一种基于双频预触发的模型预测控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于双频预触发的模型预测控制方法，在每个开关周期进行一次采样和控制更新，并将采样和控制更新的时间提前，且在对开关周期采样前，对开关进行预触发，使采样触发时间提前一个固定时间，从而可以去除累积误差。本发明专利技术在不提升电力电子变换器的开关频率前提下，实现了模型预测控制带宽的提升。实现了模型预测控制带宽的提升。实现了模型预测控制带宽的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双频预触发的模型预测控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子控制和模型预测控制领域，尤其涉及一种基于双频预触发的模型预测控制方法。

技术介绍

[0002]现有的模型预测控制技术是基于单频触发，即每个开关周期进行一次采样、控制输出计算和更新，并且采样和计算需要一定时间，从而带来了一定的延时。模型预测控制应用于电力电子场景的框图如图1所示，主要由预测模块和最小化成本模块组成。被控量为x(k)及其被控量的参考值为x
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(k)，模型预测控制的输出为u(k)，其中k为某一控制时刻。预测模块基于目前的被控量状态，将电力电子变换器中所有开关状态组合，预测出下一步被控量的状态。被控量一般为电力电子变换器的电压或电流。而最小化成本模块的成本函数一般定为被控量与其参考值的差值，该模块的目标则是选择预测模块中给出的一个最优开关状态，使得成本函数最低，即使得被控量等于其参考值。模型预测控制技术的流程，如图2所示。
[0003]现有的模型预测控制是基于单频触发，即每个开关周期进行一次采样、控制计算和更新，因此控制带宽受限于开关频率并且控制的稳态误差受到所采用模型的准确性影响。由图3可以看出，所计算的新的控制变量是基于采样时的数据，而控制变量的更新由于采样、计算和更新需要一定时间，从而带来了控制的延时。该延时使得受控量的波形有较大的波动。并且，模型预测控制的准确性严重依赖于所用模型的准确性，如果所用模型与实际系统参数误差，会导致被控量产生稳态误差，即无法控制到其给定参考值。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种基于双频预触发的模型预测控制方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种基于双频预触发的模型预测控制方法，在每个开关周期进行一次采样和控制更新，并且将采样和控制更新的时间提前，
[0007]同时依据传统的模型预测控制的模型两步预测为：
[0008]x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)+D
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(1)
[0009]x(k+2)＝Ax(k+1)+Bu(k+1)+D
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(2)
[0010]其中，x为系统状态变量；
[0011]u为系统输入变量；
[0012]A、B和D为系统线性化后的线性系统参数矩阵；
[0013]k为任意一个时刻；
[0014]如果模型参数存在误差时，即A、B和D产生变化，变为和则公式(1)和(2)转变为：
[0015][0016][0017]其中，为在模型有误差时，系统状态变量的估计；
[0018]将(3)和(4)分别减去(1)和(2)，可以得到误差量为：
[0019]Δx(k+1)＝ΔAx(k)+ΔBu(k)+ΔD
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(5)
[0020][0021]其中，由公式(6)中可以得出，模型不准确造成的误差主要为两部分，第一部分为当前误差part1，第二部分为积累误差part2，根据第二部分的累积误差，对开关进行预触发，使将采样触发时间提前一个固定时间，使得可以去除累积误差。
[0022]优选地，所述的一种基于双频预触发的模型预测控制方法，将采样触发时间提前一个固定时间，该固定时间应该远小于一半开关周期，但同时能够有足够时间完成采样、控制量计算和控制更新。
[0023]优选地，所述的一种基于双频预触发的模型预测控制方法，采样、控制量计算和控制更新都在所述固定时间内完成。
[0024]借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：
[0025]本专利技术利用双频预触发机制，在没有硬件改动的前提下，有效提升了控制带宽，有效提高了模型预测控制的控制效果。同时，所提出的预触发机制，可以有效提升模型预测控制的鲁棒性，降低其对精准模型的依赖，在实际参数与模型有误差的前提下也能较好的控制被控量，降低稳态误差。
[0026]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0028]图1是本专利技术现有模型预测控制应用于电力电子变换器框图；
[0029]图2是本专利技术现有模型预测控制流程框图；
[0030]图3是本专利技术现有模型预测控制采样图；
[0031]图4是本专利技术双频预触发采样图；
[0032]图5a是未采用本专利技术在模型预测控制的波形图；
[0033]图5b是采用本专利技术在模型预测控制的波形图。
具体实施方式
[0034]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例
中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0035]因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0036]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0037]在本申请的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0038]此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或竖直，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
[0039]在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双频预触发的模型预测控制方法，其特征在于，在每个开关周期进行一次采样和控制更新，并且将采样和控制更新的时间提前。依据传统的模型预测控制的模型两步预测为：x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)+D
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(1)x(k+2)＝Ax(k+1)+Bu(k+1)+D
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(2)其中，x为系统状态变量；u为系统输入变量；A、B和D为系统线性化后的线性系统参数矩阵；k为任意一个时刻如果模型参数存在误差时，即A、B和D产生变化，变为和则公式(1)和(2)转变为：为：其中，为在模型有误差时，系统状态变量的估计；将(3)和(4)分别减去(1)和(2)，可以得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：董清华，沈佳斌，董震，周洪雷，
申请(专利权)人：苏州溯驭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：