一种应用于三相全桥逆变器的双矢量模型预测控制方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于三相全桥逆变器的双矢量模型预测控制方法，具体为：采样

【技术实现步骤摘要】
一种应用于三相全桥逆变器的双矢量模型预测控制方法


[0001]本专利技术属于三相全桥逆变器控制
，尤其涉及一种应用于三相全桥逆变器的双矢量模型预测控制方法
。

技术介绍

[0002]三相全桥逆变器的电路结构如图1所示
。
整个逆变电路由输入侧直流电压源
U
dc
、6
个
MOSFET
开关管（
S1
‑
S6
）组成的全桥
、
滤波电感
L、
滤波电容
C
和纯阻性负载
R
组成
。
[0003]目前，三相全桥逆变电路的主要控制方法有比例积分电流控制
、
滞环电流控制和模糊控制
。
比例积分电流控制结构简单
、
控制精度高，但是参数整定困难
、
抗干扰能力弱；滞环控制响应速度快
、
鲁棒性强，但需要很高的采样频率，故只适用于控制精度不高的应用场合；模糊控制不需要过程的精确数学模型
、
鲁棒性强，但是控制精度低
、
动态响应差
。
[0004]由于模型预测控制（
Model predictive control, MPC
）是一种基于数学模型的闭环系统优化的控制策略，其控制算法的核心是
:
预测未来的系统动态模型，在线实时优化计算模型数据并滚动实时地进行控制以及反馈校正模型所产生的偏差
。
因此，模型预测控制具有控制精度高
、
鲁棒性强等优点，可以有效地克服控制过程中的不确定性
、
非线性和并联性，并能简单的处理过程中被控变量和操纵变量中的各种制约
。
因此，模型预测控制在解决三相全桥逆变器中的输出电压
、
输出电流等电能质量上有着出色的能力
。
[0005]模型预测控制首先通过对三相全桥逆变器建立数学模型，根据当前测量值和数学模型预测下一时刻的值，通过寻找代价函数的最小值选定最优电压矢量，从而求解最优的开关状态
。
[0006]图2为三相全桥逆变器的模型预测控制框图，通过图中的各个模块构成了闭环的控制回路
。
其中预测控制模块和价值函数模块是控制的核心
。
通过对下一时刻电压值的预测以及价值函数的寻优，就可以得到最优的开关动作，从而完成对三相全桥逆变器的模型预测控制
。
[0007]就三相全桥逆变器而言，传统模型预测控制中的最优电压矢量作用于整个采样周期，且仅有7组开关电压矢量，选择的局限性太大，寻优次数太少，当最优电压矢量作用后的预测值小于或大于参考值时，会造成较大的波动，从而使系统的谐波增大，因此，许多模型预测控制新的研究方向也应运而生，如延时补偿
、
价值函数优化以及增加矢量个数等方法
。
同时，传统模型预测控制策略一般只预测
k+1
时刻时的负载输出电压值，预测步骤小，而
MPC
是实时滚动优化控制，因此相比于预测
k+1
时刻的电压值，预测
k+2
时刻时的电压值更能使预测值与参考值的完全平方差的值最小，从而提高逆变器的稳动态性能
。
[0008]由于传统的模型预测为单个周期且只执行一次开关动作的控制，局限性较大
。
所以，在同一周期内增加开关动作次数的方法成为了近几年学者们研究的热点
。
有文献采用了多个电压矢量叠加的模型预测控制方法控制逆变器，通过双电压矢量占空比的控制策略，将一个零电压矢量与一个非零电压矢量相组合，改变了调节电压矢量的幅值；并利用
SVPWM
的思想将各个扇区中的相邻有效电压矢量和非零电压矢量组合来控制逆变器
。
但由
于这种方法的寻优次数太少，导致控制的精确程度不够
。

技术实现思路

[0009]本专利技术针对三相全桥逆变器中的输出电压稳态特性和谐波含量进行改进，提供一种应用于三相全桥逆变器的双矢量模型预测控制方法
。
[0010]本专利技术的一种应用于三相全桥逆变器的双矢量模型预测控制方法，包括以下步骤：步骤
1、
采样
k
时刻在
αβ
坐标轴下的负载输出电压
u
c
(k)、
滤波电流
i(k)
和负载输出电流
i
o
(k)。
[0011]步骤2：预测在采样时刻
k+2
时的负载输出电压值
u
c
(k+2)
：：，式中，
L
为滤波电感，
C
为滤波电容，
T
s
为采样周期；
V
i
α
(k)
和
V
i
β
(k)
分别为
k
时刻
αβ
坐标轴下的逆变器输出电压，
i
α
(k)
和
i
β
(k)
分别为
k
时刻
αβ
坐标轴下的电感电流，
u
c
α
(k)
和
u
c
β
(k)
分别为
k
时刻
αβ
坐标轴下的负载输出电压，
i
o
α
(k)
和
i
o
β
(k)
分别为
k
时刻
αβ
坐标轴下的负载输出电流
。
[0012]将预测到的负载输出电压值代入下式中计算价值函数：式中，为
α
坐标轴上的输出电压参考值；为
β
轴上的输出电压参考值
。
[0013]步骤3：比较7个不同电压矢量作用下的价值函数值，选择使
g
最小的电压矢量为下一个采样时刻
k+1
的第一个作用电压矢量
。
[0014]步骤4：根据下式分配步骤3得出的第一个作用电压矢量与7个不同电压矢量的作用时间：式中，
t1和
t2分别为第一个电压矢量和第二个电压矢量的作用时间；
g1和
g2分别为第一个最优电压矢量和第二个电压矢量下的价值函数值
。
[0015]将两个电压矢量和作用时间按下式进行合成，得到7组电压矢量组合；式中，
V1为第一个作用时间下的最优电压矢量，
V2为第二个作用时间下的电压矢量
。
[0016]步骤5：将得到的电压矢量组合代入下式，得出新的...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种应用于三相全桥逆变器的双矢量模型预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
1、
采样
k
时刻在
αβ
坐标轴下的负载输出电压
u
c
(k)、
滤波电流
i(k)
和负载输出电流
i
o
(k)
；步骤2：预测在采样时刻
k+2
时的负载输出电压值
u
c
(k+2)
：：，式中，
L
为滤波电感，
C
为滤波电容，
T
s
为采样周期；
V
i
α
(k)
和
V
i
β
(k)
分别为
k
时刻
αβ
坐标轴下的逆变器输出电压，
i
α
(k)
和
i
β
(k)
分别为
k
时刻
αβ
坐标轴下的电感电流，
u
c
α
(k)
和
u
c
β
(k)
分别为
k
时刻
αβ
坐标轴下的负载输出电压，
i
o
α

【专利技术属性】
技术研发人员：杨平，李思洁，于耀宗，叶峻涵，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：