[发明专利]基于新型复合控制算法的逆变器控制方法

权利要求书

1.一种基于新型复合控制计算的逆变器控制方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：对三相逆变器系统建立数学模型；

步骤二：多变量分数阶PI预测函数控制设计；

步骤三：离散时间分数阶PID滑模控制设计；

步骤四：控制系统设计，采用双闭环控制结构，其中电流内环采用离散时间分数阶PID滑模控制方法，电压外环采用多变量分数阶PI预测函数控制方法。

2.按照权利要求1所述的基于新型复合控制计算的逆变器控制方法，其特征在于：所述步骤一具体为，

初始化下列逆变器控制系统的参数：直流母线电压U_DC，交流输出电压U_load，频率f；逆变器输出滤波器C_inv，L_inv；Dy接线变压器R_trans，L_trans；输出滤波器C_grass；

根据电路模型将三相逆变器系统转化为系统动态方程

3.按照权利要求1所述的基于新型复合控制计算的逆变器控制方法，其特征在于：所述步骤二具体为，

预测函数控制将每一时刻的控制输入看作是若干事先选定的基函数的线性组合，即

其中，U(k+i)为k+i时刻的控制向量；μ_j(k)为基函数加权系数向量；f_j(i)为基函数在t＝(k+i)T时刻的取值；J为基函数的阶数；P为预测步长；

基于状态空间方程的多变量预测函数控制的基函数选取阶跃函数，则由阶跃函数的性质可知U(k+i)＝U(k)；

为最大程度地减少超调，将参考轨迹取为一阶指数形式

Y_r(k+i)＝c(k+i)-αⁱ[c(k)-Y_p(k)]

式中：Y_r(k+i)为(k+i)时刻的参考轨迹向量；Y_p(k)为k时刻的过程实际输出向量；c(k)为k时刻的设定值向量；αⁱ为i时刻的参考轨迹衰减因子，一般取

取状态空间模型

由上式易推

式中，

由于外界干扰及模型失配原因，模型预测输出与过程实际输出之间存在一定的误差，即

E(k)＝Y_p(k)-Y_m(k)

在控制系统中，

E(k+i)＝E(k)＝Y_p(k)-Y_m(k)

其中，E(k)为k时刻的误差向量，E(k)＝[e₁(k)e₂(k)…e_N(k)]，e_n(k)表示第n个模型输出与过程输出之间的误差，n＝1,2,…,N；Y_p(k)为k时刻的过程实际输出向量；Y_m(k)为k时刻的模型预测输出向量；

经修正，未来P时刻预测模型Y_m(k+P)＝Y_m(k+P)+E(k+P)；

将目标函数与分数阶PI结合

J＝min{[K_p△E_p(k)^TQ△E_p(k)+K_aE_p(k)^TQE_p(k)]+U(k)^TRU(k)}

式中，Q、R分别为误差加权因子和控制量加权因子，且为正定矩阵；K_p为比例系数矩阵，K_a为积分系数矩阵，K_a＝K_iD^-λ，K_i为积分系数矩阵，D^-λ为分数阶积分因子，λ为分数阶积分参数；E(k)为预测误差，△E(k)为预测误差增量；

根据前式可知，控制矩阵其中，

由控制时域M＝1，得

此外，还有E_p(k)＝[E(k+1)^T E(k+2)^T … E(k+P)^T]^T，△E_p(k)＝[△E(k+1)^T △E(k+1)^T… △E(k+P)^T]^T；

因为(k+i)时刻的误差可表示为

式中，

所以，

式中，D(k)＝[D₁(k)^T D₂(k)^T … D_p(k)^T]^T，

同时，△E_p＝△D(k)+G△U(k)，

令得

μ＝L_a+L_b+L_c

式中，

其中，F_n＝[f₁(i) f₂(i) … f_J(i)]，i＝1,2,…,P-1；q^-1为后移算子,△U(k)＝(1-q^-1)U(k)，△D(k)＝(1-q^-1)D(k)；

结合前式，得最优控制率u：

式中，F(0)＝[f₁(0),f₂(0),…,f_N(0)]^T。