主動前端整流器魯棒定頻式模型預測控制方法
2023-05-13 04:16:01
專利名稱：主動前端整流器魯棒定頻式模型預測控制方法
技術領域：
本發明涉及主動前端整流器的控制方法，屬於電力電子功率變換裝置控制領域， 特別涉及一種主動前端整流器魯棒定頻式模型預測控制方法。
背景技術：
模型預測控制是一種根據控制對象模型來預測其未來響應的控制算法。算法中包含一個根據控制目標進行定義的價值函數。通過最小化此價值函數，算法在每個採樣周期預測得到最有效的電壓矢量，並作為下個採樣周期的作用矢量。模型預測控制需要根據數學模型預測對象下一時刻的運行狀態，其對模型的準確性要求較高。電路參數的變化將導致控制系統參數標稱值與系統實際參數值不匹配，進而影響模型預測控制的穩定性和魯棒性，降低系統的控制品質。
有學者將模型參數不匹配對系統造成的影響作為擾動量，採用觀測器通過前饋補償來消除系統擾動，增強控制系統魯棒性。該算法雖然可以消除模型誤差對控制系統的影響，但算法均較為複雜，因此將增加控制器負擔，提高系統成本。程序的運算時間大大增加， 進而影響控制效果。
因此，有必要設計一種主動前端整流器魯棒定頻式模型預測控制方法，在控制系統運行時，可消除控制對象模型參數與控制系統參數不匹配對系統的影響，有效增強模型預測控制系統的魯棒性，且算法簡單、計算量小。發明內容
本發明的目的在於解決現有模型預測控制方法中存在的問題，提供了一種主動前端整流器定頻式模型預測控制方法，該方法算法簡單、計算量小、易於實現，可有效消除模型參數不匹配對系統造成的影響，提高模型預測控制系統的魯棒性。
本發明的技術方案為一種主動前端整流器定頻式模型預測控制方法，其特徵在於包括以下步驟(I)、檢測主動前端整流器系統三相電網電壓、三相輸入電流和直流母線電壓；(2)、將檢測到的三相電網電壓和三相輸入電流經過3/2變換模塊得到兩相靜止坐標系下的電網電壓和輸入電流，將兩相靜止坐標系下的電網電壓信號經過軟體鎖相環，得到電網電壓位置角和電網電壓角速度，以電壓位置角度為變換角對兩相靜止坐標系下的電網電壓和輸入電流值進行Park變換，得到兩相旋轉坐標系下的電網電壓和輸入電流；(3)、將直流母線電壓參考值與步驟(I)得到的直流母線電壓實際值做差，經過PI控制器得到同步旋轉坐標系下d軸電流參考值，設q軸電流參考值為O; (4)、將α β平面分為六個扇區，根據電壓位置角度，確定電網電壓矢量所在扇區，選擇與電網電壓矢量所在扇區相鄰的兩個電壓矢量和零矢量作為作用矢量，根據開關表和直流母線電壓得到以上選擇的兩相靜止坐標系下的兩個電壓矢量和零矢量對應的電壓值，將此電壓值經過Park變換，得到兩相旋轉坐標系下對應的輸入電壓值；(5)、將步驟(2)得到的兩相旋轉坐標系下的電網電壓和輸入電流值、步驟(4)得到的兩相旋轉坐標系下的輸入電壓作為電流預測模型的輸入，得到d、q 軸電流的變化率；(6)、分別將上一時刻各作用矢量作用下的d軸電流的變化率與其相對應的作用時間相乘，將相乘的結果分別求和，將計算結果加上上一時刻的d軸輸入電流，得到上一時刻的d軸預測電流。同理，分別將上一時刻各作用矢量作用下的q軸電流的變化率與其相對應的作用時間相乘，將相乘的結果分別求和，將計算結果加上上一時刻的q軸輸入電流，得到上一時刻的q軸預測電流。(7)、將當前時刻的d、q軸輸入電流分別與步驟(6) 得到的d、q軸預測電流作差，得到d、q軸電流預測誤差。(8)、採用步驟(2)得到的兩相旋轉坐標系下的輸入電流值、步驟(3)得到的d、q軸電流參考值、步驟(5)得到的d、q軸電流的變化率以及步驟(7)得到的d、q軸電流預測誤差作為矢量持續時間計算模塊的輸入，得到各矢量的作用時間；(9)、將步驟⑶中的到的各矢量作用時間輸入到調製器，將調製器輸出的開關位置信號作為控制功率器件的開關信號。
作為進一步的實施方式，步驟(8)中所述矢量持續時間計算模塊的表達式為
權利要求
1.一種主動前端整流器魯棒定頻式模型預測控制方法，其特徵在於包括以下步驟(I)、檢測主動前端整流器系統三相電網電壓、三相輸入電流和直流母線電壓；(2)、將檢測到的三相電網電壓和三相輸入電流經過3/2變換模塊得到兩相靜止坐標系下的電網電壓和輸入電流，將兩相靜止坐標系下的電網電壓信號經過軟體鎖相環，得到電網電壓位置角和電網電壓角速度，以電壓位置角度為變換角對兩相靜止坐標系下的電網電壓和輸入電流值進行Park變換，得到兩相旋轉坐標系下的電網電壓和輸入電流；(3)、將直流母線電壓參考值與步驟(I)得到的直流母線電壓實際值做差，經過PI控制器得到同步旋轉坐標系下d軸電流參考值，設q軸電流參考值為O; (4)、將α β平面分為六個扇區，根據電壓位置角度，確定電網電壓矢量所在扇區，選擇與電網電壓矢量所在扇區相鄰的兩個電壓矢量和零矢量作為作用矢量，根據開關表和直流母線電壓得到以上選擇的兩相靜止坐標系下的兩個電壓矢量和零矢量對應的電壓值，將此電壓值經過Park變換，得到兩相旋轉坐標系下對應的輸入電壓值；(5)、將步驟(2)得到的兩相旋轉坐標系下的電網電壓和輸入電流值、步驟(4)得到的兩相旋轉坐標系下的輸入電壓作為電流預測模型的輸入，得到d、q軸電流的變化率；(6)、分別將上一時刻各作用矢量作用下的d軸電流的變化率與其相對應的作用時間相乘，將相乘的結果分別求和，將計算結果加上上一時刻的d軸輸入電流，得到上一時刻的d軸預測電流，同理，分別將上一時刻各作用矢量作用下的q軸電流的變化率與其相對應的作用時間相乘，將相乘的結果分別求和，將計算結果加上上一時刻的q軸輸入電流，得到上一時刻的q軸預測電流；(7)、將當前時刻的d、q軸輸入電流分別與步驟(6)得到的d、q軸預測電流作差，得到d、q軸電流預測誤差；(8)、採用步驟(2)得到的兩相旋轉坐標系下的輸入電流值、步驟⑶得到的d、q軸電流參考值、步驟(5)得到的d、q軸電流的變化率以及步驟(7)得到的d、q軸電流預測誤差作為矢量持續時間計算模塊的輸入，得到各矢量的作用時間；(9)、將步驟(8)中的到的各矢量作用時間輸入到調製器，將調製器輸出的開關位置信號作為控制功率器件的開關信號。
2.根據權利要求I所述的主動前端整流器魯棒定頻式模型預測控制方法，其特徵在 於所述步驟(8)中矢量持續時間計算模塊的表達式為
全文摘要
本發明公開了一種主動前端整流器魯棒定頻式模型預測控制方法。本發明的技術方案要點為一種主動前端整流器魯棒定頻式模型預測控制方法，該方法在控制對象模型參數與實際參數不匹配時，通過計算實際電流與預測電流的差值並實時對預測模型進行補償，進而提高模型預測精度，獲得各矢量的準確作用時間。將矢量作用時間經過調製器得到控制功率器件的開關信號。本發明的主動前端整流器魯棒定頻式模型預測控制方法，可消除模型參數不匹配對控制系統造成的影響，增強了模型預測控制系統的魯棒性，在預測模型存在較大誤差情況下實現了主動前端整流器的穩定運行。
文檔編號H02M7/12GK102931856SQ20121045953
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月15日 優先權日2012年11月15日
發明者王萌, 高金輝, 施豔豔 申請人:河南師範大學