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电力电子变换器基于模型预测控制的先进控制技术设计.docx
资料介绍
电力电子变换器基于模型预测控制的先进控制技术设计
1 引言
模型预测控制（MPC）是一种基于系统模型的先进控制方法，利用系统模型预测未来时刻的输出，通过滚动优化计算最优控制序列，实现对系统的精确控制。MPC在电力电子变换器中具有快速动态响应、多变量约束处理和易于处理非线性系统等优势，在电机驱动、并网逆变器和有源电力滤波器等应用中展现出优异的控制性能。MPC可分为连续控制集MPC（CCS-MPC）和有限控制集MPC（FCS-MPC），FCS-MPC利用变换器的离散开关状态，直接选择最优开关状态，不需要PWM调制器，在变换器控制中应用广泛。MPC的计算量较大，但随着STM32G474等高性能MCU的普及，MPC在实时控制中的实现已成为可能。本章将系统阐述MPC的基本原理、在变换器中的应用方法、算法优化以及工程实现技术，为变换器先进控制设计提供系统指导。
2 MPC基本原理
2.1 预测模型
MPC的预测模型描述系统的动态行为，用于预测未来时刻的系统输出。预测模型的建立方法：状态空间模型，使用状态空间方程描述系统的动态特性，适用于线性系统，计算效率高，在变换器控制中广泛使用；传递函数模型，使用传递函数描述系统的输入输出关系，适用于SISO系统；数据驱动模型，使用神经网络或模糊系统从数据中学习系统的动态特性，适用于模型未知或高度非线性的系统。
2.2 滚动优化
MPC在每个控制周期内，基于当前状态和预测模型，优化控制序列，然后仅执行第一个控制动作，在下一个控制周期重新优化。滚动优化的步骤：预测，基于当前状态和预测模型，预测未来Np个时刻的系统输出，Np为预测时域；优化，在预测时域内，优化控制序列，使系统输出跟踪参考轨迹，同时满足约束条件，优化目标通常为输出误差的平方和控制量的变化的加权和；执行，仅执行控制序列的第一个控制动作，在下一个控制周期重复上述过程。
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| STM32G474逆变器_技术文件_1890_电力电子变换器基于模型预测控制的先进控制技术设计.docx | 39K |
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