一种基于基波调制策略的模型预测控制的DAB变换器及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于基波调制策略的模型预测控制的DAB变换器及装置，针对于在DAB变换器的传统控制当中，当DAB变换器发生负载突变时，传统闭环控制的控制参数可能不再适合新的工况，从而造成系统的不稳定的问题，将模型预测控制应用于DAB装置可以更好的提高DAB变换器的动态性能。换器的动态性能。换器的动态性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于基波调制策略的模型预测控制的DAB变换器及装置


[0001]本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种基于基波调制策略的模型预测控制方法及其DAB变换器装置。

技术介绍

[0002]模型预测控制(Model Predict control，MPC)是近年来出现的一种新型的控制策略，其控制思想是：首先对受控对象进行建模，之后再通过对被控对象的预测模型以及当前时刻所采集到的被控对象的信息，预测未来被控对象的状态，在线对此状态求解，使得被控对象的值不断逼近给定值，最终得到控制变量并作用于系统，在下一个采样时刻重复这一过程。以上过程可以和概括为建立模型、模型预测、滚动优化、误差补偿。
[0003]传统的闭环控制是在设计者通过在系统正常工作模式下所计算出的一套闭环控制参数，例如PID中的三个控制变量值，最终应用于系统中。但这套参数在系统工况变化时，难以快速且准确的对系统运行状态的变换进行响应，而由于模型预测控制的思想是针对被控对象的模型进行在线的优化与求解，因此不论系统工况如何变化，都能够带入所得出的模型当中进行优化，从而能够适应多种不同的工况，且因为采样周期较短，整个变换器的动态性能会远优于传统控制。
[0004]在应用于DAB变换器的传统控制当中，由于闭环控制参数是在离线状态下针对DAB的一种负载情况下优化得出的，所以当DAB变换器发生负载突变时，传统闭环控制的控制参数可能不再适合新的工况，从而造成系统的不稳定。
[0005]因此，为了解决DAB变换器在传统控制方法的弊端，可以将模型预测控制引入电力电子变换器当中。

技术实现思路

[0006]针对
技术介绍
所存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于基波调制策略的模型预测控制方法及装置。该控制方法具体的实现方法是：通过采样电路采样输出电压V
o
、输出电流I
o
的实时值，并将其送入控制模块当中，通过控制模块的计算得出使得成本函数ct最小的相移值d1、d2、最终使得所控制的输出电压为给定值V
o_ref
。模型预测控制方法将具有动态性能好，较宽的工作范围，较低的RMS电流等优点。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0008]1.一种基于双有源桥(Dual Active Bridge，DAB)变换器的基于基波占空比调制(Fundament
‑
al Duty Modulation，FDM)的模型预测控制(Model Predict Control，MPC)，其特征在于，包括下列步骤：
[0009]1)通过在时域内对DAB的桥臂电压v1(t)与v2(t)进行傅里叶分解，取基波分量d
1，α
、d
2，β
、d
2，α
、d
2，β
后，表示出电感电流i
L
(t)的表达式，在基波分量下对电感电流i
L
(t)的RMS的进行优化。
[0010]其中DAB的桥臂电压表达式为：
[0011][0012]2)将在傅里叶分解下已优化的基波分量转换为时域下的相移比d1、d2、d3，具体公式如下所示：
[0013][0014]d2＝0.5
[0015][0016]3)将DAB变换器在时域上通过简化平均模型进行简化。
[0017]4)针对DAB变换器的输出直流母线电压的预测模型构造成本函数。
[0018]5)根据输出直流母线电压的价值函数和交流测输出电压预测模型构建MPC控制器。
[0019]6)根据步骤4)与步骤5)得到的相应模型与控制器对其输出电压进行控制。
[0020]2.如权利要求1所述的模型预测控制，其特征在于，步骤1)的具体内容为：
[0021]通过在时域内对DAB的桥臂电压v1(t)与v2(t)进行傅里叶分解，取基波分量d
1，α
、d
2，β
、d
2，α
、d
2，β
后，表示出电感电流i
L
(t)的表达式，在基波分量下对电感电流i
L
(t)的RMS的进行优化。其中电感电流由基波分量表示的RMS为：
[0022][0023]优化后电感电流RMS的值为：
[0024][0025]当输出一定功率时，优化后的基于基波调制的基波分量的值为：
[0026]D
1，α
＝0
[0027][0028][0029][0030]其中P
o
为输出的功率，X
L
＝ωL，V
i
为输入电压，V
o
为输出电压，I
o
为输出电流。
[0031]3.根据权利1中的步骤3)的基于DAB数学时域模型所能够得出的输出电压的离散数学模型可以表示为：
[0032][0033]其中V
o
[k+2]为预测出来的k+2时刻的输出电压，V
o
[k]为当前时刻采样到的输出电
压，i
o_2
[k]为当前时刻副边的平均电流，i
o_2
[k+1]为所预测的k+1时刻副边平均电流。
[0034]4.根据权利1中的步骤4)所构造的控制输出电压的成本函数的函数表达式如下所示：
[0035]ct＝(V
o_ref
‑
V[k+2])2+u
·
(V
o
[k+2]‑
V
o
[k+1])
[0036]其中V
o_ref
为输出电压参考值；V
o
[k+1]与V
o
[k+2]为所预测的k+1时刻与k+2时刻的输出电压；u为两个成本函数之间的系数之比。
[0037]5.如权利要求2所述的基于基波占空比调制的模型预测控制，其特征在于，将基波分量d
1，α
、d
2，β
、d
2，α
、d
2，β
转化为实际上的相移比d1、d2、d3，其中的转换公式为：
[0038][0039]d2＝0.5
[0040][0041]其中FDM中的相移比d1，d2，d3转化为简化平均模型的相移比D1，D2，D3转化公式为：
[0042]D1＝1
‑
2d1[0043]D2＝2d3[0044]D3＝0
[0045]6.如权利1要求所述的步骤5)中的MPC控制器，其特征在于下列步骤：
[0046]51)对DAB变换器工作在拓展移相控制(Extend Phase Shift,EPS)的模型进行建模
[0047]52)获取当前时刻的输出电压V
o
[k]与输出电流I
o
[k]。
[0048]53)计算得出在控制变量d
1，β
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)变换器的基于基波占空比调制(Fundament
‑
al Duty Modulation,FDM)的模型预测控制(Model Predict Control,MPC)，其特征在于，包括下列步骤：1)通过在时域内对DAB的桥臂电压v1(t)与v2(t)进行傅里叶分解，取基波分量d
1，α
、d
2，β
、d
2，α
、d
2，β
后，表示出电感电流i
L
(t)的表达式，在基波分量下对电感电流i
L
(t)的RMS的进行优化。其中DAB的桥臂电压表达式为：2)将在傅里叶分解下已优化的基波分量转换为时域下的相移比d1、d2、d3，具体公式如下所示：d2＝0.53)将DAB变换器在时域上通过简化平均模型进行简化。4)针对DAB变换器的输出直流母线电压的预测模型构造成本函数。5)根据输出直流母线电压的价值函数和交流测输出电压预测模型构建MPC控制器。6)根据步骤4)与步骤5)得到的相应模型与控制器对其输出电压进行控制。2.如权利要求1所述的模型预测控制，其特征在于，步骤1)的具体内容为：通过在时域内对DAB的桥臂电压v1(t)与v2(t)进行傅里叶分解，取基波分量d
1，α
、d
2，β
、d
2，α
、d
2，β
后，表示出电感电流i
L
(t)的表达式，在基波分量下对电感电流i
L
(t)的RMS的进行优化。其中电感电流由基波分量表示的RMS为：优化后电感电流RMS的值为：当输出一定功率时，优化后的基于基波调制的基波分量的值为：D
1,α
＝0＝0＝0
其中P
o
为输出的功率，X
L
＝ωL，V
i
为输入电压，V
o
为输出电压，I
o
为输出电流。3.根据权力1中的步骤3)的基于DAB数学时域模型所能够得出的输出电压的离散数学模型可以表示为：其中V
o
[k+2]为预测出来的k+2时刻的输出电压，V
o
[k]为当前时刻采样到的输出电压，i
o_2
[k]为当前时刻副边的平均电流，i
o_2
[k+1]为所预测的k+1时刻副边平均电流。4.根据权力1中的步骤4)所构造的控制输出电压的成本函数的函数表达式如下所示：ct＝(V
o_ref
‑
V[k+2])2+u
·
(V
o
[k+2]
‑
V
o
[k+1])其中V
o_ref
为输出电压参考值；V
o
[k+1]与V
o

【专利技术属性】
技术研发人员：陈章勇，郑展超，吴云峰，唐璇，向天宇，韩雨伯，刘翔宇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：