專利名稱：基于片上模型預(yù)測控制的全橋dc-dc系統(tǒng)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于片上模型預(yù)測控制的全橋DC-DC系統(tǒng)的控制方法。
背景技術(shù)：
全橋DC-DC系統(tǒng)在電源控制技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，申請公開號為CN102170234A的發(fā)明公開了一種DC/DC轉(zhuǎn)換器數(shù)字化控制系統(tǒng)，包括功率轉(zhuǎn)換電路，所述功率轉(zhuǎn)換電路包括依次連接的輸入端、由四個場效應(yīng)管組成的全橋電路、輸出端，所述輸入端和輸出端上均設(shè)置有采樣電路，關(guān)鍵在于還包括一個控制單元，所述控制單元包含一個控制模塊及與控制模塊相連的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、脈寬調(diào)制模塊、CAN網(wǎng)關(guān)模塊，所述脈寬調(diào)制模塊的輸出端與所述場效應(yīng)管的控制端相連；所述控制模塊通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和采樣電路接收輸入端、輸出端的信息，并根據(jù)該信息控制脈寬調(diào)制模塊的輸出。由于利用全橋DC-DC系統(tǒng)模型能夠直接預(yù)測控制處理多變量約束系統(tǒng)，因此，已經(jīng)成為應(yīng)用最廣泛的最優(yōu)控制策略之一，但是，傳統(tǒng)的全橋DC-DC系統(tǒng)模型預(yù)測控制需要在線進行優(yōu)化計算，依據(jù)全橋DC-DC系統(tǒng)的實際的對象狀態(tài)計算相應(yīng)的控制律，進而找出最優(yōu)的控制參數(shù)，由于在線計算的計算量較大，必然導(dǎo)致運行速率緩慢，造成控制的滯后性，因此，只適用用于控制慢速過程對象，比如石油化工等過程。由于全橋DC-DC系統(tǒng)的變換器的采樣周期非常短，并且全橋DC-DC系統(tǒng)自身的混雜性質(zhì)以及多約束條件，使得對于現(xiàn)有技術(shù)中全橋DC-DC系統(tǒng)模型基于在線反復(fù)優(yōu)化計算的預(yù)測控制設(shè)計成為難點?？删幊藾SP芯片可以將性能很好的信號處理算法方便地用到實時信號處理中，同時，基于MATLAB強大的數(shù)值計算和分析能力，已成為算法研究人員廣泛應(yīng)用的軟件之一，因此，利用MATLAB以及DSP可以方便實現(xiàn)算法的存儲以及調(diào)用，成為提高全橋DC-DC系統(tǒng)控制效率的候選途徑之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種基于片上模型預(yù)測控制的全橋DC-DC系統(tǒng)的控制方法，通過建立全橋DC-DC系統(tǒng)的分段仿射模型，利用分段仿射模型離線求解不同對象狀態(tài)區(qū)域的最優(yōu)控制律，然后依據(jù)實際的全橋DC-DC系統(tǒng)的對象狀態(tài)選擇相對應(yīng)的最優(yōu)控制律，從而實現(xiàn)全橋DC-DC系統(tǒng)的快速控制。一種基于片上模型預(yù)測控制的全橋DC-DC系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟:(I)將非線性的全橋DC-DC系統(tǒng)的對象狀態(tài)劃分為不同的多面體區(qū)域，并依據(jù)每個多面體區(qū)域的控制律，得到每個多面體區(qū)域內(nèi)的最優(yōu)控制律；(2)將步驟(I)中每個多面體區(qū)域的邊界約束條件以及最優(yōu)控制律存儲到片上模型預(yù)測控制的控制芯片中；(3)依據(jù)實際的全橋DC-DC系統(tǒng)的對象狀態(tài)在控制芯片中查詢其所屬的多面體區(qū)域，并依據(jù)該多面體區(qū)域內(nèi)的最優(yōu)控制律，控制全橋DC-DC系統(tǒng)的反饋控制輸入。本發(fā)明方法將控制參數(shù)的優(yōu)化過程與實時控制相分離，即預(yù)先計算出所有對象狀態(tài)對應(yīng)的最優(yōu)控制律，并將對象狀態(tài)以及最優(yōu)控制律的對應(yīng)關(guān)系存儲在片上模型的控制芯片中，然后，依據(jù)實際采集的全橋DC-DC系統(tǒng)的對象狀態(tài)選擇相對應(yīng)的最優(yōu)控制律，實現(xiàn)對全橋DC-DC系統(tǒng)的快速控制。片上模型包括全橋DC-DC系統(tǒng)、控制芯片、功率管驅(qū)動電路以及檢測濾波電路，全橋DC-DC系統(tǒng)包括電源、全橋DC-DC電路以及負(fù)載，所述負(fù)載可以為任意用電元件，例如電燈?？刂菩酒梢圆捎肈SP芯片，利用MATLAB將數(shù)組編譯為C語言文件存儲在DSP芯片中。全橋DC-DC電路可以是單向全橋DC-DC電路，也可以是雙向全橋DC-DC電路，都可以采用本發(fā)明提供的方法進行控制。利用全橋DC-DC系統(tǒng)的對象狀態(tài)數(shù)以及輔助控制量確定所述多面體區(qū)域的維度。全橋DC-DC系統(tǒng)的對象狀態(tài)可以是設(shè)定電壓、設(shè)定電流、電壓的上下限以及電流的上下限等硬約束條件，對象狀態(tài)的數(shù)目可以依據(jù)需要進行改變。輔助控制量包括可調(diào)的設(shè)定電壓、可調(diào)的設(shè)定電流、可調(diào)的電壓的上下限以及可調(diào)的電流的上下限等，可以依據(jù)需要進行選擇。作為優(yōu)選，每個多面體區(qū)域的邊界以及每個多面體內(nèi)部的控制律均滿足線性約束條件。每個多面體區(qū)域的邊界滿足線性約束條件，每個多面體區(qū)域內(nèi)部的控制律也滿足線性約束條件，便于多面體區(qū)域的劃分以及最優(yōu)控制律的計算，將每個多面體區(qū)域的邊界約束條件以及每個多面體內(nèi)部的最優(yōu)控制律以數(shù)組的形式存儲到片上模型的控制芯片中。作為優(yōu)選，所述步驟(I)中首先利用機理建模的方式建立全橋DC-DC系統(tǒng)的分段仿射模型，然后依據(jù)分段仿射模型將全橋DC-DC的對象狀態(tài)劃分為不同的多面體區(qū)域。作為優(yōu)選，所述步驟(2)中通過MATLAB將每個多面體區(qū)域的邊界約束條件以及最優(yōu)控制律編譯成C語言存儲于DSP文件目錄中?；贛ATLAB強大的數(shù)據(jù)運算以及分析能力，可以快速進行模型的分析計算，快速用于片上模型的開發(fā)和調(diào)試，同時，利用MATLAB可以方便地進行對象狀態(tài)的種類以及數(shù)量的選擇，對DSP中存儲的數(shù)組及時進行更新，方便控制芯片依據(jù)實時采集的對象狀態(tài)進行最優(yōu)控制律的查詢，進而控制全橋DC-DC系統(tǒng)的反饋控制輸入。本發(fā)明是一種基于片上模型預(yù)測控制的全橋DC-DC系統(tǒng)的控制方法，將控制過程中的控制參數(shù)優(yōu)化計算和實時控制分離，利用建立的全橋DC-DC系統(tǒng)的分段仿射模型，通過離線求解最優(yōu)控制律，將全橋DC-DC狀態(tài)對象狀態(tài)分割成不同的多面體區(qū)域，每個多面體區(qū)域與對象狀態(tài)的控制律相關(guān)，然后在線根據(jù)實際的全橋DC-DC對象狀態(tài)選擇相對應(yīng)的最優(yōu)控制律，完成對全橋DC-DC系統(tǒng)的快速控制，并通過控制芯片與電腦間的串口通訊，實現(xiàn)電腦與控制芯片的實時通信，到電腦實時監(jiān)控的目的。


圖1為本發(fā)明控制方法的流程圖；圖2為本發(fā)明中片上模型預(yù)測控制的系統(tǒng)示意圖3為本發(fā)明方法中實時控制過程流程圖；圖4為實施例中的電壓控制結(jié)果圖；圖5為實施例中負(fù)載出現(xiàn)波動時的電壓控制結(jié)果圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明基于片上模型預(yù)測控制的全橋DC-DC系統(tǒng)的控制方法做詳細(xì)描述。如圖1所示，一種基于片上模型預(yù)測控制的全橋DC-DC系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟:(I)利用機理建模的方式建立全橋DC-DC系統(tǒng)的分段仿射模型，然后依據(jù)分段仿射模型將全橋DC-DC的對象狀態(tài)劃分為不同的多面體區(qū)域，并計算每個多面體區(qū)域內(nèi)的最優(yōu)控制律；將非線性全橋DC-DC系統(tǒng)的功率管開關(guān)周期進行分段仿射，將每個功率管開關(guān)周期T分為O段(S卩O個子周期)，在每一段內(nèi)將被控對象(全橋DC-DC系統(tǒng))近似為線性對象，建立分段仿射模型；x(k+l)=A0x(k) +B0u(k) +f 0y(k) =C0x(k) +D0u(k) +g0sub j.toYmin ^ y(k) ( ymaxUmin 彡 u (k) ( Umax其中，k為全橋DC-DC系統(tǒng)運行的時刻；u為控制輸入，且u G
；X為對象狀態(tài)；y為被控對象的輸出；A。、B。、C。、D。為被控對象離散狀態(tài)空間模型的系數(shù)，f。、g。為輸入輸出擾動系數(shù)，采樣周期是T/0。分段仿射模型基于非線性的全橋DC-DC系統(tǒng)的輸出電流的周期性變化di/dt可以分為輸出電流增大和輸出電流減小兩個狀態(tài)，按照輸出電流的這兩個狀態(tài)將連續(xù)模型進行采樣周期是T/0的離散化，得到兩個狀態(tài)的空間模型，見下式:
權(quán)利要求
1.一種基于片上模型預(yù)測控制的全橋DC-DC系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將非線性的全橋DC-DC系統(tǒng)的對象狀態(tài)劃分為不同的多面體區(qū)域，并依據(jù)每個多面體區(qū)域的控制律，得到每個多面體區(qū)域內(nèi)的最優(yōu)控制律； (2)將步驟(I)中每個多面體區(qū)域的邊界約束條件以及最優(yōu)控制律存儲到片上模型預(yù)測控制的控制芯片中； (3)依據(jù)實際的全橋DC-DC系統(tǒng)的對象狀態(tài)在控制芯片中查詢其所屬的多面體區(qū)域，并依據(jù)該多面體區(qū)域內(nèi)的最優(yōu)控制律，控制全橋DC-DC系統(tǒng)的反饋控制輸入。
2.如權(quán)利要求1所述的基于片上模型預(yù)測控制的全橋DC-DC系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，每個多面體區(qū)域的邊界以及每個多面體內(nèi)部的控制律均滿足線性約束條件。
3.如權(quán)利要求1所述的基于片上模型預(yù)測控制的全橋DC-DC系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述全橋DC-DC系統(tǒng)包括電源、全橋DC-DC電路以及負(fù)載。
4.如權(quán)利要求1所述的基于片上模型預(yù)測控制的全橋DC-DC系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，利用全橋DC-DC系統(tǒng)的對象狀態(tài)數(shù)以及輔助控制量確定所述多面體區(qū)域的維度。
5.如權(quán)利要求1所述的基于片上模型預(yù)測控制的全橋DC-DC系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟(I)中首先利用機理建模的方式建立全橋DC-DC系統(tǒng)的分段仿射模型，然后依據(jù)分段仿射模型將全橋DC-DC的對象狀態(tài)劃分為不同的多面體區(qū)域。
6.如權(quán)利要求1所述的基于片上模型預(yù)測控制的全橋DC-DC系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟(2)中通過MATLAB將每個多面體區(qū)域的邊界約束條件以及最優(yōu)控制律編譯成C語言存儲于DSP文件目錄中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于片上模型預(yù)測控制的全橋DC-DC系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟(1)將非線性的全橋DC-DC系統(tǒng)的對象狀態(tài)劃分為不同的多面體區(qū)域，并依據(jù)每個多面體區(qū)域的控制律，得到每個多面體區(qū)域內(nèi)的最優(yōu)控制律；(2)將步驟(1)中每個多面體區(qū)域的邊界約束條件以及最優(yōu)控制律存儲到片上模型預(yù)測控制的控制芯片中；(3)依據(jù)實際的全橋DC-DC系統(tǒng)的對象狀態(tài)在控制芯片中查詢其所屬的多面體區(qū)域，并依據(jù)該多面體區(qū)域內(nèi)的最優(yōu)控制律，控制全橋DC-DC系統(tǒng)的反饋控制輸入。本發(fā)明的控制方法可以實現(xiàn)全橋DC-DC系統(tǒng)的快速控制，魯棒性強。
文檔編號H02M3/00GK103117657SQ20131004269
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者謝磊, 沈燁燁 申請人:浙江大學(xué)