[发明专利]一种带控制误差补偿的双环预测控制方法

权利要求书

1.一种带控制误差补偿的双环预测控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(S1)列出单相电压型逆变器离散化状态方程，并测量相关变量：

选择输出电压值V₀(k)、滤波电感电流值i_L(k)作为单相电压型逆变器的状态变量，V_r(k)作为单相电压型逆变器的控制输入变量，y_c(k)作为被控输出变量以及i₀(k)作为干扰变量；根据基尔霍夫电压定律(Kirchhoff Voltage Law,KVL)和基尔霍夫电流定律(Kirchhoff Current Law,KCL)列出单相电压型逆变器离散时刻的状态方程：

式中：d[]/dt表示状态变量的微分值；L、C分别表示单相电压型逆变器交流侧的滤波电感值和滤波电容值；V₀(k)、i_L(k)分别表示单相电压型逆变器k采样时刻的输出电压值和滤波电感电流值，作为单相电压型逆变器的状态变量；V_in(k)表示k采样时刻单相电压型逆变器交流侧电压值；i₀(k)表示k采样时刻的输出电流值,作为单相电压型逆变器的干扰变量；y_c(k)表示k采样时刻的被控输出变量；

设定单相电压型逆变器的采样周期为T，根据前进欧拉法，对状态方程的微分项进行离散化，得单相电压型逆变器离散化状态方程：

式中：V₀(k+1)、i_L(k+1)分别表示k+1采样时刻的输出电压值和滤波电感电流值；其他变量的声明同式(1)相同；

对单相电压型逆变器的状态变量V₀(k)、i_L(k)、控制输入变量V_r(k)，被控输出变量y_c(k)和干扰变量i₀(k)进行测量；

(S2)定义离散李雅普诺夫函数保证单相电压型逆变器全局稳定性：

根据李雅普诺夫稳定性第二定理，设定离散李雅普诺夫函数：

式中：L_sw(k)表示所设定的李雅普诺夫函数在k采样时刻的函数值；V₀(k)、i_L(k)分别表示单相电压型逆变器k采样时刻的输出电压值和滤波电感电流值；V_r(k)、i_r(k)分别表示V₀(k)、i_L(k)所对应k采样时刻的参考变量值；L、C分别表示滤波电感值和滤波电容值；

则单相电压型逆变器的李雅普诺夫函数增量表达式表示为：

式中：ΔL_sw(k+1)表示k+1采样时刻李雅普诺夫函数的增量值；V₀(k+1)、i_L(k+1)分别表示单相电压型逆变器k+1采样时刻的输出电压值和滤波电感电流值；V_r(k+1)、i_r(k+1)分别表示V₀(k+1)、i_L(k+1)所对应k+1采样时刻的参考变量值；其他变量表示同式(3)声明；

根据李雅普诺夫函数直接法，单相电压型逆变器的李雅普诺夫函数必须满足以下条件：

1)L_sw(0)＝0；

2)L_sw(x(k))0，x(k)≠0；

3)L_sw(x(k))→∞as||x(k)||→∞；

4)ΔL_sw(x(k))0，x(k)≠0；

上述：L_sw(0)表示x(k)＝0时单相电压型逆变器的李雅普诺夫函数值；L_sw(x(k))表示k采样时刻x(k)所对应的李雅普诺夫函数值；ΔL_sw(x(k))表示k采样时刻x(k)所对应的李雅普诺夫函数增量值；x(k)表示状态变量V₀(k)、i_L(k)；

(S3)为外环控制引入控制误差补偿，结合无差拍控制原理，计算内环控制参考值：

设定外环控制的控制误差补偿：外环控制采用无差拍控制，根据无差拍控制原理：

V_r(k+1)-V₀(k+1)＝0 (5)

定义外环控制的控制误差补偿率：

V_r(k+1)-V₀(k+1)＝β(V_r(k)-V₀(k)) (6)

式中：β表示外环控制的控制误差系数；其他变量声明与式(4)相同；

根据式(2)得单相电压型逆变器离散KCL方程：

结合式(5)、(6)和(7)得电压外环控制率：

(S4)为内环控制引入控制误差补偿，结合无差拍控制原理，计算相应的调制信号；

(S5)列出李雅普诺夫函数增量表达式，根据要求，求出最优的控制误差系数；最后，将调制信号输入至调制单元，与三角波进行比较，计算相应开关组合并作用于单相电压型逆变器，具体包括：

李雅普诺夫函数的增量表达式为：α表示内环控制的控制误差系数；根据单相电压型逆变器稳定时的条件，同时结合单相电压型逆变器脉冲传递函数对应的波特图，综合考虑稳态性能和动态性能，计算最优的α和β值；最后，将内环控制输出的调制信号输入至调制单元，与三角波进行比较，计算相应的开关组合并作用于单相电压型逆变器。

2.根据权利要求1所述的一种带控制误差补偿的双环预测控制方法，其特征在于：在(S4)中，设定内环控制的控制误差补偿：

内环控制采用无差拍控制，根据无差拍控制原理：

i_r(k+1)-i_L(k+1)＝0 (9)

定义控制误差补偿率：

i_r(k+1)-i_L(k+1)＝α(i_r(k)-i_L(k)) (10)

式中：α表示内环控制的控制误差系数；其他变量声明与式(4)相同；

根据式(2)得单相电压型逆变器离散KVL方程：

且

V_in(k)＝d^*V_dc (12)

式中：V_in(k)表示k采样时刻单相电压型逆变器的单相电压型逆变器交流侧电压值；V_dc表示直流侧电压值；d^*表示调制信号；

结合式(9)、(10)、(11)和(12)计算得调制信号：