一种基于双频预触发的模型预测控制方法与流程

本发明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。

背景技术：

1、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*(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。

2、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

1、为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于双频预触发的模型预测控制方法。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、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，

4、同时依据传统的模型预测控制的模型两步预测为：

5、x(k+1)＝ax(k)+bu(k)+d                       (1)

6、x(k+2)＝ax(k+1)+bu(k+1)+d                    (2)

7、其中，x为系统状态变量；

8、u为系统输入变量；

9、a、b和d为系统线性化后的线性系统参数矩阵；

10、k为任意一个时刻；

11、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：

12、

13、

14、其中，为在模型有误差时，系统状态变量的估计；

15、将(3)和(4)分别减去(1)和(2)，可以得到误差量为：

16、δx(k+1)＝δax(k)+δbu(k)+δd            (5)

17、

18、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。

19、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。

20、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。

21、借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

22、本发明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。

23、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

技术特征：

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。

2.根据权利要求1所述的一种基于双频预触发的模型预测控制方法，其特征在于：将采样出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。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于双频预触发的模型预测控制方法，其特征在于：采样、控制量计算和控制更新都在所述固定时间内完成。

技术总结
本发明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。

技术研发人员：董清华,沈佳斌,董震,周洪雷
受保护的技术使用者：苏州溯驭技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11