三相逆变器的通用MPC方案设计和对比研究
发布时间：2022-01-09 07:38
为了深入探究模型预测控制（MPC）的设计机理,分析和对比了MPC与传统线性控制器,如比例积分（PI）控制器、比例谐振（PR）控制器的区别和联系,结果表明PI和PR控制器都可视为MPC的特例,即MPC与传统控制器具有内在关联性。进一步,证明了通用MPC框架允许开发者添加原经典控制体系中的新颖技术,从而设计出更为先进的控制器来应对不同电力电子变换器应用场景带来的各种挑战。最后,通过实验验证了所设计的通用MPC方案的性能。
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(10)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图３?ＭＰＣ控制器结构??Ｆｉｇ．?３?ＭＰＣ?ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??９５??
三相逆变器的通用ＭＰＣ方案设计和对比研究??－！＝＞－？￣Ｕ，??－ＣＤ－????＂＾５￣??ｒ—ＣＤ??ＵＣ??＜ｙ＜ｙ￥?Ｉｆ??｜ａｄ—样丨?｜ａｄ采样｜??＾３—４ｇ５＾）］－??Ｓａ＼?５ｂｔ?Ｓｃ＼??Ｈｇｃ（＾）｜?？??＜１＝［Ｍ??图１三相逆变器及其传统控制方案??Ｆｉｇ．?１?Ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ?ｉｎｖｅｒｔｅｒ?ｗｉｔｈ?ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｃｈｅｍｅ??处理饱和后的三相逆变器控制器如图２所??示，ＣＵ）为所选择的电流控制器。ＭＰＣ可视为一??类Ｃ（２），Ｃ（ｚ）与调制器关联，调制器包括ＰＷＭ或??有限控制集。为跟踪误差，Ｗ为负载输入。??图２反饱和形式的经典闭环控制结构??Ｆｉｇ．?２?Ｃｌａｓｓｉｃａｌ?ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｎ?ａｎｔｉｗｉｎｄｕｐ?ｆｏｒｍ??图中＾到＾的传递函数为：??＾４＝—１７ｇ°＿?＝－Ｊ－－－＝Ｃ（＾）?（２）??ｅ（ｚ）?＼＋（ｌ／ｇ〇）Ｃ（ｚ）?ｇ〇＋Ｃ｛ｚ）??３?ＭＰＣ控制器架构??设为系统输入Ａ为测得的输出。考虑系??统噪声和周期扰动后的状态空间模型为：??ｒ?〇?〇?〇??＼ｘＭ＝Ａ＾Ｍ＋Ｂ＾ｋ＋ｎｋ??１?ｄ?〇??［ｄＭ＝Ａ，４ｉ，＋ｎｋ，?ｙｋ＝Ｃ〇Ｋｋ＋Ｃ４ｋ＋ｍｋ??式中：＜，叫和：＾分别为状态矢量、输入矢量和输出矢量；??＜，／！；；和叫为高斯白噪声序列；为周期性扰动；Ａ。，／！．，，??（３）??Ｃ〇，Ｃ，，和队为系数矩阵。??为准确描述周期性扰动，义，，将在单位圆上具??有特征值，恒定扰动可通过选择皋＝１来建模，频??
。??４?ＭＰＣ方案与经典控制方案的内在联系??将通用ＭＰＣ应用于式（１）给出的模型，有：??Ａ?（ｚ）ｉ（ｚ）＝Ｂ（ｚ）ｖ（ｚ）＋ｄ（ｚ）?（１５）??式中：４?（２）＝１－０２＿１；５（２）＝６２＿１；＜＾（２）的选择考虑以下３种??情况：①无扰动；②恒定扰动；③频率为＜Ｕ。的基频扰动。??４．１?有限集ＭＰＣ（无扰动）??在无扰动的情况下，将式（１５）中的＃ｚ）设置??为零，此时有?ａ（ｚ）＝ａ，）８（２ｒ）＝６?，ｙ（ｚ）＝０?和?￡（ｚ）?＝?ｌ，??从而控制器框图如图４ａ所示。图４ａ中约束模块??对应着一个有限控制集，如电压矢量集。有限集??ＭＰＣ电流控制器可换一种等价方式描述为：使用??式（１）所示预测模型将参考电流ｒ转换为，然??后求解有限控制集中与ｔＣ最接近的电压矢量《厂，??ｃｏｎ?Ｉ?〇ｐｔ?｜??ｈ?＝｜Ｍ「Ｍ４?Ｌ，Ｅｌ７。??表１，２为不同扰动下使电流跟踪误差最小的??无约束最优控制器及其特征。为经典控制器??形式，Ｓ（ｚ）为扰动抑制的噪声灵敏度，７Ｘｚ）为参考??跟踪对建模误差的鲁棒性的互补灵敏度。??表１不同扰动模型下的最优控制器??Ｔａｂｌｅ?１?Ｏｐｔｉｍａｌ?ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ?ｆｏｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｍｏｄｅｌｓ??扰动??最优控制器??无扰动??＾〇ｐ．＝ｙ（ｉ＊－０??恒定扰动??ｖ＝；?（ｉ、＞（卜??ｂ?ｌ－ａｚ??基频扰动??１?［■＊?ａＴｌ－＾ｃｏｓＣｗｏ＾Ｄ－ｚ＾＋＾＾ｌ＋＾Ｃｌ－＾＂１）?？?１??（＞ｌ＊?ｂ?ｌ?１?－２＾ｃｏｓ?（〇）（Ａ?）ｚ￣ｌ＋＾ｚ￣２－ｅｚ￣ｌ?（１?－ｚ￣ｘ）?Ｉ??ｅｚ￣＾（＾?１—ｚ－１）??
【参考文献】：
期刊论文
[1]LCL并网逆变器预测电流控制算法[J]. 张晓,谭力,鲜嘉恒,张辉. 电工技术学报. 2019(S1)
[2]基于MMC的优化模型预测控制研究[J]. 聂雄,彭坤,邱强杰. 电力电子技术. 2018(04)
[3]三相电压型逆变器模型预测控制[J]. 沈坤,章兢,王玲,姚晓阳,王坚. 电工技术学报. 2013(12)
本文编号：3578258
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(10)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图３?ＭＰＣ控制器结构??Ｆｉｇ．?３?ＭＰＣ?ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??９５??
三相逆变器的通用ＭＰＣ方案设计和对比研究??－！＝＞－？￣Ｕ，??－ＣＤ－????＂＾５￣??ｒ—ＣＤ??ＵＣ??＜ｙ＜ｙ￥?Ｉｆ??｜ａｄ—样丨?｜ａｄ采样｜??＾３—４ｇ５＾）］－??Ｓａ＼?５ｂｔ?Ｓｃ＼??Ｈｇｃ（＾）｜?？??＜１＝［Ｍ??图１三相逆变器及其传统控制方案??Ｆｉｇ．?１?Ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ?ｉｎｖｅｒｔｅｒ?ｗｉｔｈ?ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｃｈｅｍｅ??处理饱和后的三相逆变器控制器如图２所??示，ＣＵ）为所选择的电流控制器。ＭＰＣ可视为一??类Ｃ（２），Ｃ（ｚ）与调制器关联，调制器包括ＰＷＭ或??有限控制集。为跟踪误差，Ｗ为负载输入。??图２反饱和形式的经典闭环控制结构??Ｆｉｇ．?２?Ｃｌａｓｓｉｃａｌ?ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｎ?ａｎｔｉｗｉｎｄｕｐ?ｆｏｒｍ??图中＾到＾的传递函数为：??＾４＝—１７ｇ°＿?＝－Ｊ－－－＝Ｃ（＾）?（２）??ｅ（ｚ）?＼＋（ｌ／ｇ〇）Ｃ（ｚ）?ｇ〇＋Ｃ｛ｚ）??３?ＭＰＣ控制器架构??设为系统输入Ａ为测得的输出。考虑系??统噪声和周期扰动后的状态空间模型为：??ｒ?〇?〇?〇??＼ｘＭ＝Ａ＾Ｍ＋Ｂ＾ｋ＋ｎｋ??１?ｄ?〇??［ｄＭ＝Ａ，４ｉ，＋ｎｋ，?ｙｋ＝Ｃ〇Ｋｋ＋Ｃ４ｋ＋ｍｋ??式中：＜，叫和：＾分别为状态矢量、输入矢量和输出矢量；??＜，／！；；和叫为高斯白噪声序列；为周期性扰动；Ａ。，／！．，，??（３）??Ｃ〇，Ｃ，，和队为系数矩阵。??为准确描述周期性扰动，义，，将在单位圆上具??有特征值，恒定扰动可通过选择皋＝１来建模，频??
。??４?ＭＰＣ方案与经典控制方案的内在联系??将通用ＭＰＣ应用于式（１）给出的模型，有：??Ａ?（ｚ）ｉ（ｚ）＝Ｂ（ｚ）ｖ（ｚ）＋ｄ（ｚ）?（１５）??式中：４?（２）＝１－０２＿１；５（２）＝６２＿１；＜＾（２）的选择考虑以下３种??情况：①无扰动；②恒定扰动；③频率为＜Ｕ。的基频扰动。??４．１?有限集ＭＰＣ（无扰动）??在无扰动的情况下，将式（１５）中的＃ｚ）设置??为零，此时有?ａ（ｚ）＝ａ，）８（２ｒ）＝６?，ｙ（ｚ）＝０?和?￡（ｚ）?＝?ｌ，??从而控制器框图如图４ａ所示。图４ａ中约束模块??对应着一个有限控制集，如电压矢量集。有限集??ＭＰＣ电流控制器可换一种等价方式描述为：使用??式（１）所示预测模型将参考电流ｒ转换为，然??后求解有限控制集中与ｔＣ最接近的电压矢量《厂，??ｃｏｎ?Ｉ?〇ｐｔ?｜??ｈ?＝｜Ｍ「Ｍ４?Ｌ，Ｅｌ７。??表１，２为不同扰动下使电流跟踪误差最小的??无约束最优控制器及其特征。为经典控制器??形式，Ｓ（ｚ）为扰动抑制的噪声灵敏度，７Ｘｚ）为参考??跟踪对建模误差的鲁棒性的互补灵敏度。??表１不同扰动模型下的最优控制器??Ｔａｂｌｅ?１?Ｏｐｔｉｍａｌ?ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ?ｆｏｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｍｏｄｅｌｓ??扰动??最优控制器??无扰动??＾〇ｐ．＝ｙ（ｉ＊－０??恒定扰动??ｖ＝；?（ｉ、＞（卜??ｂ?ｌ－ａｚ??基频扰动??１?［■＊?ａＴｌ－＾ｃｏｓＣｗｏ＾Ｄ－ｚ＾＋＾＾ｌ＋＾Ｃｌ－＾＂１）?？?１??（＞ｌ＊?ｂ?ｌ?１?－２＾ｃｏｓ?（〇）（Ａ?）ｚ￣ｌ＋＾ｚ￣２－ｅｚ￣ｌ?（１?－ｚ￣ｘ）?Ｉ??ｅｚ￣＾（＾?１—ｚ－１）??
【参考文献】：
期刊论文
[1]LCL并网逆变器预测电流控制算法[J]. 张晓,谭力,鲜嘉恒,张辉. 电工技术学报. 2019(S1)
[2]基于MMC的优化模型预测控制研究[J]. 聂雄,彭坤,邱强杰. 电力电子技术. 2018(04)
[3]三相电压型逆变器模型预测控制[J]. 沈坤,章兢,王玲,姚晓阳,王坚. 电工技术学报. 2013(12)
本文编号：3578258
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