[发明专利]DC-DC变换器离散模型优化输出轨迹的预测控制方法

权利要求书

1.一种DC-DC变换器离散模型优化输出轨迹的预测控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1：建立DC-DC变换器的离散预测模型；

步骤2：确定离散预测模型的稳态电压、电流特性；

步骤3：确定离散预测模型的目标函数

根据离散预测模型的电压、电流特性设计目标函数，其中，目标函数中的电压期望值为DC-DC变换器实际电压期望，目标函数中的电流期望值为预测模型的稳态电流值I_ref；

步骤4：确定预测控制策略，即成。

2.根据权利要求1所述的DC-DC变换器离散模型优化输出轨迹的预测控制方法，其特征在于，所述的步骤1中，具体过程是：

1.1)建立电流连续运行模式下DC-DC变换器的离散式，根据DC-DC变换器电路运行情况，建立DC-DC变换器的状态空间式：

x.=A1x+B1Vinx.=A2x+B2Vin---(1)]]>

状态变量x＝[v_C i_L]^T，V_in为DC-DC变换器输入电压，A₁及B₁对应DC-DC变换器功率开关导通时的系数矩阵，A₂及B₂对应DC-DC变换器二极管导通时的系数矩阵，v_C代表DC-DC变换器电容电压，i_L代表DC-DC变换器电感电流，

利用状态转移矩阵离散化式(1)，并将离散化后的式(1)中的两个式子合并为：

x_(k+1)T＝G_C2G_C1x_kT+G_C2H_C1+H_C2，     (2)

其中，T代表DC-DC变换器功率开关的开关周期，k,k+1分别代表第k个、第k+1个开关周期，G_C1、G_C2、H_C1、H_C2分别为系数矩阵，各系数矩阵的值分别是：

GC1=eA1dkTHC1=∫KTkT+dkTeA1(kT+dkT-τ)B1VindτGC2=eA2(T-dkT)HC2=∫kT+dkTkT+TeA2(kT+T-τ)B2Vindτ,---(3)]]>

其中d_k为DC-DC变换器在第k个开关周期的控制值；

1.2)建立电流断续运行模式下DC-DC变换器的离散式，根据DC-DC变换器电路运行情况，建立DC-DC变换器的状态空间式：

x.=A1x+B1Vinx.=A2x+B2Vinx.=A3x,---(4)]]>

利用状态转移矩阵离散化式(4)，并将离散化后式(4)中的三个函数式合并为一个，则有：

x_(k+1)T＝G_D3G_D2G_D1x_kT+G_D3G_D2H_D1+G_D3H_D2，     (5)

其中的G_D1、G_D2、G_D3、H_D1、H_D2为系数矩阵，各系数矩阵的值分别是：

GD1=GC1HD1=HC1GD2=eA2ΔtHD2=∫kT+dkTkT+dkT+ΔteA2(kT+dkT+Δt-τ)B2VindτGD3=eA3(T-dkT-Δt),---(6)]]>

其中，Δt为DC-DC变换器功率开关关断后电感电流的可持续时间，

当Δt≥t_off，DC-DC变换器的运行模式为CCM；当Δt＜t_off，DC-DC变换器的运行模式为DCM；t_on＝dT，为DC-DC变换器功率开关的导通时间，t_off＝(1-d)T，为DC-DC变换器功率开关的关断时间；

1.3)建立DC-DC变换器基于CCM和DCM的离散预测模型；

建立如下的符号函数：

f[sgn(Δt-toff)]=0,Δt≥toff1,Δt<toff---(7)]]>

再利用符号函数合并式(2)和式(5)中对应的系数矩阵，得到DC-DC变换器的离散预测模型是：

x_(k+1)T＝G₃G₂G₁x_kT+G₃G₂H₁+G₃H₂，     (8)

其中的G₁、G₂、G_3,、H₁、H₂为系数矩阵，各系数矩阵的值分别是：

G1=eA1dkTG2=eA2{Δtf[sgn(Δt-toff)]+{1-f[sgn(Δt-toff)]}(T-dkT)G3=eA3f[sgn(Δt-toff)]}(T-dkT-Δt)H1=∫kTkT+dkTeA1(kT+dkT-τ)B1VindτH2=∫kT+dkTkT+T+[Δt-(T-dkT)]f[sgn(Δt-toff)eA2[kT+T+[Δt-(T-dkT)f[sgn(Δt-toff)]-τ}B2Vindτ,---(9)]]>

将式(8)中的幂指数函数线性化，并忽略模型简化过程中时间的高次项，DC-DC变换器简化后的离散预测模型是：

x_(k+1)T＝Ax_kT+BV_in，     (10)

其中的A,B为系数矩阵，各系数矩阵的值分别是：

A+{1+A3f(·)(T-dkT-Δt)+A2{Δtf(·)+[1-f(·)](T-dkT)}+A1dkT}B=B1dkT+B2{T-dkT+[Δt-(T-dkT)]f(·)}f(·)=f[sgn(Δt-tofff)].---(11)]]>