测模型：式中，R、L为负载的电阻、电感，E为直流侧电压的一半，上标p指模型预测值，为tk+1时刻α坐标轴预测电流值，为tk+1时刻β坐标轴预测电流值，i1α(t1)为K周期第一个开关矢量作用t1(K)时间后α坐标轴电流预测值，i1β(t1)为K周期第一个开关矢量作用t1(K)时间后β坐标轴电流预测值，t1(K)为第一个矢量作用时间，t2(K)为第一个矢量作用时间，I为单元矩阵。进一步的，步骤(2)的方法具体如下：将K周期作用的第二个开关矢量S2(K)＝(S2a(K),S2b(K),S2c(K))作为K+1周期第一个开关矢量S1(K+1)＝(S1a(K+1),S1b(K+1),S1c(K+1))，并计算该矢量作用整个控制周期Ts后逆变器输出电流i0以及输出电流误差值g0，其中i0＝[i0α,i0β]；输出电流预测模型：式中，R、L为负载的电阻、电感，E为直流侧电压的一半，Ts为系统的采样周期，I为单元矩阵；输出电流误差计算：式中，上标*为给定参考值，为α-β坐标系给定电流参考值，为K+1周期第一个开关矢量作用整个控制周期Ts后tk+2时刻α坐标轴预测电流值，为K+1周期第一个开关矢量作用整个控制周期Ts后tk+2时刻β坐标轴预测电流值。进一步的，步骤(3)的方法具体如下：(4.1)对两电平所有有效矢量进行全周期Ts的预测运算，根据评价函数，计算逆变器所有有效开关矢量的作用误差值gi，i＝1,2...本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种两段式有限集模型预测控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：/n(1)对t

【技术特征摘要】
1.一种两段式有限集模型预测控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)对tk时刻逆变器输出电流进行采样，获取电流实际值[iα(tk),iβ(tk)]，下标α、β指两相静止坐标系α-β坐标系，iα(tk)为α坐标轴K周期起始时刻实际值，iβ(tk)为β坐标轴K周期起始时刻实际值，将K-1周期所选的两个开关矢量在K周期作用于逆变器，第一个矢量作用t1(K)时间，第二个矢量作用t2(K)时间，进行控制延时补偿，根据预测模型计算补偿后tk+1时刻预测电流值；
(2)将K周期作用于逆变器的第二个开关矢量S2(K)选定为K+1周期的第一个开关矢量S1(K+1)，并计算该矢量作用整个控制周期Ts逆变器输出电流误差值；
(3)对两电平所有有效矢量进行全周期Ts的预测运算，根据评价函数求取作用误差，并根据作用时间与作用误差成反比原则求取第一个开关矢量与逆变器所有有效矢量进行组合时分别的作用时间t1(i),t2(i),i＝1,2.....8，t1(i)为K+1周期第一个开关矢量与逆变器所有有效矢量进行组合时第一个开关矢量作用时间，t2(i)为K+1周期第一个开关矢量与逆变器所有有效矢量进行组合时每个有效矢量对应的作用时间；
(4)根据步骤(3)所求不同开关组合对应的作用时间t1(i),t2(i),i＝1,2.....8，首先对K+1周期第一个开关矢量进行预测运算，使第一个开关矢量作用t1(i)时间，得到作用结束时刻输出电流预测值；其次，以K+1周期第一个开关矢量作用t1(i)结束时刻预测电流值为起始值，按照步骤(3)中第一个矢量与逆变器有效矢量不同组合，使逆变器有效矢量作用t2(i)时间，计算得到K+1周期结束时刻的输出电流预测值，实现两段式模型预测控制，根据评价函数求取输出电流误差值，选取电流跟随性最好，即误差值最小的一组开关组合作为K+1周期要作用的两个开关矢量，该组合中的有效矢量即为K+1周期的第二个开关矢量S2(K+1)，输出K+1周期第二个开关矢量以及开关组合中两个开关矢量分别对应的作用时间；
(5)下一控制周期重复上述过程。


2.根据权利要求1所述的一种两段式有限集模型预测控制方法，其特征在于，步骤(1)的方法具体如下：
(1.1)对tk时刻逆变器输出电流进行采样，获取电流实际值[iα(tk),iβ(tk)]，下标α、β指两相静止坐标系α-β坐标系，iα(tk)为α坐标轴K周期起始时刻实际值，iβ(tk)为β坐标轴K周期起始时刻实际值；将K-1周期所选的两个开关矢量作用于逆变器，第一个矢量作用t1(K)时间，第二个矢量作用t2(K)时间，其中S1(K)＝(S1a(K),S1b(K),S1c(K))，S2(K)＝(S2a(K),S2b(K),S2c(K))，K表示第K周期，下标1表示K周期第一个开关矢量，下标2表示K周期第二个开关矢量，下标a，b，c指逆变器三相桥臂，S1a(K)，S1b(K)，S1c(K)分别为K周期a相，b相，c相第一个开关矢量，S2a(K)，S2b(K)，S2c(K)分别为K周期a相，b相，c相第二个开关矢量；
(1.2)延时补偿，根据两电平逆变器系统预测模型，施加K周期第一个开关矢量S1(K)作用于逆变器，计算该矢量作用t1(K)时间后电流预测值i1(t1)，其中，i1(t1)＝[i1α(t1),i1β(t1)]；
(1.3)施加第二个开关矢量S2(K)，并以i1(t1)作为第二个开关矢量输出电流预测计算的实际值，得到S2(K)作用t2(K)时间后的tk+1时刻电流预测值
所述两电平逆变器带阻感负载的FCS-MPC系统，第一个开关矢量输出电流计算预测模型：



第二个开关矢量输出电流计算预测模型：



式中，R、L为负载的电阻、电感，E为直流侧电压的一半，上标p指模型预测值，为tk+1时刻α坐标轴预测电流值，为tk+1时刻β坐标轴预测电流值，i1α(t1)为K周期第一个开关矢...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇，王贵峰，朱拓基，王远，买迪尼古力·阿不都赛米，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32