一种改进型准Y源直流-直流变换器的模型预测控制方法及装置

本发明涉及直流-直流变换器，尤其涉及一种改进型准y源直流-直流变换器的模型预测控制方法。

背景技术：

1、具有连续输入电流和宽电压增益范围的升压直流-直流转换器的设计是许多分布式发电和调节系统面临的最具挑战性的要求之一，尤其是当使用燃料电池、光伏电池板和风力涡轮机等间歇性电源时。为了满足这一具有挑战性的要求，已经开发了各种阻抗网络以实现具有宽范围电压增益、高功率转换效率的目标。

2、y源阻抗网络利用三端耦合电感进行能源的输送，其匝数比的设计十分灵活，且耦合电感的匝数比和总匝数可以保持在相对较小的范围内。改进型准y源直流-直流变换器通过调节开关管的导通占空比和耦合电感的匝数比，实现高电压增益、高传输效率、输入电流连续、抑制启动冲击电流以及低直流链电压尖峰的效果。

3、对于现有的y源控制方式来说，通常需要从外部给出固定占空比的开关管控制信号使得变换器输出电压达到参考值，无法根据输出电压与参考值之间的差值自动调节开关管的占空比，导致变换器的抗干扰性较差而明显降低稳定性及灵活性。

4、因此，如何在改进型准y源直流-直流变换器控制的基础上，克服变换器输出电压稳定性较差以及占空比调节不灵活的缺点，是本领域中尚未解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明针对如何克服变换器输出电压稳定性较差以及占空比调节不灵活的问题，提出一种改进型准y源直流-直流变换器的模型预测控制方法，所述方案具体为：

2、一种基于改进型准y源直流-直流变换器的模型预测控制方法，所述方法包括：

3、s1：获取改进型准y源直流-直流变换器系统的状态方程以及输入/输出电压关系式；

4、s2：将电感电流和电容电压作为控制变量对状态方程进行离散化，获得电压预测模型；

5、s3：将移动离散控制集模型预测控制算法与所述电压预测模型相结合预测输出电压；

6、s4：选择合适的代价函数衡量预测控制的输出性能并对输出电压进行控制。

7、进一步的，还提出一种优选方式，所述步骤s1中改进型准y源直流-直流变换器系统的状态方程以及输入/输出电压关系式具体为：

8、

9、其中，u0为变换器的输出电压，uin为变换器的输出电压，i0为变换器的输出电流，ic5为流经电容c5的电流，r为输出电路负载，k为改进型准y源变换器的绕组因数，d为直通占空比，t为时间。

10、进一步的，还提出一种优选方式，所述改进型准y源变换器的绕组因数k由改进型准y源变换器的三绕组耦合电感的匝数比n1：n2：n3确定，计算公式为：

11、

12、进一步的，还提出一种优选方式，所述步骤s2包括：

13、将输出电压和输出电流作为控制变量，通过正向欧拉法对改进型准y源直流-直流变换器系统的状态方程离散化，得到输出电压的离散公式：

14、

15、其中，k为选取的某一控制瞬间，t为开关周期，u0(k)为k时刻的输出电压，u0(k+1)为k+1时刻的输出电压，i0(k)为k时刻的输出电流。

16、进一步的，还提出一种优选方式，所述步骤s3包括：

17、利用移动离散控制集模型预测控制算法在每个控制周期内滚动计算价值函数，选取从采样时刻到预测时刻内的最优控制补偿作用于变换器；

18、在控制时刻k，占空比d的初值定义为d，在k～k+1控制区间内，d(k+1)的移动离散控制计算公式为：

19、d(k+1)＝d(k)+δd(k)＝d+{-4δd，-3δd，-2δd，-δd，0，δd，2δd，3δd，4δd}

20、其中，d(k+1)为k+1时刻占空比d的取值，d(k)为k时刻占空比d的取值，δd(k)为k～k+1控制区间内占空比的变化量，δd为离散精度。

21、进一步的，还提出一种优选方式，所述每个控制周期内移动离散控制集模型预测控制算法滚动次数设为9。

22、进一步的，还提出一种优选方式，步骤s4包括：

23、j＝(u0(k+1)-uref)2

24、其中，j为代价函数，uref为输出电压参考值。

25、基于同一发明构思，本发明还提出一种基于改进型准y源直流-直流变换器的模型预测控制装置，所述装置包括：

26、状态获取单元，获取改进型准y源直流-直流变换器系统的状态方程以及输入/输出电压关系式；

27、电压预测模型构建单元，用于将电感电流和电容电压作为控制变量对状态方程进行离散化，获得电压预测模型；

28、预测单元，用于将移动离散控制集模型预测控制算法与所述电压预测模型相结合预测输出电压；

29、控制单元，用于选择合适的代价函数衡量预测控制的输出性能并对输出电压进行控制。

30、基于同一发明构思，本发明还提出一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据上述任一项中所述的一种基于改进型准y源直流-直流变换器的模型预测控制方法。

31、基于同一发明构思，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于储存计算机程序，所述计算机程序执行上述任一项所述的一种基于改进型准y源直流-直流变换器的模型预测控制方法。

32、本发明的有益之处在于：

33、本发明所提出的一种基于改进型准y源直流-直流变换器的模型预测控制方法，将移动离散控制集模型预测控制算法和改进型准y源直流-直流变换器相结合，能够显著提高改进型准y源直流-直流变换器的抗干扰性，改善改进型准y源直流-直流变换器的动态性能，避免人工频繁调节占空比，缩短变换器输出电压的响应时间同时拓宽改进型准y源直流-直流变换器的应用范围。

34、本发明所提出的一种基于改进型准y源直流-直流变换器的模型预测控制方法，通过获取改进型准y源直流-直流变换器系统的状态方程和输入/输出电压关系式，准确描述系统动态特性，包括电感电流和电容电压等重要变量。离散化状态方程后得到的电压预测模型能够准确预测系统未来的电压变化趋势。这种预测能力可以有效地应对负载变化和输入电压波动，从而实现更稳定的输出电压控制。将移动离散控制集模型预测控制算法与电压预测模型结合，使得控制器能够基于实时预测的电压趋势动态调整开关管的占空比。这种方法不仅能够在稳态下提供精确的电压控制，还能在瞬态响应中保持稳定性。通过设计合适的代价函数用于衡量预测控制的输出性能，使得变换器输出电压快速响应。

35、本发明所提出的一种基于改进型准y源直流-直流变换器的模型预测控制方法，基于模型预测控制方法能够结合系统动态模型和实时预测，实现对输出电压的精确控制，从而显著提高系统的稳定性和响应速度。相较于传统的开环或简单反馈控制，这种方法在应对复杂负载和环境条件变化时表现更为优越。通过动态调整占空比，模型预测控制使得系统能够自适应不同的工作条件，提升了系统的灵活性和适应性。这种灵活性对于工业自动化和电力电子应用尤为重要，能够有效应对多变的工作环境和负载要求。